新的蓝牙5.1核心规范的"厘米级"定位如何实现的?

时间:2019-4-2 分享到:

关键词:智能手机电子蓝牙

当然,蓝牙产品最大的市场还是在音频和娱乐市场,但是随着蓝牙5.0标准的推出,以及mesh功能的加入,蓝牙技术在智能楼宇和智能工厂等新兴领域也得到了不少的发展。根据蓝牙技术联盟提供的数据,现在有越来越多的楼宇开始部署蓝牙的解决方案,以用于资产跟踪、人员跟踪、导航和空间利用,蓝牙定位服务呈现快速增长。

蓝牙技术联盟亚太区开发者关系经理任凯在2月21日蓝牙技术联盟在北京举办的媒体发布会上预计,到2022年基于定位服务的蓝牙出货量将会达到4亿。

能做出如此乐观的估计,主要是因为蓝牙技术联盟在今年一月份推出的蓝牙核心规范Core specification 5.1,该新的蓝牙核心规范加入了“寻向功能”(direction finding),这个功能可帮助设备明确蓝牙信号的方向,实现厘米级位置精度的蓝牙定位系统。

新的蓝牙5.1核心规范的“厘米级”定位如何实现的?

目前,基于位置的蓝牙服务解决方案通常分为两类:接近类解决方案和定位系统解决方案。接近类解决方案可借助蓝牙,解读两台设备何时彼此靠近,以及相距距离的近似值。该类别同时包括物品追踪(item finding)解决方案(如个人财物标签)、以及地标(Point of Interest;_PoI)信息解决方案(如邻近感知Beacon)。

使用蓝牙技术的接近类和定位类解决方案中,主要基于RSSI(Received Signal Strength Indication基于接收信号强度指示)定位,以iBeacon定位技术举例,一般是由Beacon来发射信号,蓝牙设备定位接受,反馈信号。当用户进入、退出或者在区域内徘徊时,Beacon的广播有能力进行传播,可计算用户和Beacon的距离(可通过RSSI计算),由此可知,只要有三个即可定位,但是其定位精度只能到米级。

不过,蓝牙5.1核心规范引入“寻向功能”后,这个精度可提升至“厘米级”。

这是因为蓝牙5.1的寻向功能中,主要由两种定位要素构成,即到达角(Angle-of-Arrival:AoA)和出发角(Angle of Departure:AoD)。

到达角,是通过测试发射器和接收器直接的到达方向然后通过三角定位获得发射器和目的物的方位和距离的技术,主要针对RTLS(实时定位系统)、物品追踪和地标信息。

出发角,也是利用信号相位差技术,主要是针对室内定位系统(IPS),这个测向技术适合完成室内物品管理,物流、仓储等。

实时定位系统(RTLS)和室内定位系统(IPS)是两种最受欢迎的蓝牙位置系统。

蓝牙RTLS解决方案可追踪设施内的重要资产,比如确定仓库中的托盘、叉车和工人、以及医院中的超声波机器和患者的位置等,能够优化紧急响应时间,保证安全。

在RTLS解决方案中,通过在主要资产上安装由电池供电的低功耗蓝牙发射器( “标签”),这些标签便将它们的当前位置和接收信号强度发送到位于设施内固定位置的蓝牙接收器(“定位器”)。设施管理者通过这一方式获得追踪资产的位置信息。

在添加全新寻向功能后,RTLS解决方案中的位置引擎可以接收信号强度和标签方向,并利用这些数据将位置精度提高到厘米级,使工厂能够更精准地追踪物流位置,同时监控工人的位置并在工人进入不安全的工作区域前向他们发出警告。

有哪些蓝牙5.1标准的产品可供选择?

