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來(lái)源：貿(mào)澤電子 藍(lán)牙®無(wú)線技術(shù)的不斷發(fā)展給人留下了深刻的印象；它最初用于手機(jī)之間的無(wú)線傳輸，但自2010年推出藍(lán)牙4.0的“標(biāo)志性元素”的低能耗（LE）版本以來(lái)，得以迅猛發(fā)展。藍(lán)牙LE將這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到使用普通電池資源的設(shè)備上，讓數(shù)千種以前的＂啞終端＂擁有了無(wú)線連接功能。 在早期，藍(lán)牙LE的發(fā)展主要是由＂附件＂市場(chǎng)推動(dòng)的，可穿戴設(shè)備、玩具、自行車(chē)燈和咖啡機(jī)等可以通過(guò)智能手機(jī)直接控制的無(wú)線產(chǎn)品。該技術(shù)的主要屬性使其能很好地滿(mǎn)足作為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）基礎(chǔ)的無(wú)線傳感器的需求。而近期推出的藍(lán)牙® 5更是提升了吞吐量，擴(kuò)大了傳輸范圍，增強(qiáng)了共存性，鞏固了藍(lán)牙技術(shù)在推動(dòng)“智能”未來(lái)方面的重要地位。 藍(lán)牙4.0和藍(lán)牙5的成功離不開(kāi)市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)人員的大力宣傳，不過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)的修訂也確實(shí)推動(dòng)了技術(shù)的迅猛發(fā)展。相比之下，最新升級(jí)版藍(lán)牙5.1的市場(chǎng)宣傳力度雖有所下降，但它卻能解決其他無(wú)線技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題。 定位問(wèn)題 伽利略、全球定位系統(tǒng)（GPS）和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS - GLObal NAvigation Satellite System）等全球?qū)Ш叫l(wèi)星服務(wù)是許多導(dǎo)航和跟蹤應(yīng)用的主要組成部分，但如果無(wú)法與衛(wèi)星保持＂視線可及＂關(guān)系，這些系統(tǒng)就將無(wú)法運(yùn)行。雖然工程師們已經(jīng)提出了其他解決方案，例如根據(jù)Wi-Fi路由器的已知位置來(lái)確定系統(tǒng)位置，但這些解決方案的精度僅有10米左右。 藍(lán)牙技術(shù)采用了接收信號(hào)強(qiáng)度指示器（RSSI - Received Signal Strength Indicator）的方法來(lái)估計(jì)藍(lán)牙收發(fā)器的位置（例如，嵌入在消費(fèi)者智能手機(jī)中）。顧名思義，該技術(shù)的工作原理是根據(jù)藍(lán)牙信號(hào)強(qiáng)度來(lái)估計(jì)從收發(fā)器到已知固定點(diǎn)（例如信標(biāo)）的距離。這種系統(tǒng)通常無(wú)法確定目標(biāo)收發(fā)器的確切位置，只能將范圍縮小至信標(biāo)周?chē)阎霃椒秶鷥?nèi)的區(qū)域，而且僅限于放置在水平面（如地板）上的藍(lán)牙收發(fā)器。墻壁和其他障礙物會(huì)導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生一定程度的衰減（具體程度未知），進(jìn)而降低精度。 采用Wi-Fi和藍(lán)牙技術(shù)的接近系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于零售行業(yè)，這種系統(tǒng)可以根據(jù)消費(fèi)者的大致位置向其提供信息，但各種方法都不是特別精確，無(wú)法滿(mǎn)足室內(nèi)導(dǎo)航或資產(chǎn)跟蹤需求。 