藍(lán)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(lán)牙5.1核心規(guī)范，對(duì)于做從事藍(lán)牙開發(fā)的同仁來說，這是一個(gè)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(lán)牙歷經(jīng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(jìn)入精確定位市場領(lǐng)域。根據(jù)行業(yè)觀察，藍(lán)牙定位服務(wù)的市場機(jī)會(huì)在過去幾年中迅速增長，到2022年藍(lán)牙定位解決方案產(chǎn)品將超過4億件年。

1. 藍(lán)牙位置服務(wù)

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

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

• 接近感應(yīng)

      在位置PoI信息解決方案，干電池供電的藍(lán)牙發(fā)射機(jī)，通常稱為信標(biāo)（beacon），部署在整個(gè)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(biāo)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(jī)，打開app，使手機(jī)，藍(lán)牙接收機(jī)可以在一個(gè)固定范圍內(nèi)聽到附近信標(biāo)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(lán)牙設(shè)備，通常稱為個(gè)人財(cái)產(chǎn)標(biāo)簽，可以附加到可移動(dòng)物體上，如一組鑰匙或錢包。它們還包括一個(gè)應(yīng)用程序使智能手機(jī)中的藍(lán)牙無線電能夠監(jiān)聽和估計(jì)特定的距離標(biāo)簽。

2. 藍(lán)牙定位系統(tǒng)

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

• 實(shí)時(shí)定位

      藍(lán)牙實(shí)時(shí)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(jī)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(lán)牙實(shí)時(shí)位置定位系統(tǒng)里 通常會(huì)部署在固定位置的定位器。定位器連接回后臺(tái)服務(wù)器，通常稱為位置引擎。低功耗，電池供電的藍(lán)牙通常作為發(fā)射機(jī)信標(biāo)，通常稱為標(biāo)簽附加到系統(tǒng)的所有資產(chǎn)（或人員）。每個(gè)定位器不斷向位置引擎報(bào)告它可以聽到的所有標(biāo)簽，以及接收到的信號(hào)每個(gè)信標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）。位置引擎使用該信息，以及已知的信息每個(gè)定位器的位置。

      通過了解它與三個(gè)已知的距離，確定對(duì)象的位置。位置估計(jì)的準(zhǔn)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(hào)干擾等因素。目前標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙RTLS解決方案可以提供1至10米定位精度。

• 室內(nèi)定位
  

      藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)可以幫助如購物中心的購物者，機(jī)場的旅行者，或大型辦公樓的工人，導(dǎo)航他們?cè)谡麄€(gè)設(shè)施中的位置。藍(lán)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(biāo)部署在整個(gè)設(shè)施的固定位置。然后訪問者在智能手機(jī)上使用應(yīng)用程序啟用藍(lán)牙無線電電話聽定位信標(biāo)?；趹?yīng)用程序可以聽到的信標(biāo)，以及每個(gè)接收信號(hào)強(qiáng)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(jì)算其當(dāng)前位置。像RTLS解決方案一樣，定位精度藍(lán)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(biāo)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(jí)精度。

3. 精確定位：方向位置測(cè)量

      雖然藍(lán)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(jí)精度的定位需求。即將啟用的藍(lán)牙5.1有助于開發(fā)精確定位服務(wù)，實(shí)現(xiàn)這些先進(jìn)的性能要求。

      在藍(lán)牙核心規(guī)范的5.1版本中，藍(lán)牙添加了方向測(cè)量功能。使用此新功能，藍(lán)牙設(shè)備可以確定信號(hào)從另一臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備傳輸的方向。這種看似基本的能力顯著增強(qiáng)藍(lán)牙定位服務(wù)。如上所述，藍(lán)牙位置服務(wù)當(dāng)前正在使用RSSI來估計(jì)距離在兩個(gè)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(jì)和三邊測(cè)量以確定設(shè)備的位置。現(xiàn)在，通過兩個(gè)固定設(shè)備和待測(cè)設(shè)備的方向夾角即可輔助目標(biāo)設(shè)備的精確位置。

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

• AoA角度測(cè)量

      在RTLS解決方案中的標(biāo)簽，使用單天線發(fā)射機(jī)（信標(biāo)）傳輸特殊的測(cè)向信號(hào)。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(gè)天線（至少雙天線）。當(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)穿過陣列時(shí)，接收由于與天線中的每個(gè)天線的距離不同，設(shè)備看到信號(hào)相位差陣列到發(fā)射天線。接收設(shè)備在切換時(shí)獲取信號(hào)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(jì)算相對(duì)信號(hào)方向。AoA測(cè)向方法適用于RTLS，項(xiàng)目查找和PoI信息定位服務(wù)解決方案。

• AoD角度測(cè)量

      在IPS解決方案中的定位信標(biāo)，使用安排在其中的多個(gè)天線發(fā)送特殊信號(hào)陣列。接收設(shè)備，例如同一IPS解決方案中的移動(dòng)電話，只需要具有單個(gè)天線。當(dāng)來自發(fā)送設(shè)備的多個(gè)信號(hào)穿過接收設(shè)備中的天線時(shí)，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(jì)算相對(duì)信號(hào)方向。 AoD測(cè)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(lán)牙配置文件)

      對(duì)于許多藍(lán)牙功能，Spec會(huì)定義如何開發(fā)的profile實(shí)現(xiàn)該功能的可互操作的藍(lán)牙產(chǎn)品。例如，藍(lán)牙 耳機(jī)配置文件定義了如何使用藍(lán)牙開發(fā)可互操作的音頻耳機(jī)A2DP profile。 對(duì)于新的藍(lán)牙測(cè)向功能也是如此。藍(lán)牙5.1中新的針對(duì)AoA,AoD配置文件profile正處于最后階段，預(yù)計(jì)很快就會(huì)發(fā)布。

4. 結(jié)論

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