隨著現(xiàn)在無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線室內(nèi)定位技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。現(xiàn)在常用的室內(nèi)無(wú)線定位技術(shù)就有很多種，包括了基于AoX定位、RSSI定位、UWB超寬帶定位等多種室內(nèi)定位技術(shù)。

無(wú)線定位產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、酒店、博物館、展館、工廠等大型室內(nèi)場(chǎng)景，尤其是高危行業(yè)人員定位管理。在化工廠、地鐵施工、隧道施工等高危施工場(chǎng)所，人員定位管理是一個(gè)剛需，在一些場(chǎng)景中地方政府有出臺(tái)一些強(qiáng)制性的文件，要求使用人員定位系統(tǒng)。在這些場(chǎng)景里面，一方面出于員工安全的角度，需要對(duì)員工進(jìn)行定位，員工身處危險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行呼救告警等；另一方面，在這些場(chǎng)所對(duì)訪客進(jìn)行定位管理，防止訪客進(jìn)入一些危險(xiǎn)區(qū)域。

基于Silicon Labs AOA解決方案介紹

2022年6月，致力于安全、智能無(wú)線技術(shù)建立更互聯(lián)世界的全球領(lǐng)導(dǎo)者Silicon Labs（芯科科技）宣布全新藍(lán)牙定位服務(wù)解決方案，使用精準(zhǔn)、低功耗的藍(lán)牙器件以簡(jiǎn)化到達(dá)角（AOA）和發(fā)出角（AOD）定位服務(wù)。Silicon Labs提供了軟件和硬件的參考設(shè)計(jì)，通過(guò)Silicon Labs BG22 SOC提供行業(yè)領(lǐng)先的能效，以及匹配的先進(jìn)軟件，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)跟蹤、改善室內(nèi)導(dǎo)航、得到亞米級(jí)的定位精度。

Silicon Labs EFR32BG22 SOC 支持標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙5.1的AOX定位模式和Silicon Labs獨(dú)有的擴(kuò)展AOX定位模式。

標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙5.1定位模式分為：面向連接的AOX定位和面向廣播的AOX定位。面向連接的AOX定位方式向連接的AOX定位目前最大只支持32個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行連接；需要同時(shí)三個(gè)AOX locator連接到移動(dòng)標(biāo)簽上再進(jìn)行三邊測(cè)量，耗時(shí)和功耗比較大。面向廣播的AOX定位方式只能在ADV channel進(jìn)行工作，系統(tǒng)容量要高于面向連接的定位模式，移動(dòng)標(biāo)簽仍然需要同步到多個(gè)定位器進(jìn)行三邊測(cè)量，同樣功耗還是偏高。

Silicon Labs擴(kuò)展AOX定位模式可以在所有數(shù)據(jù)通道后添加CTE擴(kuò)展幀，頻譜最大化的無(wú)連接工作，所以系統(tǒng)容量遠(yuǎn)大于基于藍(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)模式下的系統(tǒng)容量，無(wú)需連接，多個(gè)locator可以同時(shí)接收到CTE數(shù)據(jù)，標(biāo)簽的功耗更低，系統(tǒng)設(shè)計(jì)也更簡(jiǎn)單。

藍(lán)牙在發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)先發(fā)送前導(dǎo)碼部分，依次接入地址、數(shù)據(jù)單元、CRC檢測(cè)部分、CTE。數(shù)據(jù)包格式如下：

Silicon Labs數(shù)據(jù)包中增加了CTE字段（虛線框），此字段由一段連續(xù)的二進(jìn)制符號(hào)1組成，由于BLE是使用GFSK調(diào)制，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的頻率不是穩(wěn)定的，在接收端并不能對(duì)這些調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確采樣，所以不能獲得信號(hào)的精確相位信息，這也就是為什么在5.1版本之前，BLE不能支持計(jì)算波達(dá)角。改進(jìn)后，發(fā)送端會(huì)以一個(gè)穩(wěn)定的頻率發(fā)送CTE，所以在接受端可以對(duì)這段穩(wěn)定的頻率進(jìn)行采樣，獲取穩(wěn)定頻率的IQ數(shù)據(jù)，從而使得計(jì)算波達(dá)角。

在Silicon Labs AOD解決方案中提供了標(biāo)簽 Tag、基站Locator和服務(wù)器IQ數(shù)據(jù)解析軟件的支持。測(cè)量精度可以做到方位角±3°、俯仰角 ±5°，每秒可以對(duì)多達(dá)100個(gè)Tag進(jìn)行定位。

下面來(lái)進(jìn)行一一介紹。

1. 標(biāo)簽 Tag

采用EFR32BG22C224F512GM32 低功耗SOC作為藍(lán)牙5.2控制器，最大發(fā)射功率+6dBm，在 0 dBm 輸出功率的條件下，TX 電流為 4.1 mA，RX 電流為 3.6 mA （1 Mbps GFSK），1.40 μA EM2 深度睡眠電流，在 76.8 MHz 活動(dòng)模式 （EM0） 下，運(yùn)行功耗為 27 μA/MHz，優(yōu)異的功耗參數(shù)保證了Tag的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 基站 Locator

