室内定位势起，知名厂商方案面面观

　　对于GPS，相信大家都很了解。作为一种导航技术，GPS为全球的人类解决了“行路难”的问题。但这种导航方式有两个缺点：一就是不能在室内定位；二是导航精度不够高。但由于室内定位技术有着极大的应用场景，例如在大型商场里面借助室内定位快速找到出口、电梯，家长用来跟踪小孩的位置避免小孩在超市中走丢，房屋根据你的位置打开或关闭电灯，商店根据用户的具体位置向用户推送更多关于商品的介绍等等。所以继GPS等导航以后，室内导航成为各大厂商关注的重点。

　　

　　而在过去的十多年，科技巨头和研究机构也的确在室内定位技术方面开展了大量的研究，例如比较成熟的包括蓝牙、WiFi、RFID、Zigbee、超宽带、地磁等技术。但是，复杂室内环境下的多径效应、同频干扰、人体遮挡始终是研究者面临的最大难题。但近年来随着谷歌、苹果和诺基亚等公司的推动，室内导航获得了跨越式的发展。下面让我们对市面上流行的方案做一个盘点。

　　苹果借助iBeacon打造的室内定位

　　iBeacons 是基于 Bluetooth LE 技术，全称为 Bluetooth Low Energy，又可简称为 BLE。低功耗蓝牙由诺基亚在2001年开始研发，其目的是为了发展一套相容于标准蓝牙，并且在功耗与制造价格上能进一步优化的标准。2004年Nokia发布了低功耗蓝牙标准，2006年以Wibree技术的品牌名称首度问世，2007年与蓝牙技术联盟达成协议，纳入标准蓝牙并正式定名为低功耗蓝牙。它的工作范围最远可至150英尺（约45米）。

　　

　　目前基于iBeacons的室内无线定位方法有：接收信号强度定位法、到达时间定位法、接收信号角度定位法、参考点定位法。

　　接收信号强度定位法

　　接收信号强度定位法是通过信号强度和已知信号衰弱模型来估计接收点与待测点的距离，根据多个接收点距待测点的距离值画出圆，多个圆的重叠部分就是待测物体。在移动装置中，接收信号强度常用接收信号强度指标RSSI来表示，在理想环境中这种方式可以获得较为精确的定位。然而RSSI受信号反射、散射、绕射等多重路径衰减与遮挡影响非常严重，实际上存在较大误差。

　　到达时间定位法

　　到达时间定位法和接收信号强度定位法类似，只不过计算接收点和测量点之间的距离是采用无线信号传播时间乘以无线信号传输速度。由于无线信号传播速度是30W km/S。这就要求待测点和多个接收点之间要有非常精确的时间同步。然而高精度时间获取成本非常昂贵，即使微秒级的时间误差也会造成数百米的距离误差。因此在短距离定位上误差较大。

　　接收信号角度定位法

　　接收信号角度定位法的工作原理是利用定向天线量测出信号来源方向，多个接收点同时按照接收角度画出直线，直线的交点就是目标位置。信号角度定位法的优点是不需要每一个接收天线都做时间同步，误差来源主要是角度解析的误差。在距离越远的时候角度解析的误差影响越大，同时由于信号反射和折射可能造成最终计算出来的被测点是发射点而不是被测物体本身。另外由于定向天线的制作对测量角度的计算影响较大在实际应用中会比较麻烦。

　　本文选自电子发烧友网8月《无线通信特刊》特别聚焦栏目，转载请注明出处！
　　

　　诺基亚的HAIP技术方案

　　HAIP的室内精确定位解决方案采用基于蓝牙的三角定位技术，除了使用手机的蓝牙模块外，还需部署蓝牙基站，最高可以达到亚米级定位精度。

　　据诺基亚的介绍，在建筑物内安装多个定位设备，组成一套室内定位系统以后，手机便可以接收这个系统发出的信号，用来确定自己的位置。这套定位系统的好处是，它使用 2.4GHz 的频率，和蓝牙、WiFi 是相同的频率，因此现有的手机不需要添加额外的天线，它完全兼容于市面上的手机，用户只需要在手机上安装一个新开发的定位软件就好了。更重要的是，这种短距离的定位信号能够把功耗控制在一个很低的水平，它所需要的能耗，只是接收普通 GPS 信号的三十分之一。

