蘋果推出基于UWB（Ultra WideBand，超寬帶）技術(shù)的電子追蹤器AirTags（Apple Tags），并預(yù)測(cè)出貨量將達(dá)千萬等級(jí)，甚至有可能成為繼目前十分火爆的TWS產(chǎn)業(yè)之后下一個(gè)聚焦熱點(diǎn)，前景十分看好。

根據(jù)曝光的消息，AirTags應(yīng)該是一個(gè)小小的圓形白色物件，通過藍(lán)牙和iPhone等其他蘋果硬件設(shè)備配對(duì)，并將利用iPhone 11系列當(dāng)中的超寬帶U1芯片實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的室內(nèi)追蹤；它還將具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)組件，使您可以通過將相機(jī)對(duì)準(zhǔn)按鍵或其他物品可能存在的區(qū)域來定位物品。這是目前上其他同類產(chǎn)品所無法比擬的。

AirTags 本質(zhì)上是一種基于UWB技術(shù)的近距離尋向和高精度定位產(chǎn)品，通過提供短距離測(cè)量功能，這款設(shè)備將增強(qiáng)iOS的尋找功能和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）應(yīng)用的用戶體驗(yàn)。由于蘋果巨大的產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)能力，該報(bào)導(dǎo)在業(yè)界引起不小的反響。

為更好了解室內(nèi)定位技術(shù)分類及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，本文將就其原理進(jìn)行基本介紹，并就高精度定位技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

室內(nèi)定位市場(chǎng) 01 PART

室內(nèi)定位就是指在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)物體或人的位置定位。近年來，隨著室內(nèi)定位技術(shù)精度的提高，室內(nèi)定位為零售、制造、醫(yī)療、機(jī)器人等行業(yè)提供十分準(zhǔn)確的位置信息數(shù)據(jù)，成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的重要基礎(chǔ)。不可否認(rèn)的是，未來是物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，而室內(nèi)定位技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò)的底層基礎(chǔ)，自然能夠獲得更大的市場(chǎng)機(jī)遇。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，普通人有80%時(shí)間是在室內(nèi)度過，而在眾多的數(shù)據(jù)中，位置數(shù)據(jù)是一個(gè)重要的維度，未來50%以上的信息都與位置數(shù)據(jù)相關(guān)。要采集位置數(shù)據(jù)就需要依賴定位技術(shù)，隨著技術(shù)的發(fā)展，定位技術(shù)的各項(xiàng)性能指標(biāo)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，基于定位技術(shù)的相應(yīng)市場(chǎng)也正在逐漸開啟。

室內(nèi)定位應(yīng)用廣泛，大概有四類市場(chǎng)：

政府類應(yīng)用：公、檢、法、司、機(jī)關(guān)等

工業(yè)類應(yīng)用：貨品倉(cāng)庫(kù)、智能工廠、地鐵、隧道、礦井等；

商業(yè)類應(yīng)用：商場(chǎng)、博物館、體育館、展覽館、圖書館、地下車庫(kù)等；

消費(fèi)類應(yīng)用：防丟器、跟隨器等；

據(jù)Market&Markets的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，未來幾年，室內(nèi)定位的全球市場(chǎng)將以42.0％的年復(fù)合成長(zhǎng)率增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)從2017年的71億1000萬美元擴(kuò)大到2022年的409億9000萬美元。特別是以蘋果為代表的手機(jī)企業(yè)將高精度定位系統(tǒng)引入手機(jī)生態(tài)系統(tǒng)后，原本To B的商業(yè)模式將快速過度到To C的市場(chǎng)，這必將引起新一輪市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。

預(yù)計(jì)2018 ~ 2022年期間，室內(nèi)定位技術(shù)將廣泛滲透進(jìn)入智能制造、智能建設(shè)、養(yǎng)老醫(yī)療、公共安全、物流運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)應(yīng)用，逐漸成為追蹤和定位服務(wù)的主流技術(shù)。

02 PART 室內(nèi)定位技術(shù)簡(jiǎn)介

定位技術(shù)方面，GPS技術(shù)應(yīng)用最成熟也最廣泛，但它不支持室內(nèi)定位。室內(nèi)外區(qū)域定位常用到的技術(shù)有Wi-Fi、RFID、ZigBee、紅外線、藍(lán)牙和UWB超寬帶技術(shù)，各種技術(shù)有各自的特點(diǎn)，如下表所示：

