藍牙核心規(guī)范v5.1：劍指精確定位市場

      1月29日，SIG發(fā)布藍牙5.1核心規(guī)范，對于做從事藍牙開發(fā)的同仁來說，這是一個重磅新聞：

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

      藍牙歷經(jīng)點對點音頻傳輸應(yīng)用，BLE 智能穿戴設(shè)備應(yīng)用;Mesh智能家居應(yīng)用;在昨天宣布正式進入精確定位市場領(lǐng)域。根據(jù)行業(yè)觀察，藍牙定位服務(wù)的市場機會在過去幾年中迅速增長，到2022年藍牙定位解決方案產(chǎn)品將超過4億件年。

1. 藍牙位置服務(wù)

      很多藍牙追蹤定位方案已經(jīng)深入到生活當(dāng)中，比如藍牙興趣點（PoI）信息解決方案正在增強在博物館和零售商店的訪客體驗。數(shù)百萬人依賴藍牙產(chǎn)品尋找追蹤丟失的密鑰和其他個人物品。藍牙室內(nèi)定位系統(tǒng)（IPS）正在幫助數(shù)百萬旅客在繁忙的機場和購物者中導(dǎo)航，全球各地正在使用藍牙實時定位系統(tǒng)（RTLS）以更好地管理資源和優(yōu)化材料的流動。藍牙5.1的核心規(guī)范中添加了一個發(fā)現(xiàn)方向(AoD)功能，將顯著增強藍牙定位服務(wù)的精度和性能。

      藍牙接近感應(yīng)解決方案是利用藍牙來確定某個設(shè)備相對于其他設(shè)備的位置進行觸發(fā)特殊服務(wù)。比如一個藍牙設(shè)備，通常是一個智能手機，用于確定是否檢測到另一個藍牙設(shè)備在范圍內(nèi)，大約有多遠。

• 接近感應(yīng)

      在位置PoI信息解決方案，干電池供電的藍牙發(fā)射機，通常稱為信標（beacon），部署在整個零售商店，或者博物館，可以為游客提供更多關(guān)于零售信標的展品信息。在這些解決方案中，需要訪問者下載app應(yīng)用到他們的智能手機，打開app，使手機，藍牙接收機可以在一個固定范圍內(nèi)聽到附近信標信息。

• 物品找尋

      物品反向?qū)ふ医鉀Q方案也是這種原理，這些解決方案涉及小型，電池供電的藍牙設(shè)備，通常稱為個人財產(chǎn)標簽，可以附加到可移動物體上，如一組鑰匙或錢包。它們還包括一個應(yīng)用程序使智能手機中的藍牙無線電能夠監(jiān)聽和估計特定的距離標簽。

2. 藍牙定位系統(tǒng)

      實時定位系統(tǒng)（RTLS）和室內(nèi)定位系統(tǒng)（IPS）是兩種最流行的藍牙定位系統(tǒng)，但無論是哪一種定位，使用藍牙來確定設(shè)備的物理位置的定位系統(tǒng)會涉及到復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施部署。

• 實時定位

      藍牙實時定位系統(tǒng)解決方案可用于資產(chǎn)跟蹤以及人員跟蹤。例如，可以定位和跟蹤位置托盤，叉車倉庫，工人，或超聲機器和患者醫(yī)院，幫助確保安全和在緊急情況下快速響應(yīng)。

      藍牙實時位置定位系統(tǒng)里 通常會部署在固定位置的定位器。定位器連接回后臺服務(wù)器，通常稱為位置引擎。低功耗，電池供電的藍牙通常作為發(fā)射機信標，通常稱為標簽附加到系統(tǒng)的所有資產(chǎn)（或人員）。每個定位器不斷向位置引擎報告它可以聽到的所有標簽，以及接收到的信號每個信標的信號強度（RSSI）。位置引擎使用該信息，以及已知的信息每個定位器的位置。

      通過了解它與三個已知的距離，確定對象的位置。位置估計的準確性受到包括平面圖設(shè)施和部署位置，定位器數(shù)量，2.4G信號干擾等因素。目前標準藍牙RTLS解決方案可以提供1至10米定位精度。

