“厘米級(jí)”定位的藍(lán)牙5.1核心標(biāo)準(zhǔn)已來(lái)，目前有哪些芯片可供選擇？

目前，從智能手機(jī)、平板電腦、汽車、音頻娛樂設(shè)備、智能家居，到智能樓宇、智能工業(yè)等應(yīng)用都有藍(lán)牙技術(shù)的身影。根據(jù)ABI Research的報(bào)告分析，2018年藍(lán)牙產(chǎn)品的出貨量為40億，預(yù)計(jì)到2022年將會(huì)增長(zhǎng)到52億。

當(dāng)然，藍(lán)牙產(chǎn)品最大的市場(chǎng)還是在音頻和娛樂市場(chǎng)，但是隨著藍(lán)牙5.0標(biāo)準(zhǔn)的推出，以及mesh功能的加入，藍(lán)牙技術(shù)在智能樓宇和智能工廠等新興領(lǐng)域也得到了不少的發(fā)展。根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟提供的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在有越來(lái)越多的樓宇開始部署藍(lán)牙的解決方案，以用于資產(chǎn)跟蹤、人員跟蹤、導(dǎo)航和空間利用，藍(lán)牙定位服務(wù)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)。

藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟亞太區(qū)開發(fā)者關(guān)系經(jīng)理任凱在2月21日藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在北京舉辦的媒體發(fā)布會(huì)上預(yù)計(jì)，到2022年基于定位服務(wù)的藍(lán)牙出貨量將會(huì)達(dá)到4億。

圖1：藍(lán)牙產(chǎn)品的出貨量預(yù)計(jì)，2020年藍(lán)牙產(chǎn)品的出貨量會(huì)達(dá)到52億。（圖片來(lái)源：藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟）

能做出如此樂觀的估計(jì)，主要是因?yàn)樗{(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟在今年一月份推出的藍(lán)牙核心規(guī)范Core specification 5.1，該新的藍(lán)牙核心規(guī)范加入了“尋向功能”（direction finding），這個(gè)功能可幫助設(shè)備明確藍(lán)牙信號(hào)的方向，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)位置精度的藍(lán)牙定位系統(tǒng)。

新的藍(lán)牙5.1核心規(guī)范的“厘米級(jí)”定位如何實(shí)現(xiàn)的？

目前，基于位置的藍(lán)牙服務(wù)解決方案通常分為兩類：接近類解決方案和定位系統(tǒng)解決方案。接近類解決方案可借助藍(lán)牙，解讀兩臺(tái)設(shè)備何時(shí)彼此靠近，以及相距距離的近似值。該類別同時(shí)包括物品追蹤（item finding）解決方案（如個(gè)人財(cái)物標(biāo)簽）、以及地標(biāo)（Point of Interest; PoI）信息解決方案（如鄰近感知Beacon）。

使用藍(lán)牙技術(shù)的接近類和定位類解決方案中，主要基于RSSI（Received Signal Strength Indication基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示）定位，以iBeacon定位技術(shù)舉例，一般是由Beacon來(lái)發(fā)射信號(hào)，藍(lán)牙設(shè)備定位接受，反饋信號(hào)。當(dāng)用戶進(jìn)入、退出或者在區(qū)域內(nèi)徘徊時(shí)，Beacon的廣播有能力進(jìn)行傳播，可計(jì)算用戶和Beacon的距離（可通過(guò)RSSI計(jì)算），由此可知，只要有三個(gè)即可定位，但是其定位精度只能到米級(jí)。

不過(guò)，藍(lán)牙5.1核心規(guī)范引入“尋向功能”后，這個(gè)精度可提升至“厘米級(jí)”。

這是因?yàn)樗{(lán)牙5.1的尋向功能中，主要由兩種定位要素構(gòu)成，即到達(dá)角（Angle-of-Arrival：AoA）和出發(fā)角(Angle of Departure：AoD)。

到達(dá)角，是通過(guò)測(cè)試發(fā)射器和接收器直接的到達(dá)方向然后通過(guò)三角定位獲得發(fā)射器和目的物的方位和距離的技術(shù)，主要針對(duì)RTLS（實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)）、物品追蹤和地標(biāo)信息。

