到达角与出发角方法显著提升蓝牙位置服务性能

　　AoA and AoD significantly enhance the performance of Bluetooth location service

      作者/Dave Hollander 蓝牙技术联盟市场营销总监

      摘要：尽管蓝牙位置服务目前已取得显著成功，但市场上需要具有更出色性能的解决方案，且部分实时定位服务（RTLS）要求厘米级的位置精度。幸运的是，蓝牙技术最近增加了一项新功能，使位置服务解决方案能够满足厘米级精度要求。

　　关键词：蓝牙；位置；寻向；到达角；出发角

      1 增加寻向功能

      “无线电寻向”是指识别所收到的信号的发射方向。自二十世纪初开始，无线电寻向就已被用于各种系统之中，为航空和航海导航、野外追踪等提供支持。

　　在蓝牙核心规格5.1版本中，蓝牙增加了寻向功能，这项新功能可以使蓝牙设备识别出来自另一台蓝牙设备的发射信号方向，这项看似基本的功能可能会大幅增强蓝牙位置服务解决方案的性能。

　　蓝牙位置服务目前使用接收信号强度（RSSI）测量来估算两台设备之间的距离，而实时定位系统（RTLS）和室内定位系统（IPS）解决方案通过估算的距离与三边测量法确定设备的位置。现在，通过寻向功能，这些设备也可以利用另一台设备的方向信息，而且实时定位系统和室内定位系统解决方案可以通过三边测量法提高位置的精度（如图1）。

　　蓝牙寻向功能支持两种基于天线阵列的蓝牙信号寻向方法：到达角（AoA）与出发角（AoD）。

　　2 到达角寻向方法

      在到达角寻向（AoA）方法中，待确定方向的设备（例如实时定位系统解决方案中的标签等）通过单一天线发射特殊的寻向信号。接收设备（例如同一实时定位系统解决方案中的定位器等）具有由多根天线组成的阵列（如图2）。当所发射的信号通过天线阵列时，由于阵列中的每根天线与发射设备之间的距离不同，接收设备会出现信号相位差。接收设备对信号进行IQ取样，同时在阵列中的发射天线之间切换。基于IQ样本数据，接收设备便可以计算相对信号方向。到达角寻向方法适用于实时定位系统以及接近类解决方案，例如物品追踪和地标（POI）信息服务。

　　3 出发角寻向方法

      在出发角寻向（AoD）方法中，待确定方向的设备（例如室内定位系统解决方案中的定位器Beacon等）通过由多根天线组成的阵列发射特殊的寻向信号。接收设备（例如同一室内定位系统解决方案中的移动电话等）具有单一天线（如图3）。当来自发射设备的多个信号通过接收设备的天线时，接收设备会进行IQ取样。基于IQ样本数据，接收设备可以计算相对信号方向。出发角寻向方法适用于寻路等用途的室内定位系统解决方案。

　　4 蓝牙发展的新方向

      全新的蓝牙寻向功能在重要的接近类解决方案和定位应用中能够发挥优势。

　　4.1 物品追踪解决方案

      物品追踪解决方案给用户体验带来了巨大的改变。当智能手机供应商将支持到达角寻向的蓝牙集成到手机中时，物品追踪解决方案就能使用方向信息，从而明确所寻找的物品的距离与方向，让用户不再为寻找丢失的物品而绞尽脑汁。

　　4.2 地标信息解决方案

      地标（POI）信息解决方案也能够得益于加入到智能手机的到达角寻向功能。例如，在一家展品众多且安装有相关Beacon的博物馆展厅内，智能手机上的地标信息应用程序就可以为用户提供展厅中所有展品的信息，而且用户还能选择其中特定的展品获取详细的信息。通过寻向功能，用户只需要将智能手机指向一件特定的展品就能获得关于该展品的更多信息。

　　4.3 实时定位系统解决方案

       通过寻向功能，实时定位系统（RTLS）解决方案可以在合适的部署环境中将位置精度提高到厘米级。具有寻向功能的实时定位系统使工厂能够更精确地追踪材料的位置和物流情况，同时在工人进入不安全的工作区域之前及时提醒他们。

　　4.4 室内定位系统解决方案

       室内定位系统（IPS）解决方案也能从寻向功能中获得性能的提升。例如，定位系统可以为大型体育场内的观众提供精确到区域甚至具体座位的导航服务，以及为商店内的购物者提供精确到产品所在区域、过道乃至货架的导航等。此外，具有寻向功能的室内定位系统解决方案只需较少的定位器Beacon就能实现很高的精度，这进一步提高了部署效率，而且这一精度还将提供更多关于产品与消费者互动的数据和信息。

　　蓝牙社区正在不断提升技术来把握市场机会，满足日益扩大的传统市场与应用需求。寻向功能是一系列开发进展中的最新成果，为值得信赖的无线电技术带来了成熟且经得起时间考验的信号寻向方法。

　　5 2019年蓝牙亚洲大会即将召开

       上述的蓝牙寻向功能已于2019年1月底推出的蓝牙最新核心规格5.1中正式地介绍给大家。紧接着，蓝牙技术联盟将通过一年一度的产业盛典“蓝牙亚洲大会”（Bluetooth Asia 2019）与大家面对面进行关于新技术及其发展的进一步交流。

　　2019年蓝牙亚洲大会将于5月23日至24日再度落地深圳会展中心，2500多名软件开发者、制造商、各大创业公司创始人、公司高管及蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）代表将共聚一堂。

　　蓝牙亚洲大会举办至今已步入第六年，本届大会将探讨蓝牙技术在智能家居、智能楼宇和智慧城市等新兴市场的落地应用，以及在无线音频和互联设备领域的最新发展。

　　大会上，来自华为、阿里巴巴、小米和百度等公司的业界领袖将分享各自的深入见解，以及其最新突破性蓝牙技术的相关实践经验。此外，开发者还可参加主题会议及多场实践环节，了解在其产品中应用蓝牙技术所需的最新技术和工具。此次大会让开发者有机会直接从蓝牙技术联盟了解到有关蓝牙标准的最新信息，或与蓝牙技术联盟专家现场面对面咨询提问。

　　作者简介：

       Dave Hollander，蓝牙技术联盟市场营销总监。他的团队致力于提高人们对蓝牙在物联网中不断扩展的能力的认识，并提升全球蓝牙创作者和用户的兴趣。

     本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第5期第39页，欢迎您写论文时引用，并注明出处