• 室內(nèi)定位
  

      藍牙室內(nèi)定位系統(tǒng)可以幫助如購物中心的購物者，機場的旅行者，或大型辦公樓的工人，導(dǎo)航他們在整個設(shè)施中的位置。藍牙IPS解決方案的工作方式與RTLS解決方案相反，通常定位信標部署在整個設(shè)施的固定位置。然后訪問者在智能手機上使用應(yīng)用程序啟用藍牙無線電電話聽定位信標?；趹?yīng)用程序可以聽到的信標，以及每個接收信號強度（RSSI）和他們已知的位置，應(yīng)用程序是能夠的使用trilateration，與RTLS中使用的過程相同解決方案，計算其當(dāng)前位置。像RTLS解決方案一樣，定位精度藍牙IPS解決方案受到多種影響因素包括設(shè)施的平面圖，以及固定定位信標的數(shù)量部署，周圍2.4g設(shè)備干擾等，目前市面上存在的系統(tǒng)可以提供1至10米級精度。

3. 精確定位：方向位置測量

      雖然藍牙定位服務(wù)在當(dāng)前已經(jīng)取得一部分成功，但市場更需要的是精確定位方案，例如，在某些RTLS系統(tǒng)中，需要提供厘米級精度的定位需求。即將啟用的藍牙5.1有助于開發(fā)精確定位服務(wù)，實現(xiàn)這些先進的性能要求。

      在藍牙核心規(guī)范的5.1版本中，藍牙添加了方向測量功能。使用此新功能，藍牙設(shè)備可以確定信號從另一臺藍牙設(shè)備傳輸的方向。這種看似基本的能力顯著增強藍牙定位服務(wù)。如上所述，藍牙位置服務(wù)當(dāng)前正在使用RSSI來估計距離在兩個設(shè)備之間，在RTLS和IPS解決方案的情況下，使用這些距離估計和三邊測量以確定設(shè)備的位置?，F(xiàn)在，通過兩個固定設(shè)備和待測設(shè)備的方向夾角即可輔助目標設(shè)備的精確位置。

      藍牙5.1規(guī)范中規(guī)定，藍牙測向功能支持兩種確定方向的方法藍牙信號，兩者都基于天線陣列的使用到 到達角（AoA）和出發(fā)角（AoD）。

• AoA角度測量

      在RTLS解決方案中的標簽，使用單天線發(fā)射機（信標）傳輸特殊的測向信號。接收設(shè)備，例如同一RTLS解決方案中的定位器，具有以陣列排列的多個天線（至少雙天線）。當(dāng)傳輸?shù)男盘柎┻^陣列時，接收由于與天線中的每個天線的距離不同，設(shè)備看到信號相位差陣列到發(fā)射天線。接收設(shè)備在切換時獲取信號的IQ樣本在陣列中的有源天線之間?；贗Q樣本數(shù)據(jù)，接收設(shè)備可以計算相對信號方向。AoA測向方法適用于RTLS，項目查找和PoI信息定位服務(wù)解決方案。

• AoD角度測量

      在IPS解決方案中的定位信標，使用安排在其中的多個天線發(fā)送特殊信號陣列。接收設(shè)備，例如同一IPS解決方案中的移動電話，只需要具有單個天線。當(dāng)來自發(fā)送設(shè)備的多個信號穿過接收設(shè)備中的天線時，接收設(shè)備需要IQ樣本?；贗Q樣本數(shù)據(jù)，接收設(shè)備可以計算相對信號方向。 AoD測向方法適用于IPS解決方案，例如用于尋路，導(dǎo)航。

• Profile(帶方向查找的藍牙配置文件)

      對于許多藍牙功能，Spec會定義如何開發(fā)的profile實現(xiàn)該功能的可互操作的藍牙產(chǎn)品。例如，藍牙 耳機配置文件定義了如何使用藍牙開發(fā)可互操作的音頻耳機A2DP profile。 對于新的藍牙測向功能也是如此。藍牙5.1中新的針對AoA,AoD配置文件profile正處于最后階段，預(yù)計很快就會發(fā)布。

4. 結(jié)論

      新的挑戰(zhàn)意味著新的機會，藍牙定位已經(jīng)存在好多年，但精度始終是一個大問題，方向角度測量無疑為精確定位帶來了更多的解決方案，藍牙核心規(guī)范只給出I/Q值和相應(yīng)的profile，服務(wù)，具體實現(xiàn)需要較為強的射頻背景和上層算法支持。我們將持續(xù)更新藍牙精度定位市場，提供更多有價值信息給到大家，希望大家多多支持！