出發(fā)角，也是利用信號(hào)相位差技術(shù)，主要是針對(duì)室內(nèi)定位系統(tǒng)(IPS)，這個(gè)測(cè)向技術(shù)適合完成室內(nèi)物品管理，物流、倉(cāng)儲(chǔ)等。

實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（RTLS）和室內(nèi)定位系統(tǒng)（IPS）是兩種最受歡迎的藍(lán)牙位置系統(tǒng)。

藍(lán)牙RTLS解決方案可追蹤設(shè)施內(nèi)的重要資產(chǎn)，比如確定倉(cāng)庫(kù)中的托盤、叉車和工人、以及醫(yī)院中的超聲波機(jī)器和患者的位置等，能夠優(yōu)化緊急響應(yīng)時(shí)間，保證安全。

在RTLS解決方案中，通過(guò)在主要資產(chǎn)上安裝由電池供電的低功耗藍(lán)牙發(fā)射器（ “標(biāo)簽”），這些標(biāo)簽便將它們的當(dāng)前位置和接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)送到位于設(shè)施內(nèi)固定位置的藍(lán)牙接收器（“定位器”）。設(shè)施管理者通過(guò)這一方式獲得追蹤資產(chǎn)的位置信息。

在添加全新尋向功能后，RTLS解決方案中的位置引擎可以接收信號(hào)強(qiáng)度和標(biāo)簽方向，并利用這些數(shù)據(jù)將位置精度提高到厘米級(jí)，使工廠能夠更精準(zhǔn)地追蹤物流位置，同時(shí)監(jiān)控工人的位置并在工人進(jìn)入不安全的工作區(qū)域前向他們發(fā)出警告。

圖2：藍(lán)牙定位系統(tǒng)在資產(chǎn)追蹤方面的應(yīng)用。（圖片來(lái)源：藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟）

有哪些藍(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品可供選擇？

那現(xiàn)在有哪些藍(lán)牙芯片可以支持藍(lán)牙5.1核心規(guī)范呢？由于藍(lán)牙5.1核心規(guī)范剛剛發(fā)布不久，目前市面上支持該規(guī)范的芯片還不是很多，但還是有一些的，比如Nordic新推出的nRF52811 SoC就是一款支持藍(lán)牙5.1尋向功能的芯片。

圖3：Nordic的nRF52811 SoC就是一款支持藍(lán)牙5.1尋向功能的芯片。（圖片來(lái)源：Nordic）

nRF52811是一個(gè)全功能無(wú)線連接解決方案支持藍(lán)牙5.1尋向功能和一系列流行低功耗無(wú)線協(xié)議，比如Thread和ZigBee，可用于智能家居和工業(yè)產(chǎn)品的網(wǎng)關(guān)等應(yīng)用。

這款SoC器件擴(kuò)展了Nordic備受歡迎的nRF52系列平臺(tái)，結(jié)合了Nordic入門級(jí)nRF52810 SoC之低成本特性與主流nRF52832和高端nRF52840 SoC之多協(xié)議支持功能。nRF52811也是Nordic低功耗無(wú)線連接產(chǎn)品系列中首款支持藍(lán)牙5.1的產(chǎn)品。

Nordic nRF52811 SoC包括一個(gè)多協(xié)議2.4GHz射頻模塊(具有4dBm輸出功率、-97dBm靈敏度 (在藍(lán)牙5 1Mbps模式下))、一個(gè)64MHz的32位Arm?Cortex?M4處理器，以及192kB Flash和24kB RAM內(nèi)存。nRF52811 SoC還包含多種模擬和數(shù)字接口。

除了nRF52811，Dialog半導(dǎo)體在今年2月份推出的DA1469x系列產(chǎn)品也支持藍(lán)牙5.1核心規(guī)范，可使用到達(dá)角和離開角功能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。DA1469x可為樓宇門禁和遠(yuǎn)程無(wú)鑰開鎖系統(tǒng)等需要精準(zhǔn)室內(nèi)定位設(shè)備開辟新的機(jī)會(huì)。不過(guò)，在尋向功能實(shí)現(xiàn)中，天線設(shè)計(jì)至關(guān)重要，Dialog會(huì)提供天線參考設(shè)計(jì)。