定位精度（米）覆蓋范圍保密性穿透性抗干擾維護(hù)成本建設(shè)成本功耗頻譜資源

RFID5～100小高差好低中低無源（13.56MHz）

有源（～900MHz）

紅外線5～10小差差好低中中LF（～38KHz）

藍(lán)牙Beacon1～5大一般好差高低低2.4GHz ISM

Zigbee3～10大一般好差低低中2.4GHz ISM

Wi-Fi3～15大差差差高低高2.4GHz ISM

UWB0.1～0.5小高差好高高高3.1GHz～10.6 GHz

AOA-BLE0.3～1大高好中低中低2.4GHz ISM

有眾多技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，其中包括RFID、紅外線、藍(lán)牙Beacon、Zigbee，Wi-Fi、UWB及AOA-BLE，每種技術(shù)都有其長(zhǎng)處和不足，其中高精度定位領(lǐng)域主要是UWB 及最新BLE 5.1 所支持的AOA/AOD技術(shù)；下面分別就這兩種技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。

01 UWB定位技術(shù)

UWB定位系統(tǒng)在室內(nèi)定位市場(chǎng)中占據(jù)30% ~ 40%的市場(chǎng)份額。制造產(chǎn)業(yè)中的資源利用和工作流優(yōu)化，使企業(yè)對(duì)基于UWB技術(shù)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的應(yīng)用需求日益增長(zhǎng)，促進(jìn)了UWB技術(shù)在定位精度方面的進(jìn)步，提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

UWB是一種寬帶短距離的無線脈沖通信技術(shù)，在室內(nèi)高精度定位技術(shù)方面，UWB被視為最有發(fā)展前途的技術(shù)之一，其擁有精度高、抗多徑干擾能力強(qiáng)（多徑：是指RF信號(hào)通過不同路徑到達(dá)同一接收端）、保密性高等特點(diǎn)而被廣受關(guān)注。

UWB 定位基本原理

TOATDOATOF

概念TOA（Time of Arrival，到達(dá)時(shí)間）技術(shù)是一種基于終端與基站之間的傳播延時(shí)來計(jì)算兩者之間的距離的方法。當(dāng)三個(gè)基站參與測(cè)量時(shí)，就可根據(jù)三角定位法確定終端所在的區(qū)域。TDOA （Time Difference of Arrival，到達(dá)時(shí)間差）技術(shù)是一種利用到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行定位的方法又稱為雙曲線定位。TOF （Time of flight，飛行時(shí)間法）技術(shù)是一種雙向測(cè)距技術(shù)，它通過測(cè)量UWB信號(hào)在基站與標(biāo)簽之間往返的飛行時(shí)間來計(jì)算距離。

基本原理

精度低較高高，功耗低低高，容量高較高低

同步要求非常高（基站與終端要同步）高（基站之間要同步）低（無嚴(yán)格同步要求）

應(yīng)用特性適用于簡(jiǎn)單場(chǎng)景適用于空曠或較為簡(jiǎn)單場(chǎng)景（戶外等）適用于復(fù)雜環(huán)境（工廠、電廠等）

UWB技術(shù)最大問題：

01 成本高

此前，UWB定位技術(shù)主要在企業(yè)級(jí)應(yīng)用市場(chǎng)推廣，雖然性能優(yōu)越，不過比較小眾。此次蘋果在其新品手機(jī)中植入U(xiǎn)WB芯片，將會(huì)正式開啟UWB在消費(fèi)級(jí)的應(yīng)用市場(chǎng)，對(duì)整個(gè)UWB定位產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大與成熟有很大的幫助。目前UWB定位技術(shù)最讓人詬病的就是費(fèi)用太貴，而手機(jī)植入后，也將會(huì)對(duì)成本下降有很明顯的促進(jìn)作用，讓外界對(duì)UWB定位技術(shù)有了很高的期待。

02功耗大

由于工作頻段在3.1GHz～10.6GHz 超高頻范圍，且?guī)捀哌_(dá)500MHz，其功耗為普通藍(lán)牙模塊的10倍以上，因此較難集成到普通電池供電設(shè)備中。

03發(fā)射功率受限，覆蓋范圍小

美國(guó)FCC關(guān)于UWB設(shè)備發(fā)射功率的要求：在3.1GHz～10.6GHz頻段上FCC對(duì)發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)的功率限制為：測(cè)量帶寬1MHz時(shí)，距離3m處場(chǎng)強(qiáng)最大為500μV/m，即－41.3dBm。如果帶寬為500MHz， 則信道內(nèi)絕大發(fā)射功率不得超過：-43.3+10log（500）=-14.3dBm；此功率為EIRP（全向輻射功率），考慮到天線增益與空間衰減可近似抵消，因此UWB發(fā)射機(jī)帶內(nèi)發(fā)射功率不得超過-14.3dBm。

