隨著 GPS 的普及，定位已成為無線設備的重要功能之一。如今的消費者期望實現(xiàn)微定位，這反過來促使無線技術針對微定位的要求進行調(diào)整，推動定位精度不斷提升。

使用無線技術進行定位并不是一件新鮮事。然而，在確定了基于位置的新用例后，用戶對定位精度的要求也在逐年提高。

例如，GPS 系統(tǒng)可以達到約 5 到 20 米的精度級別，具體取決于信號條件。對于尋找特定建筑物的車主來說，GPS 系統(tǒng)足以滿足需求，但 GPS 的精度水平無法幫助用戶在商店中查找特定的貨架或在參觀博物館時找到目標畫作。

如今，基于接收信號強度的藍牙和Wi-Fi定位系統(tǒng)可滿足室內(nèi)應用的定位需求，例如檢測幾米內(nèi)人或物的接近程度。不過，下一代定位技術旨在實現(xiàn)更高的精度水平，達到幾厘米量級的亞米級精度，此類技術也稱為微定位。微定位開啟了免提訪問控制和資產(chǎn)跟蹤等眾多新一代用例，允許用戶以極其精確的方式與環(huán)境中的各種物體交互。

基于藍牙5.1核心規(guī)范的系統(tǒng)、基于IEEE 802.15.4z的超寬帶和基于IEEE 802.11az的Wi-Fi下一代定位技術讓這些新一代的定位應用成為可能。

在超寬帶的支持下，藍牙已經(jīng)從一種低精度定位技術發(fā)展

為誤差在一米以內(nèi)的高精度定位技術。

藍牙 5.1 如何提供微定位？

藍牙 SIG 在2019 年發(fā)布了全新的藍牙 5.1核心規(guī)范，加入了用于定向的增強功能。早在 5.1 版本發(fā)布之前，藍牙便已廣泛應用于室內(nèi)定位領域，它使用一種稱為接收信號強度指示器 （RSSI） 的方法，根據(jù)測得的路徑損耗來估算發(fā)射器和接收器之間的距離。

但是，這種方法只能檢測到發(fā)射器位于某個圓形區(qū)域內(nèi)，無法獲知傳入信號的方向。藍牙 5.1 規(guī)范通過提供傳入信號的角度信息將方向性納入考量。通過藍牙 5.1 的到達角（AoA） 或出發(fā)角 （AoD） 方法，可實現(xiàn)資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)或?qū)ぢ窇谩?/p>

藍牙定向是通過檢測藍牙設備的到達角實現(xiàn)的。

可根據(jù)輸入信號的角度確定方向。定向時，藍牙 5.1 設備會傳輸帶定頻擴展信號 （CTE） 欄位的數(shù)據(jù)包。CTE 字段是持續(xù)時間可變的未數(shù)據(jù) 1 位序列，可簡化接收器上的相位計算。藍牙 5.1 接收器使用具有至少兩根天線的天線陣列，并根據(jù)天線之間的相位差、信號波長和天線之間的距離計算入射角。

相比單獨使用 RSSI 方法，將角度信息與 RSSI 測量相結合能夠更準確地確定設備位置。

基于藍牙 5.1 的系統(tǒng)的定位精度取決于多種因素，包括數(shù)組中的天線數(shù)和天線方向圖，以及根據(jù)相位 I/Q 信息確定角度的后處理算法。此外，現(xiàn)場的拓撲結構也十分重要，因為障礙物會降低 RSSI 和相位精度。不過，通過部署多個定位器進行三角測量，可以顯著改善測量精度。

基于藍牙 5.1 的系統(tǒng)能夠達到幾十厘米量級的亞米級精度，具體取決于實施情況。在本文編寫之際，所有主要芯片組制造商均已添加對藍牙 5.1 的支持。

超寬帶（UWB）如何實現(xiàn)微定位？

UWB 并非一項新技術。正如IEEE 802.15.4標準中定義的一樣，其首次部署發(fā)生在21世紀初。當時，UWB 是一種專為替代 USB 而設計的高速傳輸技術，但并未實現(xiàn)廣泛商用。近年來，出于測距目的，IEEE 802.15.4z修訂版本對MAC和PHY層進行了改進。