此外，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟也在對(duì)用于驗(yàn)證新藍(lán)牙產(chǎn)品的藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟工具Launch Studio進(jìn)行更新，以支持尋向功能。

藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟也同時(shí)透露，其實(shí)有些廠商也可以通過(guò)軟件升級(jí)讓芯片方案升級(jí)到支持藍(lán)牙5.1核心規(guī)范。比如Silicon Labs，在藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟宣布推出藍(lán)牙5.1核心規(guī)范后，也隨即發(fā)布了旗下最新的藍(lán)牙5.1軟件解決方案。

據(jù)Silicon Labs微信公眾號(hào)的文章介紹，其Blue Gecko系列藍(lán)牙SoC和模塊產(chǎn)品，搭配最新發(fā)表的藍(lán)牙5.1協(xié)議棧，可提供標(biāo)準(zhǔn)化的藍(lán)牙5.1測(cè)向解決方案。比如，Wireless Gecko EFR32BG13 藍(lán)牙SoC 和 BGM13 模塊。

還有國(guó)內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)芯片廠商泰凌微電子也宣布，其去年推出的多模物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線連接芯片TLSR8258，預(yù)留了對(duì)藍(lán)牙5.1新規(guī)范的硬件支持，可實(shí)現(xiàn)多達(dá)八天線的功能設(shè)計(jì)支持全新推出的“尋向功能”。

目前有哪些藍(lán)牙5.1的IP可供選擇？

就目前來(lái)說(shuō)，CEVA和Synopsys都可以提供藍(lán)牙5.1的IP。

其中CEVA可提供RivieraWaves藍(lán)牙5.1 IP，這款I(lǐng)P支持通過(guò)到達(dá)角(AoA)和出發(fā)角(AoD)進(jìn)行測(cè)向的熱門全新功能，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的定位服務(wù)。CEVA同時(shí)提供藍(lán)牙雙模和低能耗藍(lán)牙兩種版本。

CEVA的RivieraWaves藍(lán)牙IP平臺(tái)為低能耗藍(lán)牙和藍(lán)牙雙模連接提供了全面的解決方案。每個(gè)平臺(tái)均由一個(gè)硬件基帶控制器和一個(gè)功能豐富的軟件協(xié)議棧組成。平臺(tái)有靈活的無(wú)線接口，可以集成RivieraWaves RF或各種合作伙伴的RF IP，從而實(shí)現(xiàn)代工廠和工藝節(jié)點(diǎn)的最佳選擇。

RivieraWaves藍(lán)牙IP平臺(tái)支持所有藍(lán)牙5.1功能，包括LE 2Mbps數(shù)據(jù)速率、長(zhǎng)距離和LE廣告擴(kuò)展和AoA/AoD。據(jù)CEVA提供的數(shù)據(jù)顯示，迄今為止，RivieraWaves藍(lán)牙IP平臺(tái)已用于超過(guò)15億臺(tái)出貨設(shè)備和數(shù)十家授權(quán)許可廠商，獲得許多半導(dǎo)體企業(yè)和OEM廠商廣泛部署在消費(fèi)產(chǎn)品和IoT設(shè)備中，包括智能手機(jī)、平板電腦、揚(yáng)聲器、頭戴式和入耳式耳機(jī)、助聽器和其他可穿戴設(shè)備。

Synopsys用于藍(lán)牙、Thread和ZigBee的DesignWare IP可實(shí)現(xiàn)安全和并行的無(wú)線連接，并針對(duì)可穿戴和智能物聯(lián)設(shè)備做了優(yōu)化，具有低功耗和長(zhǎng)電池壽命特點(diǎn)。其解決方案由緊湊型PHY和高性能控制器組成，符合藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，目前可以支持藍(lán)牙5.1和Mesh網(wǎng)絡(luò)，并兼容Thread和ZigBee規(guī)范。