此功率僅為傳統(tǒng)藍(lán)牙發(fā)射設(shè)備（6dBm）的1/100左右（注：對(duì)于無線發(fā)射功率，20dB相對(duì)于100倍），因此其有效覆蓋范圍相對(duì)于其他設(shè)備大打折扣，這也是Apple Tags 僅僅能夠支持近距離聯(lián)絡(luò)的原因。 02 AOA-BLE定位技術(shù)

AOA-BLE定位基本原理

AOA（Angle of Arrival ）定位系統(tǒng)由標(biāo)簽端（或被定位目標(biāo)）及定位器組成，其中定位器包含由天線陣列及高速定位引擎?；贏OA定位的的基本原理是標(biāo)簽發(fā)射無線信號(hào)到定位器，定位器中天線陣列在不同時(shí)間點(diǎn)收到同一信號(hào)源發(fā)出的無線信號(hào)，通 過分析到達(dá)時(shí)間差，借助定位器中所嵌入的定位算法（例如MUSIC算法），通過運(yùn)算可以計(jì)算出標(biāo)簽對(duì)定位器的方位角與俯仰角，再配合信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)，可以精確對(duì)目標(biāo)進(jìn)行兩維平面定位（兩個(gè)以上定位器可對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行空間定位）。如下圖所示：

1） BLE高精度定位系統(tǒng)主要采用信號(hào)到達(dá)角（AOA）定位技術(shù)；

2） 通過精確估計(jì)出標(biāo)簽發(fā)送信號(hào)到達(dá)定位基站的角度，測(cè)量出標(biāo)簽在2D平面里X，Y的坐標(biāo)定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的精確定位；

3） 高精度定位覆蓋范圍圓錐角度約100°；

4） 超過100°的范圍定位精度較差；

在2019年藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group）推出的低功耗藍(lán)牙核心規(guī)范BLE 5.1中，基于AOA/AOD測(cè)向功能（Direction Finding）的空中數(shù)據(jù)接口規(guī)范已經(jīng)正式納入其中，這使得搭載了低功耗藍(lán)牙技術(shù)BLE5.1的裝置（包括手機(jī)、各種能終端）可發(fā)射定位數(shù)據(jù)包給定位器（AOA，室內(nèi)定位），或者偵測(cè)藍(lán)牙定位器所發(fā)出的導(dǎo)航信號(hào)（AOD，室內(nèi)導(dǎo)航），從而提供厘米等級(jí)的定位/導(dǎo)航精準(zhǔn)度。

作為一項(xiàng)定位技術(shù)，藍(lán)牙已成手機(jī)中的標(biāo)配是其最大的優(yōu)勢(shì)，借助手機(jī)已有的生態(tài)環(huán)境將該技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模推廣已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。本次藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group）協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的更新，通過藍(lán)牙AOA/AOD定位可將定位精度提升到亞米級(jí)。此外，再結(jié)合藍(lán)牙本身的優(yōu)勢(shì)，使得整個(gè)室內(nèi)定位行業(yè)對(duì)藍(lán)牙定位技術(shù)及相關(guān)市場(chǎng)都充滿了期待。

基于AOA-BLE 定位系統(tǒng)組成

基站系統(tǒng)

√ RF開關(guān)精確實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)控制天線陣列接收信號(hào)

√ RF硬件及ADC完成信號(hào)IQ采樣

√ 支持標(biāo)準(zhǔn)的BLE通信協(xié)議

√ 優(yōu)化的軟硬件方式實(shí)現(xiàn)AOA及RSSI定位雙引擎

√ 標(biāo)準(zhǔn)化定位API接口

標(biāo)簽系統(tǒng)

√ 支持電子卡、手環(huán)、手機(jī)APP等多種標(biāo)簽形式

√ 標(biāo)簽可實(shí)現(xiàn)超低功耗；

定位服務(wù)器

√ 標(biāo)準(zhǔn)化的定位信息接口

√ 支持多種數(shù)據(jù)服務(wù)

行業(yè)應(yīng)用終端

√ 實(shí)時(shí)標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)軌跡

√ 支持電子圍欄

√ 實(shí)時(shí)室內(nèi)導(dǎo)航

基于AOA-BLE 室內(nèi)定位技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1） 兼容性好--兼容BLE5.1協(xié)議，具有廣闊的生態(tài)空間；

2） 功耗小--適合于包括手機(jī)在內(nèi)的各種智能終端及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備；功耗不到UWB系統(tǒng)的1/10；