那现在有哪些蓝牙芯片可以支持蓝牙5.1核心规范呢?由于蓝牙5.1核心规范刚刚发布不久,目前市面上支持该规范的芯片还不是很多,但还是有一些的,比如Nordic新推出的nRF52811 SoC就是一款支持蓝牙5.1寻向功能的芯片。

nRF52811是一个全功能无线连接解决方案支持蓝牙5.1寻向功能和一系列流行低功耗无线协议,比如Thread和ZigBee,可用于智能家居和工业产品的网关等应用。

这款SoC器件扩展了Nordic备受欢迎的nRF52系列平台,结合了Nordic入门级nRF52810 SoC之低成本特性与主流nRF52832和高端nRF52840 SoC之多协议支持功能。nRF52811也是Nordic低功耗无线连接产品系列中首款支持蓝牙5.1的产品。

Nordic nRF52811 SoC包括一个多协议2.4GHz射频模块(具有4dBm输出功率、-97dBm灵敏度 (在蓝牙5 1Mbps模式下))、一个64MHz的32位Arm?Cortex?M4处理器,以及192kB Flash和24kB RAM内存。nRF52811 SoC还包含多种模拟和数字接口。

除了nRF52811,Dialog半导体在今年2月份推出的DA1469x系列产品也支持蓝牙5.1核心规范,可使用到达角和离开角功能实现精准定位。DA1469x可为楼宇门禁和远程无钥开锁系统等需要精准室内定位设备开辟新的机会。不过,在寻向功能实现中,天线设计至关重要,Dialog会提供天线参考设计。

此外,蓝牙技术联盟也在对用于验证新蓝牙产品的蓝牙技术联盟工具Launch Studio进行更新,以支持寻向功能。

蓝牙技术联盟也同时透露,其实有些厂商也可以通过软件升级让芯片方案升级到支持蓝牙5.1核心规范。比如Silicon Labs,在蓝牙技术联盟宣布推出蓝牙5.1核心规范后,也随即发布了旗下最新的蓝牙5.1软件解决方案。

据Silicon Labs微信公众号的文章介绍,其Blue Gecko系列蓝牙SoC和模块产品,搭配最新发表的蓝牙5.1协议栈,可提供标准化的蓝牙5.1测向解决方案。比如,Wireless Gecko EFR32BG13 蓝牙SoC 和 BGM13 模块。

还有国内的物联网芯片厂商泰凌微电子也宣布,其去年推出的多模物联网无线连接芯片TLSR8258,预留了对蓝牙5.1新规范的硬件支持,可实现多达八天线的功能设计支持全新推出的“寻向功能”。

目前有哪些蓝牙5.1的IP可供选择?

就目前来说,CEVA和Synopsys都可以提供蓝牙5.1的IP。

其中CEVA可提供RivieraWaves蓝牙5.1 IP,这款IP支持通过到达角(AoA)和出发角(AoD)进行测向的热门全新功能,从而实现增强的定位服务。CEVA同时提供蓝牙双模和低能耗蓝牙两种版本。

CEVA的RivieraWaves蓝牙IP平台为低能耗蓝牙和蓝牙双模连接提供了全面的解决方案。每个平台均由一个硬件基带控制器和一个功能丰富的软件协议栈组成。平台有灵活的无线接口,可以集成RivieraWaves RF或各种合作伙伴的RF IP,从而实现代工厂和工艺节点的最佳选择。

RivieraWaves蓝牙IP平台支持所有蓝牙5.1功能,包括LE 2Mbps数据速率、长距离和LE广告扩展和AoA/AoD。据CEVA提供的数据显示,迄今为止,RivieraWaves蓝牙IP平台已用于超过15亿台出货设备和数十家授权许可厂商,获得许多半导体企业和OEM厂商广泛部署在消费产品和IoT设备中,包括智能手机、平板电脑、扬声器、头戴式和入耳式耳机、助听器和其他可穿戴设备。

Synopsys用于蓝牙、Thread和ZigBee的DesignWare IP可实现安全和并行的无线连接,并针对可穿戴和智能物联设备做了优化,具有低功耗和长电池寿命特点。其解决方案由紧凑型PHY和高性能控制器组成,符合蓝牙标准,目前可以支持蓝牙5.1和Mesh网络,并兼容Thread和ZigBee规范。

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