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蓝牙核心规范v5.1:剑指精确定位市场

2019-01-30
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1月28日,SIG发布蓝牙5.1核心规范,对于做从事蓝牙开发的同仁来说,这是一个重磅新闻:


The Bluetooth Special Interest Group (SIG) today announced a newdirection finding feature that holds the potential to significantly enhance theperformance of Bluetooth® location services solutions.

The Bluetooth direction finding feature enables:

  • Devices to determine the direction of a Bluetooth signal

  • Bluetooth proximity solutions that can understand device direction

  • Down to centimeter-level accuracy in Bluetooth positioning systems


蓝牙历点对点音频传输应用,BLE 智能穿戴设备应用;Mesh智能家居应用;在昨天宣布正式进入精确定位市场领域。根据行业观察,蓝牙定位服务的市场机会在过去几年中迅速增长,2022蓝牙定位解决方案产品将超过4亿件年。



1. 蓝牙位置服务


很多蓝牙追踪定位方案已经深入到生活当中,比如蓝牙兴趣点(PoI)信息解决方案正在增强在博物馆和零售商店的访客体验。数百万人依赖蓝牙产品寻找追踪丢失的密钥和其他个人物品。蓝牙室内定位系统(IPS)正在帮助数百万旅客在繁忙的机场和购物者中导航,全球各地正在使用蓝牙实时定位系统(RTLS)以更好地管理资源和优化材料的流动。蓝牙5.1的核心规范中添加了一个发现方向(AoD)功能,将显著增强蓝牙定位服务的精度和性能。



蓝牙接近感应解决方案是利用蓝牙来确定某个设备相对于其他设备的位置进行触发特殊服务。比如一个蓝牙设备,通常是一个智能手机,用于确定是否检测到另一个蓝牙设备在范围内,大约有多远。


  • 接近感应

在位置PoI信息解决方案,干电池供电的蓝牙发射机,通常称为信标(beacon),部署在整个零售商店,或者博物馆,可以为游客提供更多关于零售信标的展品信息。在这些解决方案中,需要访问者下载app应用到他们的智能手机,打开app,使手机,蓝牙接收机可以在一个固定范围内听到附近信标信息。



  • 物品找寻

物品反向寻找解决方案也是这种原理,这些解决方案涉及小型,电池供电的蓝牙设备,通常称为个人财产标签,可以附加到可移动物体上,如一组钥匙或钱包。它们还包括一个应用程序使智能手机中的蓝牙无线电能够监听和估计特定的距离标签。



2. 蓝牙定位系统


实时定位系统(RTLS)和室内定位系统(IPS)是两种最流行的蓝牙定位系统,但无论是哪一种定位,使用蓝牙来确定设备的物理位置的定位系统会涉及到复杂的基础设施部署。



  • 实时定位

蓝牙实时定位系统解决方案可用于资产跟踪以及人员跟踪。例如,可以定位和跟踪位置托盘,叉车仓库,工人,或超声机器和患者医院,帮助确保安全和在紧急情况下快速响应。

蓝牙实时位置定位系统里 通常会部署在固定位置的定位器。定位器连接回后台服务器,通常称为位置引擎。低功耗,电池供电的蓝牙通常作为发射机信标,通常称为标签附加到系统的所有资产(或人员)。每个定位器不断向位置引擎报告它可以听到的所有标签,以及接收到的信号每个信标的信号强度(RSSI)。位置引擎使用该信息,以及已知的信息每个定位器的位置。

通过了解它与三个已知的距离,确定对象的位置。位置估计的准确性受到包括平面图设施和部署位置,定位器数量,2.4G信号干扰等因素。目前标准蓝牙RTLS解决方案可以提供1至10米定位精度。



  • 室内定位

蓝牙室内定位系统可以帮助如购物中心的购物者,机场的旅行者,或大型办公楼的工人,导航他们在整个设施中的位置。蓝牙IPS解决方案的工作方式与RTLS解决方案相反,通常定位信标部署在整个设施的固定位置。然后访问者在智能手机上使用应用程序启用蓝牙无线电电话听定位信标。基于应用程序可以听到的信标,以及每个接收信号强度(RSSI)和他们已知的位置,应用程序是能够的使用trilateration,与RTLS中使用的过程相同解决方案,计算其当前位置。像RTLS解决方案一样,定位精度蓝牙IPS解决方案受到多种影响因素包括设施的平面图,以及固定定位信标的数量部署,周围2.4g设备干扰等,目前市面上存在的系统可以提供1至10米级精度。



3. 精确定位:方向位置测量


虽然蓝牙定位服务在当前已经取得一部分成功,但市场更需要的是精确定位方案,例如,在某些RTLS系统中,需要提供厘米级精度的定位需求。即将启用的蓝牙5.1有助于开发精确定位服务,实现这些先进的性能要求。


在蓝牙核心规范的5.1版本中,蓝牙添加了方向测量功能。使用此新功能,蓝牙设备可以确定信号从另一台蓝牙设备传输的方向。这种看似基本的能力显着增强蓝牙定位服务。如上所述,蓝牙位置服务当前正在使用RSSI来估计距离在两个设备之间,在RTLS和IPS解决方案的情况下,使用这些距离估计和三边测量以确定设备的位置。现在,通过两个固定设备和待测设备的方向夹角即可辅助目标设备的精确位置。

蓝牙5.1规范中规定,蓝牙测向功能支持两种确定方向的方法蓝牙信号,两者都基于天线阵列的使用到 到达角(AoA)和出发角(AoD)。



  • AoA角度测量

在RTLS解决方案中的标签,使用单天线发射机(信标)传输特殊的测向信号。接收设备,例如同一RTLS解决方案中的定位器,具有以阵列排列的多个天线(至少双天线)。当传输的信号穿过阵列时,接收由于与天线中的每个天线的距离不同,设备看到信号相位差阵列到发射天线。接收设备在切换时获取信号的IQ样本在阵列中的有源天线之间。基于IQ样本数据,接收设备可以计算相对信号方向。AoA测向方法适用于RTLS,项目查找和PoI信息定位服务解决方案。


  • AoD角度测量

在IPS解决方案中的定位信标,使用安排在其中的多个天线发送特殊信号阵列。接收设备,例如同一IPS解决方案中的移动电话,只需要具有单个天线。当来自发送设备的多个信号穿过接收设备中的天线时,接收设备需要IQ样本。基于IQ样本数据,接收设备可以计算相对信号方向。 AoD测向方法适用于IPS解决方案,例如用于寻路,导航。


  • Profile(带方向查找的蓝牙配置文件)

对于许多蓝牙功能,Spec会定义如何开发的profile实现该功能的可互操作的蓝牙产品。例如,蓝牙 耳机配置文件定义了如何使用蓝牙开发可互操作的音频耳机A2DP profile。 对于新的蓝牙测向功能也是如此。蓝牙5.1中新的针对AoA,AoD配置文件profile正处于最后阶段,预计很快就会发布。 


4. 结论


新的挑战意味着新的机会,蓝牙定位已经存在好多年,但精度始终是一个大问题,方向角度测量无疑为精确定位带来了更多的解决方案,蓝牙核心规范只给出I/Q值和相应的profile,服务,具体实现需要较为强的射频背景和上层算法支持。我们将持续更新蓝牙精度定位市场,提供更多有价值信息给到大家,希望大家多多支持!


       延伸阅读  AoA实施细节:未来蓝牙新方向之一【AoA室内定位】


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