藍牙5.1使得藍牙技術(shù)適得其所

藍牙5.1規(guī)范增加了準確的定位能力，這是許多業(yè)界期盼的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用的基本用例。

藍牙5突發(fā)猛進，并且?guī)砹嗽S多相關(guān)功能，人們可能會認為這陣子很難再精益求精了。不過，盡管新版本的編號只是5.1，和5似乎相差不遠，但藍牙5.1其實是非常重要的。

通過藍牙找到前行道路

測向是藍牙5.1的一項主要功能，它可以將產(chǎn)品和物品在三維空間中的絕對定位帶入低功耗無線連接的世界。

這是對低功耗藍牙功能庫的非常重要的補充。我們認為它對室內(nèi)定位應(yīng)用產(chǎn)生的影響有如GPS對戶外定位生產(chǎn)的影響一樣巨大。GPS技術(shù)已經(jīng)從根本上改變了汽車、人和物品在宏觀尺度上的行進和跟蹤，而藍牙測向功能可以對建筑物和房產(chǎn)內(nèi)的微觀尺度應(yīng)用產(chǎn)生相似的影響。

藍牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)預(yù)計，到2022年，每年將會推出4億個藍牙定位服務(wù)產(chǎn)品。

建立在藍牙信標的成功之上

使用藍牙技術(shù)的實時定位服務(wù)(RTLS)已經(jīng)面市幾年了。這是通過引入藍牙信標實現(xiàn)的，藍牙信標可以給出目標之間的距離或接近度的近似數(shù)值。例如，這可能是客戶接近航空公司值機柜臺的距離。

信標的方法是基于接收信號強度指示(RSSI)，監(jiān)測來自源頭的無線電信號的強度。RSSI方法很有用，不過，它比較粗枝大葉。除了傳統(tǒng)上RSSI帶來的僅距離信息之外，到達角(AoA)和離開角(AoD)數(shù)據(jù)可以為人們帶來精確的方向。

使用角度來定位的方法

到達角(AoA)和出發(fā)角(AoD)這兩個概念是藍牙5.1測向功能的核心。

使用AoA，設(shè)備或標簽僅使用一根天線發(fā)送特定的測向分組數(shù)據(jù)，接收設(shè)備或定位器則具有多根天線，來自標簽的輸入信號將以彼此相差非常小的時移到達這些天線。這些天線接收的信號相位變化被采樣為信號的IQ分量。然后，通過在定位器處使用相關(guān)算法，這些樣本數(shù)據(jù)將會生成精確的坐標信息。

這個方法非常適合特定物品查找和興趣點(PoI)應(yīng)用。

AoD方法則與此相反，確定方向的關(guān)鍵設(shè)備(例如室內(nèi)定位系統(tǒng)(IPS)中的定位信標)具有天線陣列，該定位信標通過天線陣發(fā)送分組數(shù)據(jù)。在這種情形下，接收設(shè)備(很可能是手機)將在其天線上進行IQ采樣，并且進行坐標計算。

設(shè)計復(fù)雜性

藍牙測向產(chǎn)品的不同設(shè)計有利有弊。若使用支持藍牙5.1測向的Nordic器件，定位器標簽的設(shè)計與常規(guī)藍牙硬件布局沒有顯著差異，因此這很簡單，實際上，這將成為藍牙測向中使用產(chǎn)品的大多數(shù)情形。

在定位器中樞，需要設(shè)計天線陣列并將其多路復(fù)用到藍牙SoC，因為藍牙SoC沒有多個天線端口，以免變得非常昂貴。市場上有一些器件可以補充Nordic SoC來實現(xiàn)這一功能。除此之外，天線陣列可能需要360度覆蓋范圍以捕獲信號，或者如果它是壁掛式單元，則可能需要180度覆蓋范圍。

現(xiàn)實的期望

大多數(shù)人都會認同，準確的室內(nèi)定位是一項很棒的功能。但是也應(yīng)該有一點謹慎的指導(dǎo)。所有這些都與傳輸?shù)臒o線電波有關(guān)，而我們無法直接控制它們在發(fā)射器和接收器之間的傳輸路徑。障礙越少、越不擁擠，這項技術(shù)獲得的視線(LoS)場景越開闊，定位精度就會越高。當信號從墻壁、櫥柜、窗戶和人身體反彈時，相位和信號強度就會受到影響，并會引入較小或較大的誤差。無論如何，這是先進的測向解決方案，即使在非常具有挑戰(zhàn)性的情形下，測試結(jié)果也非常穩(wěn)定精確。

簡而言之，這項技術(shù)需要針對用例進行實際測試，這樣可以很好地了解它是否適合你的產(chǎn)品。

典型用例

如上所述，場景越開放、越不擁擠，可能會有更好的準確性。首先，我們可以看看體育場內(nèi)的定位系統(tǒng)。由于定位中樞可能位于球場或舞臺區(qū)域上方，這可以接收來自正在佩戴的裝置的傳輸數(shù)據(jù)。這個場景非常開放，座位垂直分層，提供了良好的LoS屬性，這個應(yīng)用應(yīng)當是非常有效的。

另一個很好的用例是在家里或工作場所尋找物品，讓我們把鑰匙作為最常見的“我把它放在哪里了?”的例子。通過房間里的定位器中樞，這可以很好地工作。但是，位于另一層的定位器中樞不太可能提供準確的位置，考慮到物理方面的挑戰(zhàn)，這是合理的。

最后，針對緊急情況進行人員定位，這是非常有價值的用例。比如一個大型購物中心或辦公大樓，并配備足夠的定位器中樞以覆蓋所有區(qū)域。例如，這可以為緊急服務(wù)提供非常準確的信息，獲取在發(fā)生火災(zāi)時可能仍在建筑物中的任何人的信息。這將幫助緊急救援人員直接找到陷入困境的人，而無需在整個綜合體進行系統(tǒng)性的搜索(這時救援人員看不到是否有人被困在里面)，從而節(jié)省了寶貴的時間，用于更好地進行聯(lián)絡(luò)和救援或在現(xiàn)場進行救生護理。