與藍牙技術不同的是，UWB 并非使用信號強度，而是使用飛行時間 （ToF） 來估算距離。ToF 衡量的是信號從發(fā)射器到接收器所花費的傳播時間。由于射頻信號在任何環(huán)境下均以光速傳播，因此基于ToF的距離估算方法比藍牙中使用的RSSI方法具備更好的環(huán)境適應性。

飛行時間可提供距離信息。

UWB 不同于藍牙和Wi-Fi。UWB 并非使用調(diào)制正弦波，而是利用調(diào)制脈沖串來傳輸信息。UWB 脈沖的持續(xù)時間非常短，僅有一納秒左右?？紤]到信號的特性，這種技術更能適應室內(nèi)典型的多路徑環(huán)境，因為與藍牙或Wi-Fi相比，UWB的短脈沖更不易受到反射信號的干擾。

UWB 的 ToF 測量可以通過角度信息完善，以提供更精確的定位。類似于上文藍牙 5.1 AoA 部分所述，UWB 錨點接收器采用具有兩根或更多根天線的天線陣列。計算程序使用每根天線的到達時間和天線間隔信息確定傳入信號的角度。

基于UWB技術的系統(tǒng)可以達到10厘米級別的精度，具體取決于環(huán)境。在本文編寫之際，幾家主要芯片組制造商均已提供UWB解決方案，幾家智能手機制造商也紛紛采用這項技術，這證明了其發(fā)展勢頭十分強勁。

通過Wi-Fi 802.11az進行微定位

接下來要探討的是最新且口碑最佳的一項技術，即已接近完成（目標是在 2022 年發(fā)布）的 Wi-Fi 802.11az 下一代定位 （NGP） 標準。與藍牙類似，Wi-Fi 長期以來一直與基于 RSSI 的方法一起使用來提供定位。不過，NGP標準建立在一項稱為精細定時測量（FTM）的Wi-Fi功能基礎之上。

FTM 使用往返時間（RTT）信息來估算啟用Wi-Fi的網(wǎng)站和接入點之間的距離。RTT 機制會使用離開時間 （ToD） 和到達時間 （ToA） 的時間戳。802.11az標準旨在利用 802.11ax （Wi-Fi 6） 標準中的最新功能改進傳統(tǒng) FTM。

Wi-Fi 精細定時測量功能測量往返時間。

Wi-Fi 6 信號支持高達 160 MHz 的通道帶寬，Wi-Fi 7 支持高達 320 MHz 的通道帶寬，802.11az 的增強功能利用新一代標準中更寬的通道帶寬，有效提高了定位精度。更高的帶寬意味著更高的分辨率，而MIMO操作則可更好地應對多路徑效應。

為提高協(xié)議效率，NGP 會使用 802.11ax 標準中已定義的空數(shù)據(jù)包 （NDP） 幀進行波束成形探測。此外，新標準還利用了Wi-Fi 6的多用戶功能。當將基于觸發(fā)器的測距與上行鏈路和下行鏈路OFDMA結合使用時，接入點可以利用單次傳輸有效地從多個網(wǎng)站獲得測距信息。此功能極大地減少了交換測距信息所需的開銷，還提高了對更多網(wǎng)站的可擴展性。

在本文編寫之際，與采用802.11az NGP技術的商業(yè)定位解決方案相關的數(shù)據(jù)仍較為有限。然而，高通 Wi-Fi 測距白皮書上發(fā)布的測試數(shù)據(jù)顯示，這項技術在視距和非視距環(huán)境中的表現(xiàn)均十分出色，精度可達分米級。

下一代微定位技術對比

對比上述三種技術的定位精度時，UWB 的精度最高，可以達到厘米級?；谒{牙 5.1 的系統(tǒng)可達到亞米級精度，而基于 802.11az 的 Wi-Fi 部署可達到分米級精度。請記住，在討論定位精度時必須考慮多項因素。環(huán)境、系統(tǒng)設計、天線路徑延遲和其他參數(shù)都可能導致標稱精度降低。

除了定位精度之外，還有許多因素會影響用戶投資新定位技術的決策，而這些判斷標準與技術的應用密切相關。例如，安全性、功耗、成本、現(xiàn)有基礎設施、傳輸范圍和互操作性都可能影響決策。

無論選擇哪種技術，都需要經(jīng)過精心的設計驗證測試才能確保最佳性能，進而實現(xiàn)成功部署。

審核編輯 ：李倩