全球定位系統(tǒng) (GPS) 和其他定位服務(wù)的引入改變了我們世界跟蹤汽車(chē)、貨物和人員等重要資產(chǎn)的方式。盡管 GPS 非常有用和強(qiáng)大，但由于其高頻衛(wèi)星信號(hào)和無(wú)法穿透物理結(jié)構(gòu)，因此缺乏室內(nèi)跟蹤的能力。這導(dǎo)致人們尋求室內(nèi)位置跟蹤的替代解決方案。2019 年，藍(lán)牙?5.1 (BT5.1) 發(fā)布，在測(cè)向技術(shù)上取得了突破，并能夠支持實(shí)時(shí)定位系統(tǒng) (RTLS) 以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜和高級(jí)的室內(nèi)應(yīng)用。今天，我們擁有藍(lán)牙 5.2，它提供與藍(lán)牙 5.1 相同的功能，并具有向后兼容性。在這里，我們將介紹藍(lán)牙 5.1 的特性和優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗砹?RTLS 的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并且是最新無(wú)線協(xié)議的基礎(chǔ)。

實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)

實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)作為定位器和標(biāo)簽設(shè)備的無(wú)線生態(tài)系統(tǒng)，可以不斷地相互傳遞準(zhǔn)確的位置跟蹤數(shù)據(jù)。盡管與 GPS 類(lèi)似，實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的不同之處在于它們?cè)谑覂?nèi)提供精確位置跟蹤數(shù)據(jù)的能力。藍(lán)牙 5.1 通過(guò)在發(fā)射器或接收器上使用多個(gè)天線同時(shí)利用藍(lán)牙低功耗 (BLE) 的低功耗來(lái)支持 RTLS。這種方法有助于航運(yùn)和制造業(yè)中的高級(jí)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序需要在倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)所進(jìn)行準(zhǔn)確的資產(chǎn)跟蹤和監(jiān)控。由紐扣電池供電的簡(jiǎn)單低功耗標(biāo)簽現(xiàn)在可以輕松安裝到設(shè)備、資產(chǎn)、

在藍(lán)牙 5.0 之前，藍(lán)牙只能通過(guò)基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示 (RSSI) 的信標(biāo)方法來(lái)跟蹤位置。RSSI 是一種簡(jiǎn)單的方法，它涉及監(jiān)視源傳輸信號(hào)的強(qiáng)度以確定兩個(gè)設(shè)備之間的距離。雖然有用，但 RSSI 方法不能提供 RTLS 能夠提供的精度，因?yàn)樗荒芴峁?duì)信標(biāo)位置的廣泛估計(jì)。Bluetooth 5.1 利用到達(dá)角 (AoA) 和出發(fā)角 (AoD) 技術(shù)來(lái)測(cè)量信號(hào)的相位和振幅，除了 RSSI 提供的僅距離信息之外，它還提供更精確的位置。

到達(dá)角 (AoA)

AoA 的工作原理是通過(guò)信標(biāo)或標(biāo)簽傳輸特定的測(cè)向數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包由包含多個(gè)天線陣列的設(shè)備或定位器接收。定位器節(jié)點(diǎn)利用嵌入式定位引擎來(lái)計(jì)算信號(hào)的到達(dá)角度。每個(gè)天線接收到的信號(hào)相對(duì)于彼此在不同的時(shí)間到達(dá)。然后對(duì)信號(hào)相位的這些偏移進(jìn)行采樣和計(jì)算，以確定產(chǎn)生源坐標(biāo)信息的相對(duì)角度。資產(chǎn)跟蹤或任何形式的興趣點(diǎn) (PoI) 應(yīng)用程序最適合這種方法——許多低功率標(biāo)簽可以簡(jiǎn)單地將它們的位置廣播到 AoA 定位器，例如傾向于支持的無(wú)線接入點(diǎn)或路由器多個(gè)天線。

出發(fā)角 (AoD)

AoD 方法本質(zhì)上與 AoA 相反，因?yàn)榘l(fā)射設(shè)備包含一個(gè)天線陣列，而接收設(shè)備包含一個(gè)單天線接收器。接收設(shè)備將信號(hào)采樣為 IQ 分量并執(zhí)行坐標(biāo)計(jì)算。這種情況最適合手機(jī)等通常只包含一根藍(lán)牙天線的設(shè)備。手機(jī)無(wú)需添加硬件即可利用藍(lán)牙 5.1 位置跟蹤，只要它們包含支持定位引擎所需的軟件即可。

設(shè)計(jì)要求

藍(lán)牙測(cè)向的硬件要求因節(jié)點(diǎn)設(shè)備而異。AoA 或 AoD 所需的簡(jiǎn)單標(biāo)簽只需要一根天線，這與傳統(tǒng)藍(lán)牙設(shè)備類(lèi)似。然而，依賴(lài)多天線陣列的定位器設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。在定位器中心，天線陣列通過(guò)外部射頻 (RF) 開(kāi)關(guān)多路復(fù)用到藍(lán)牙 SoC，該開(kāi)關(guān)實(shí)質(zhì)上在天線之間切換以從每個(gè)元件收集（正交）IQ 樣本。多個(gè)天線以這種方式實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹圃炀哂卸鄠€(gè)天線端口或引腳的藍(lán)牙 SoC 將被證明是極其昂貴的。天線陣列需要 360 度覆蓋以確保接收全向信號(hào)，或者 180 度用于壁掛式裝置。

結(jié)論

藍(lán)牙 5.1 為實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)解決復(fù)雜物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來(lái)了許多好處。由于以前版本的藍(lán)牙是當(dāng)今最流行的一些無(wú)線技術(shù)，藍(lán)牙 5.1 和現(xiàn)在的藍(lán)牙 5.2 使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員可以更輕松地創(chuàng)建更穩(wěn)定和準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，同時(shí)更容易與各種設(shè)備。從跟蹤商場(chǎng)客戶(hù)的移動(dòng)設(shè)備到安裝在倉(cāng)庫(kù)中的集裝箱和箱子上的許多帶標(biāo)簽的傳感器，現(xiàn)在可以輕松監(jiān)控資產(chǎn)，從而為網(wǎng)絡(luò)管理員提供更深入的數(shù)據(jù)。

審核編輯：湯梓紅