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厘米级定位,蓝牙物联网扩张!

文章来源:       发布时间:2019-09-20     浏览次数:

蓝牙技术联盟(SIG)公布蓝牙5.1标准,为低功耗蓝牙新增位置查找功能,可以实现实时高精度定位。


作为短距离无线通信翘楚的蓝牙,几乎遍及了所有移动设备:移动电话、手提电脑、平板电脑、掌上游戏机等等。



到了物联网时代,万物互联的应用场景对通信技术标准提出了新的要求:定位系统就是其中之一。而蓝牙的定位技术也到了改变的时候。




过去的蓝牙定位原理


5.1以前的蓝牙,用信号强度RSSI来判断设备的远近,其精度能够到达米级;但如果要精确定位,至少需要三个设备一同参与,利用设备到几个AP之间的距离来确定大概位置。


如图,如果只有两个AP点,只能定出平面内两个点,对精度不是很敏感的应用是足够的。但是对于有精确定位需求的场景,尤其是立体空间中,这种定位方式就不够了。



新的定位方式



5.1新标准提供了两种精确计算蓝牙信号波达方向的方法:波达角(AoA)和发射角(AoD)。



AoA里,发送端发送一个固定频率扩展信号(Constant Tone Extension :CTE),接收端接收CTE时按照一定的顺序切换不同的接收天线。


AoD里,发送端发送CTE时按照一定的顺序切换不同的发送天线,而接收端只是用一个天线。



CTE数据是附加在正常包后面的包含一系列的切换时隙和采样时隙的数据串,可以定义为1us或2us,同时定义从至少16us到最多160us,详细的描述可以参考标准图。下图是根据AoA和AoD的不同,说明了CTE结构。




三,下面以AoA为例,简述信号发送方向的原理和计算方法。



假设接收端有两个间距为d的天线,接收到的电磁波为平面波,波达角为 θ 。以天线A1为参考天线,在8us的Reference period内对接收信号进行锁频,产生一个与之相干的本振信号。根据信号到达天线A0的时间和到达 A1的时间差,可以算出到达天线A0的信号,用本振信号解调,进一步计算可以得到波达角 θ 。





当然这只是简单的情况。事实上,为了提高波达角的估计精度,一般会用多个天线进行排列,与之相对的波达角的计算方法也更复杂。


假设一个场景,在商场中,A、B、C拥有多天线,设备D只有单天线。那么D平面定位可以通过和A、B的夹角计算出来,而楼上楼下这种立体的定位,则可以用C辅助计算出来。这样,顾客在商场中就能很容易找到目标店铺,无论楼上还是楼下。





5.0标准实现2Mbps速率、8倍广播包扩展、4倍使用距离,而5.1标准增添了精确定位功能,蓝牙技术经过不断的完善,牢牢占据物联网短距通讯的C位,相信在物联网也将继续大放光彩!



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