到達角與出發(fā)角方法顯著(zhù)提升藍牙位置服務(wù)性能

　　AoA and AoD significantly enhance the performance of Bluetooth location service

      作者/Dave Hollander 藍牙技術(shù)聯(lián)盟市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)總監

      摘要：盡管藍牙位置服務(wù)目前已取得顯著(zhù)成功，但市場(chǎng)上需要具有更出色性能的解決方案，且部分實(shí)時(shí)定位服務(wù)（RTLS）要求厘米級的位置精度。幸運的是，藍牙技術(shù)最近增加了一項新功能，使位置服務(wù)解決方案能夠滿(mǎn)足厘米級精度要求。

　　關(guān)鍵詞：藍牙；位置；尋向；到達角；出發(fā)角

      1 增加尋向功能

      “無(wú)線(xiàn)電尋向”是指識別所收到的信號的發(fā)射方向。自二十世紀初開(kāi)始，無(wú)線(xiàn)電尋向就已被用于各種系統之中，為航空和航海導航、野外追蹤等提供支持。

　　在藍牙核心規格5.1版本中，藍牙增加了尋向功能，這項新功能可以使藍牙設備識別出來(lái)自另一臺藍牙設備的發(fā)射信號方向，這項看似基本的功能可能會(huì )大幅增強藍牙位置服務(wù)解決方案的性能。

　　藍牙位置服務(wù)目前使用接收信號強度（RSSI）測量來(lái)估算兩臺設備之間的距離，而實(shí)時(shí)定位系統（RTLS）和室內定位系統（IPS）解決方案通過(guò)估算的距離與三邊測量法確定設備的位置?，F在，通過(guò)尋向功能，這些設備也可以利用另一臺設備的方向信息，而且實(shí)時(shí)定位系統和室內定位系統解決方案可以通過(guò)三邊測量法提高位置的精度（如圖1）。

　　藍牙尋向功能支持兩種基于天線(xiàn)陣列的藍牙信號尋向方法：到達角（AoA）與出發(fā)角（AoD）。

　　2 到達角尋向方法

      在到達角尋向（AoA）方法中，待確定方向的設備（例如實(shí)時(shí)定位系統解決方案中的標簽等）通過(guò)單一天線(xiàn)發(fā)射特殊的尋向信號。接收設備（例如同一實(shí)時(shí)定位系統解決方案中的定位器等）具有由多根天線(xiàn)組成的陣列（如圖2）。當所發(fā)射的信號通過(guò)天線(xiàn)陣列時(shí)，由于陣列中的每根天線(xiàn)與發(fā)射設備之間的距離不同，接收設備會(huì )出現信號相位差。接收設備對信號進(jìn)行IQ取樣，同時(shí)在陣列中的發(fā)射天線(xiàn)之間切換?；贗Q樣本數據，接收設備便可以計算相對信號方向。到達角尋向方法適用于實(shí)時(shí)定位系統以及接近類(lèi)解決方案，例如物品追蹤和地標（POI）信息服務(wù)。

　　3 出發(fā)角尋向方法

      在出發(fā)角尋向（AoD）方法中，待確定方向的設備（例如室內定位系統解決方案中的定位器Beacon等）通過(guò)由多根天線(xiàn)組成的陣列發(fā)射特殊的尋向信號。接收設備（例如同一室內定位系統解決方案中的移動(dòng)電話(huà)等）具有單一天線(xiàn)（如圖3）。當來(lái)自發(fā)射設備的多個(gè)信號通過(guò)接收設備的天線(xiàn)時(shí)，接收設備會(huì )進(jìn)行IQ取樣?；贗Q樣本數據，接收設備可以計算相對信號方向。出發(fā)角尋向方法適用于尋路等用途的室內定位系統解決方案。

　　4 藍牙發(fā)展的新方向

      全新的藍牙尋向功能在重要的接近類(lèi)解決方案和定位應用中能夠發(fā)揮優(yōu)勢。

　　4.1 物品追蹤解決方案

      物品追蹤解決方案給用戶(hù)體驗帶來(lái)了巨大的改變。當智能手機供應商將支持到達角尋向的藍牙集成到手機中時(shí)，物品追蹤解決方案就能使用方向信息，從而明確所尋找的物品的距離與方向，讓用戶(hù)不再為尋找丟失的物品而絞盡腦汁。