Locator 設(shè)計(jì)采用4*4矩陣天線設(shè)計(jì)，面積160X160mm，比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手小，可以對(duì)客戶提供設(shè)計(jì)文件和性能測(cè)試資料；可以支持AOA和AOD應(yīng)用，IQ數(shù)據(jù)通過(guò)串口進(jìn)行輸出。

3. AOX定位模式介紹

AOA和AOD的工作模式見(jiàn)下圖：

4. RTL庫(kù)支持

Silicon Labs 不僅提供硬件部分設(shè)計(jì)，還提供邊緣網(wǎng)關(guān)RTL庫(kù)，支持Cortex-A和X86平臺(tái)處理器；當(dāng)Locator完成標(biāo)簽數(shù)據(jù)收集后將IQ數(shù)據(jù)傳輸給邊緣網(wǎng)關(guān)解析數(shù)據(jù)，過(guò)濾多徑的數(shù)據(jù)，計(jì)算出方位角和俯仰角。

無(wú)線室內(nèi)定位技術(shù)對(duì)比

目前市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的定位模式有如下幾種：

1. 基于Zigbee/BLE RSSI定位技術(shù)

RSSI定位是根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和距離的關(guān)系計(jì)算位置的。這種定位模式一般采用至少三個(gè)固定標(biāo)簽+移動(dòng)標(biāo)簽+網(wǎng)關(guān)（Sub-1G/Lora）的方式可以實(shí)現(xiàn)三角定位，移動(dòng)標(biāo)簽通過(guò)掃描固定標(biāo)簽的信號(hào)，并將信號(hào)最強(qiáng)的3個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器進(jìn)行解析，并且在地圖中呈現(xiàn)出來(lái)。

優(yōu)勢(shì)：在于這種模式功耗相對(duì)較低，系統(tǒng)成本低。

缺點(diǎn)：在于需要部署相應(yīng)的固定標(biāo)簽和網(wǎng)關(guān)，相比之下網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的成本要增加不少，定位精度和固定標(biāo)簽的個(gè)數(shù)有關(guān)，一般定位精度可以做到1-5m范圍內(nèi)。

2. UWB 室內(nèi)定位技術(shù)

UWB是利用信號(hào)在標(biāo)簽和基站之間的飛行時(shí)間來(lái)計(jì)算距離，時(shí)間和距離線性相關(guān)，所以定位精度高。UWB定位方式分為TWR和TDOA兩種模式；由于基站到移動(dòng)標(biāo)簽的距離清楚，采用三角定位算法就可以知道移動(dòng)標(biāo)簽在空間的位置。

優(yōu)勢(shì)：在于同時(shí)具有實(shí)時(shí)定位和精確定位的雙重優(yōu)點(diǎn)，定位的延遲時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于藍(lán)牙定位、WIFI定位等其他的室內(nèi)定位技術(shù)。精度可以達(dá)到10cm左右，是室內(nèi)高精度定位的首選。并且具備高動(dòng)態(tài)、高容量、低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

缺點(diǎn)：在于同樣需要部署網(wǎng)關(guān)，在定位標(biāo)簽和定位基站的價(jià)格上相比WIFI和BLE產(chǎn)品比高出了很多。其次，UWB所需要的頻段我國(guó)分配是從6G-9G，脈沖穿透性較差，如果產(chǎn)生遮擋，定位精度就會(huì)下降；還有UWB研發(fā)難度高，投入較大。

3. AOX定位技術(shù)

藍(lán)牙AOX定位技術(shù)采用藍(lán)牙AOX的基站，藍(lán)牙標(biāo)簽發(fā)送的藍(lán)牙信號(hào)到達(dá)不同天線之間會(huì)存在相位差，利用這個(gè)相位差，我們就能夠得到藍(lán)牙發(fā)射機(jī)到達(dá)接收機(jī)的角度。天線安裝高度已經(jīng)知道，就可以得出移動(dòng)標(biāo)簽在空間的大概位置。

優(yōu)勢(shì)：在于標(biāo)簽成本較低，定位精度可以達(dá)到1m左右；部署比較簡(jiǎn)單；手機(jī)也可以作為標(biāo)簽使用。

缺點(diǎn)：也比較明顯，單個(gè)定位天線覆蓋范圍不大，覆蓋范圍和基站天線的最大夾角45°左右；投影于地面就是一倍基站高度為半徑的圓形區(qū)域；基站高度越高，覆蓋范圍越大；例如目前房間高度為3米，在保持精度的前提下，覆蓋范圍為半徑為3m的圓形。

4. 對(duì)上述三種定位方式進(jìn)行對(duì)比

定位方式RSSI 定位UWBAOD

定位精度2-5米小于1米1米左右

成本低高較低

標(biāo)簽功耗較低高低

使用場(chǎng)景定位精度較低，一般適用于檢測(cè)存在性對(duì)定位精度比較高的場(chǎng)合適合工廠、學(xué)校等環(huán)境

特別說(shuō)明，AOA定位可以和RSSI定位進(jìn)行融合，對(duì)局部區(qū)域定位精度進(jìn)行提高。