角度計(jì)算法 藍(lán)牙芯片供應(yīng)商N(yùn)ordicSemiconductor的高級(jí)產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理John Leonard稱(chēng)，藍(lán)牙5.1引入了一種“測(cè)向”技術(shù)，大大提高了該協(xié)議在室內(nèi)導(dǎo)航和資產(chǎn)跟蹤方面的用途。 Leonard解釋說(shuō)，這次修訂引入了三維空間精確定位功能，此功能對(duì)于室內(nèi)環(huán)境的影響如同GPS之于室外定位。 藍(lán)牙5.1測(cè)向功能將RSSI與信號(hào)源角度相結(jié)合，從而將收發(fā)器在空間中的位置精確到一米左右，而不只是圓周上的某個(gè)位置。這項(xiàng)新技術(shù)解釋起來(lái)非常復(fù)雜，可能需要很長(zhǎng)的篇幅，本文就簡(jiǎn)單地介紹一下兩種確定方向的方法： 接收信號(hào)的到達(dá)角（AoA） 發(fā)射信號(hào)的出發(fā)角（AoD） 具體來(lái)說(shuō)，AoA是通過(guò)測(cè)量到達(dá)多個(gè)天線的特定信號(hào)源之間的相位差來(lái)確定的。如果天線垂直于發(fā)射器，則相位差實(shí)際上為零；隨著角度的增加，發(fā)射器到每個(gè)天線的距離將發(fā)生細(xì)微變化，相位差也會(huì)隨之增加。然后，通過(guò)算法對(duì)相位差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以估算出發(fā)送器和接收器之間的角度。借助于AoA方法，接收設(shè)備便能估計(jì)出發(fā)射器的位置。 當(dāng)采用AoD技術(shù)時(shí)，接收器僅使用一個(gè)天線，而發(fā)射器裝有多個(gè)天線，并依次發(fā)射信號(hào)。AoD使接收設(shè)備能夠利用多個(gè)固定接收器的角度計(jì)算其在空間中的位置。 測(cè)向功能可以運(yùn)用在二維或三維空間中，具體取決于天線陣列的復(fù)雜程度。AoA和AoD采用了精心設(shè)計(jì)的天線陣列和軟件，保證了±2°的角精度和約半米的位置精度。 設(shè)計(jì)難題 藍(lán)牙5.1測(cè)向功能只是一種理想狀態(tài)下的理論，雖然一些制造商已經(jīng)提出了商業(yè)解決方案，但開(kāi)發(fā)實(shí)際應(yīng)用時(shí)并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。許多藍(lán)牙開(kāi)發(fā)者都了解單獨(dú)的收發(fā)器天線，但對(duì)于天線陣列卻不夠熟悉。即使有了合適的陣列，極化、多徑干擾、時(shí)鐘抖動(dòng)和傳播延遲等因素也會(huì)增加從噪聲中提取純相位信息的難度。 由于醫(yī)療、安防和軍事應(yīng)用在很早之前就已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用一些算法來(lái)計(jì)算無(wú)線電信號(hào)角度，因此有一些經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的算法可供設(shè)計(jì)者用作藍(lán)牙測(cè)向的基礎(chǔ)。但是，還需要進(jìn)行大量的微調(diào)來(lái)適應(yīng)目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景。此外，這些算法還要求藍(lán)牙片上系統(tǒng)（SoC）擁有強(qiáng)大的處理器以及大容量閃存和RAM。 將藍(lán)牙5.1測(cè)向技術(shù)添加到無(wú)線技術(shù)中，為許多新應(yīng)用提供了潛力，包括室內(nèi)導(dǎo)航、資產(chǎn)跟蹤和新一代更復(fù)雜的信標(biāo)。據(jù)藍(lán)牙技術(shù)保管人即藍(lán)牙特別興趣小組（SIG）預(yù)測(cè)，到2022年每年將會(huì)推出4億個(gè)藍(lán)牙“定位服務(wù)”產(chǎn)品。但這個(gè)過(guò)程將非常艱辛。建議對(duì)此技術(shù)充滿(mǎn)好奇心的工程師，在開(kāi)始第一個(gè)項(xiàng)目之前，向信任的分銷(xiāo)商尋求指導(dǎo)和建議。 |