　　4.2 地標信息解決方案

      地標（POI）信息解決方案也能夠得益于加入到智能手機的到達角尋向功能。例如，在一家展品眾多且安裝有相關(guān)Beacon的博物館展廳內，智能手機上的地標信息應用程序就可以為用戶(hù)提供展廳中所有展品的信息，而且用戶(hù)還能選擇其中特定的展品獲取詳細的信息。通過(guò)尋向功能，用戶(hù)只需要將智能手機指向一件特定的展品就能獲得關(guān)于該展品的更多信息。

　　4.3 實(shí)時(shí)定位系統解決方案

       通過(guò)尋向功能，實(shí)時(shí)定位系統（RTLS）解決方案可以在合適的部署環(huán)境中將位置精度提高到厘米級。具有尋向功能的實(shí)時(shí)定位系統使工廠(chǎng)能夠更精確地追蹤材料的位置和物流情況，同時(shí)在工人進(jìn)入不安全的工作區域之前及時(shí)提醒他們。

　　4.4 室內定位系統解決方案

       室內定位系統（IPS）解決方案也能從尋向功能中獲得性能的提升。例如，定位系統可以為大型體育場(chǎng)內的觀(guān)眾提供精確到區域甚至具體座位的導航服務(wù)，以及為商店內的購物者提供精確到產(chǎn)品所在區域、過(guò)道乃至貨架的導航等。此外，具有尋向功能的室內定位系統解決方案只需較少的定位器Beacon就能實(shí)現很高的精度，這進(jìn)一步提高了部署效率，而且這一精度還將提供更多關(guān)于產(chǎn)品與消費者互動(dòng)的數據和信息。

　　藍牙社區正在不斷提升技術(shù)來(lái)把握市場(chǎng)機會(huì )，滿(mǎn)足日益擴大的傳統市場(chǎng)與應用需求。尋向功能是一系列開(kāi)發(fā)進(jìn)展中的最新成果，為值得信賴(lài)的無(wú)線(xiàn)電技術(shù)帶來(lái)了成熟且經(jīng)得起時(shí)間考驗的信號尋向方法。

　　5 2019年藍牙亞洲大會(huì )即將召開(kāi)

       上述的藍牙尋向功能已于2019年1月底推出的藍牙最新核心規格5.1中正式地介紹給大家。緊接著(zhù)，藍牙技術(shù)聯(lián)盟將通過(guò)一年一度的產(chǎn)業(yè)盛典“藍牙亞洲大會(huì )”（Bluetooth Asia 2019）與大家面對面進(jìn)行關(guān)于新技術(shù)及其發(fā)展的進(jìn)一步交流。

　　2019年藍牙亞洲大會(huì )將于5月23日至24日再度落地深圳會(huì )展中心，2500多名軟件開(kāi)發(fā)者、制造商、各大創(chuàng )業(yè)公司創(chuàng )始人、公司高管及藍牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）代表將共聚一堂。

　　藍牙亞洲大會(huì )舉辦至今已步入第六年，本屆大會(huì )將探討藍牙技術(shù)在智能家居、智能樓宇和智慧城市等新興市場(chǎng)的落地應用，以及在無(wú)線(xiàn)音頻和互聯(lián)設備領(lǐng)域的最新發(fā)展。

　　大會(huì )上，來(lái)自華為、阿里巴巴、小米和百度等公司的業(yè)界領(lǐng)袖將分享各自的深入見(jiàn)解，以及其最新突破性藍牙技術(shù)的相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗。此外，開(kāi)發(fā)者還可參加主題會(huì )議及多場(chǎng)實(shí)踐環(huán)節，了解在其產(chǎn)品中應用藍牙技術(shù)所需的最新技術(shù)和工具。此次大會(huì )讓開(kāi)發(fā)者有機會(huì )直接從藍牙技術(shù)聯(lián)盟了解到有關(guān)藍牙標準的最新信息，或與藍牙技術(shù)聯(lián)盟專(zhuān)家現場(chǎng)面對面咨詢(xún)提問(wèn)。

　　作者簡(jiǎn)介：

       Dave Hollander，藍牙技術(shù)聯(lián)盟市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)總監。他的團隊致力于提高人們對藍牙在物聯(lián)網(wǎng)中不斷擴展的能力的認識，并提升全球藍牙創(chuàng )作者和用戶(hù)的興趣。

     本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第5期第39頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處