3） 標(biāo)簽成本低—采樣普通的藍(lán)牙芯片或兼容藍(lán)牙廣播包的2.4GHz芯片便可搭建（或普通手機(jī)），BLE芯片成本不足UWB芯片的1/10；

4） 頻譜資源不受限制--工作在全球通用的2.4GHz ISM免費(fèi)頻段，適應(yīng)性強(qiáng)。

5） 核心芯片可控--國(guó)內(nèi)藍(lán)牙芯片供應(yīng)商眾多，相對(duì)于UWB芯片（DecaWave為主），完全自主可控；

室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 03 PART

（1）基于低功耗藍(lán)牙BLE的定位技術(shù)會(huì)被越來越廣泛應(yīng)用。藍(lán)牙室內(nèi)定位已發(fā)展一段時(shí)間，隨著BLE5.1規(guī)范推出，BLE定位受到相當(dāng)大的關(guān)注。目前基于該技術(shù)的信息推送應(yīng)用在零售業(yè)已經(jīng)獲得相當(dāng)大的響應(yīng)，預(yù)期未來BLE室內(nèi)定位技術(shù)會(huì)更多結(jié)合信息推送、移動(dòng)支付等應(yīng)用，或被實(shí)踐在日常生活上提供個(gè)性化服務(wù)。

（2）多種技術(shù)結(jié)合的混合定位方法，以滿足各種室內(nèi)環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景的需求，并彌補(bǔ)單一技術(shù)的局限。

（3）室內(nèi)地圖和室內(nèi)定位數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)迅速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)趨于成熟，以保證快速擴(kuò)展的能力和定位性能的可靠性與一致性。

（4）采用專用的定位引擎來處理定位、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、傳感器數(shù)據(jù)分析、信息融合和地理圍欄（Geo-fencing）。

（5）低功耗優(yōu)化，降低定位功能對(duì)移動(dòng)設(shè)備帶來的額外功耗以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的精準(zhǔn)定位。

04 PART 室內(nèi)定位領(lǐng)域上下游產(chǎn)業(yè)鏈

室內(nèi)定位領(lǐng)域已經(jīng)形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，主要分為上游芯片產(chǎn)業(yè)、中游系統(tǒng)方案商、下游系統(tǒng)集成商。

01 上游芯片領(lǐng)域

A、UWB芯片：

國(guó)外：Decawave

國(guó)內(nèi)：國(guó)內(nèi)暫時(shí)還沒有大規(guī)模生產(chǎn)UWB定位芯片的廠商

B、BLE5.1 芯片（帶AOA功能）：

國(guó)外：TI、SiliconLab、Dialog、Nordic、Cypress etc；

國(guó)內(nèi)：磐啟微、泰陵微 etc；

02 中游的方案提供商

A、UWB：

國(guó)外： SKYLAB

國(guó)內(nèi)：沃旭、星網(wǎng)云聯(lián)

B、BLE5.1（帶AOA功能）：

以BLE芯片為基礎(chǔ)，并結(jié)合自己的定位算法研發(fā)出AOA定位系統(tǒng)

國(guó)外：Quuppa、SiliconLab、TI

國(guó)內(nèi)：磐啟微

03 下游的集成商

負(fù)責(zé)為終端客戶提供應(yīng)用解決方案。集成商根據(jù)每個(gè)行業(yè)的具體情況，將AOA-BLE定位系統(tǒng)二次開發(fā)，并和其他人員管理設(shè)備或者自動(dòng)化配套設(shè)備集成，研發(fā)出更適合這些行業(yè)的定位系統(tǒng)與設(shè)備。

終上所述，隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，室內(nèi)定位作為物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò)的底層基礎(chǔ)，具有很大的市場(chǎng)潛力。

總結(jié) 05 PART

室內(nèi)定位技術(shù)眾多，各種技術(shù)都有自己的特點(diǎn)，彼此間又在一定程度上存在互相競(jìng)爭(zhēng)。高精度室內(nèi)定位技術(shù)均需要比較昂貴的額外輔助設(shè)備或前期大量的人工處理，這些都大大制約了技術(shù)的推廣普及。低成本的定位技術(shù)則在定位精度上需要提高。在提供高精度定位的基礎(chǔ)上降低成本也是室內(nèi)定位的一個(gè)方向?；赨WB 或AOA-BLE技術(shù)的兩種高精度室內(nèi)定位系統(tǒng)是未來主流發(fā)展方向，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代具有廣闊的生態(tài)空間及發(fā)展?jié)摿?。未來的趨?shì)一定是多種技術(shù)融合使用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以面對(duì)復(fù)雜環(huán)境。其中成本越低、兼容性越好、精度越高的技術(shù)越容易普及。

編輯：jq