蓝牙AOA定位技术的出现,弥补了蓝牙RSSI值定位精度不高的缺陷。从理论上来说,可以对目前的蓝牙RSSI定位方案进行一定程度的替代。当然了,在高精度定位应用领域中,UWB定位已经在批量的成熟商用了。蓝牙AOA也具有很高的定位精度,那么在厘米级的高精度定位领域中,蓝牙AOA定位能否与UWB定位技术一决高下?本文从技术层面分析三种定位方案的优劣。
蓝牙RSSI
什么是蓝牙RSSI?
蓝牙RSSI定位基于信号强度和距离之间的联系来确定位置。由于信号强度与距离之间的关系是非线性的且信号强度受各种因素(如遮挡、不同方向、不同广播频道等)的影响定位精度较低。
蓝牙RSSI定位分为两种方法:区域定位和三角定位。蓝牙信标+蓝牙网关方法可以实现区域放置,蓝牙信标+蓝牙定位卡+蓝牙网关技术可以实现三角测量。定位卡收集信标的位置信息,位置信息被发送到蓝牙网关,然后将数据发送到服务器进行位置计算。
蓝牙RSSI定位是基于三边测量
通过平均(或信号处理)不同时间的RSSI读数来平滑波动的RSSI。未知方向可以使用三边测量来解决,这涉及到使用三个门来计算到三个方向的距离,从而计算2D位置。
有两种类型的RSSI定位。第一种情况涉及当信标移动时网关处于已知位置。第二种是当探测器移动时信标保持静止。在任何情况下,网关接收信标ID,并且接收电子设备提供信号强度。RSSI值可用于计算探测器和信标之间的距离。
如何提高蓝牙RSSI定位精度
通过在特定位置精确测量RSSI并适当校准设备,可以减少影响RSSI的上述物理因素。当信标距离探测器越近,RSSI随距离的波动也越大。很难确定信标信号边缘的RSSI变化是距离变化的结果还是无线电噪声的结果,因为RSSI随距离的波动很小。因此,对于一个利用信号处理、三边测量和校准的系统,在较短距离内,小空间内的精度通常可以达到1.5米左右,而在较长距离内,精度可以达到5米左右。
RSSI的主要挑战
RSSI的根本问题是,它随时间波动太大,无法用于精确的距离测量。当只有一个信标和一个探测器时,方向同样是未知的。即使没有任何东西在移动,RSSI也会发生变化,因为蓝牙无线电信号会被物理障碍物反射.偏转,并受到使用相同无线电频率的其他设备的干扰
房间、在360度范围内发射不均匀的信标、墙壁、其他物体甚至人都会对接收信号强度产生影响。用户握持检测电话的方式会改变天线的功效,从而改变信号强度。
UWB
UWB定位是什么?
UWB是一种在宽频带上分发信息的通信介质。这使得UWB定位发射机能够以最小的发射能量发送大量的数据。参考点和目标之间的距离是使用到达时间差(TDOA)或UWB定位中的RF信号来计算的
UWB定位系统依靠极短的脉冲和方法,使无线电能量以非常低的功率谱密度传播(在很宽的频率范围内)。其高数据吞吐量允许快速通信。因为UWB脉冲的频率很低,所以它们可以有效地穿过普通物品,如家具和其他小物体。
UWB通过设计在很近的距离和很宽的带宽上工作。UWB使用802.16.5协议与对等设备连接。UWB使用脉冲无线电在短周期内广播宽带,同时需要最小的功率通过每秒广播更多的脉冲,UWB使用高脉冲重复率来提高定位精度和数据速度。
UWB的主要挑战
尽管UWB定位系统提供了许多优点,但它们也有某些缺点。例如,错误配置可能会千扰超宽频谱中运行的相邻设备,对某些通讯系统和服务造成严重千扰。此外,许多UWB标签之间的同时测距可能导致信道接入管理的问题,结果UWB定位精度经常降低。虽然在UWB中使用非常短的脉冲有几个优点,但是UWB接收机需要信号捕获、同步和跟踪。相对于脉率而言,计时精度相对较好。这些阶段需要很长时间。
BLE·AOA
什么是BLE·AOA?
标签或智能手机或者几乎任何带有蓝牙发射器的东西一都可以使用以网络为中心的AoA方法,根据其位置进行跟踪。设备通过单一天线传输支持测向的数据包,向定位服务应用程序提供它们的位置。定位器接收无线电信号并估计角度。最后数据被传送到定位引擎,定位引擎计算位置信息并传送设备的具体位置
BLE·AOA的优势
1. 蓝牙生态庞大而成熟,每年有数十亿的蓝牙设备出货,这为蓝牙AoA定位的拓展市场打下了良好的基础。
2. 蓝牙RSSI值定位在七八年之前作为定位技术已经普及过一次,不仅形成了一个较为完善的产业链,也在众多的应用中有一定的积累与尝试,定位精度更高的蓝牙AoA定位可以对之前的技术形成一定程度的替代。
3. 蓝牙的标签成本低,尤其是手机都有蓝牙,在有些方案中可以不用额外使用标签,手机就可以扮演蓝牙标签的角色,综合性价比稍高点。
4. 蓝牙AOA定位方案的特性是距离越小,精度越高,所以在室内遮挡多,墙体密集的场景,本身就需要铺设密集的基站,蓝牙AOA就很合适。
BLE·AOA的主要挑战
BLE AOA解决方案的定位范围是有限的,并且是多重的物联网网关当场景相对较大时需要。此外AOA网关只能安装在天花板上,大多数室内楼间距很小,所需要部署的aoa基站就要很多,这限制了它的应用场景。BLE AOA 一般用在博物馆、展馆、物流仓库这些楼距高、定位对象多的场景。
另外蓝牙技术使用的是2.4G全球免费频段,在这个频段内,干扰信号比较多。