　　

　　GPS 依赖于三角测量法，也就是说，你必须接收多颗 GPS 卫星的信号才能确定位置，搜星数越多越精确。但是室内定位系统就不一样，你只需要接收到一台发射器的信号，就能确定位置——手机上的定位软件还能够计算出手机与发射器之间的角度。那么，一台发射器能覆盖多大的范围？答案是 200 平米。

　　当然，手机软件也可以接收并处理多个发射器的定位信号，从而提高定位精度，这跟 GPS 很相似。上图就是诺基亚会场上展示的定位图。

　　由于蓝牙基站的不普及，这样就造成室内精确定位成本较高，相信诺基亚在接下来要着重解决这些问题。

　　谷歌GPS对室内导航的进攻

　　谷歌在其手机地图6.0版的时候已经在一些地区加入了室内导航功能，此方案主要依靠GPS（室内一般也能搜索到2～3颗卫星）、WiFi信号、手机基站以及根据一些“盲点”（室内无GPS、WiFi或基站信号的地方）的具体位置完成室内的定位。但目前此方案的精度还不是很满意，所以谷歌后来又发布了一个叫“Google Maps Floor Plan Marker”的手机应用，号召用户按照一定的步骤来提高室内导航的精度。

　　

　　另外，谷歌一直在努力解决两个问题：获取更多的建筑平面图；提高室内导航的精度。建筑平面图是室内导航的基础，就如同GPS车用导航需要电子导航地图一样。谷歌目前想通过“众包”的方式解决数据源的问题，就是鼓励用户上传建筑平面图。另外，用户在使用谷歌的室内导航时，谷歌会收集一些GPS、WiFi、基站等信息，通过服务器进行处理分析之后为用户提供更准确的定位服务。

　　高通IZat –实现精准的室内定位

　　高通IZat 室内定位软件首次在高通最新的骁龙™ S4处理器上亮相，包括MSM8960 Pro、APQ8064及MDM9x15。不管是开放环境还是封闭环境，与现有的平台相比，IZat室内解决方案的精度提高了10倍多。增强的IZat定位平台可以在大楼内部实现更精确的定位功能（3-5米范围内），以确保最佳的消费者体验。此外，安卓系统的骁龙软件开发工具包现在包括多种工具和API，提供了独特的定位功能，简化了为骁龙设备开发基于室内定位应用的工作。

　　除增强移动设备的定位功能外，IZat定位平台还给WiFi网络技术客户提供位置感知的基础设施技术。高通创锐讯最新的802.11ac和802.11n接入点解决方案拥有领先的基于WiFi的定位计算技术，可以利用更高的精度确定位置。

　　高通公司另外有Gimbal（万向）传感器（也被称作“近距信标”）方案。这款传感器作为高通公司情境感知平台主打产品，可以让商家使用蓝牙来构建基于位置的营销系统。例如，零售商可以实时看到顾客进入商店的轨迹。

　　

　　开发者可以利用这款芯片开发短距追踪的应用移动应用程序。当用户在物理上接近商家设置的信标并检测到相关信息，应用程序可以告知用户此位置相关的内容，比如促销活动、折扣等。

　　信标使用蓝牙智能技术与50米范围之内的智能手机和平板电脑进行通信。为了让商家更容易的集成Gimbal（万向）传感器，高通公司专门开发了一个SDK（软件开发套件）。目前仅支持iOS平台，但计划在未来支持Android平台，这款SDK还包括一个管理平台。

　　总结

　　室内导航技术的理念非常人性化，但是真正体现在客户体验方面，是否真的可以做到好用又实用呢？从目前室内导航的发展现状来看，它所提供的基准定位并不准确，还有很大程度上需要完善。相信在众多工程师的努力下，室内定位能给我们带来全身心的体验。