新型无线技术测向解决方案

新型无线技术将低功耗蓝牙发射器和接收器与巧妙设计的天线阵列和复杂的应用软件结合在一起，得益于这项新的无线技术，定位服务市场已经朝着新的方向发展。

测向解决方案

由专有软件、硬件和天线组成的，与频率和协议无关的新技术，使开发人员可以更轻松地将RF定位功能整合到最新产品中。

当您摸索位置服务市场时，您会发现世界上几乎所有的东西都可以找到——从工业资产、商业产品、贵重物品，直到人、宠物和财产。

定位服务将使包括酒店、医疗保健、工业自动化和智慧城市在内的许多行业受益。例如，找到每年价值数十亿美元的丢失物品，证明了日益可靠、高效和精确的定位服务可能会产生的重大影响。然而，资产跟踪只是精确定位技术在世界范围内发挥作用的一个示例，而社交距离、室内导航和情境零售则是其他的示例。

这些创造了一个重要的市场；到2024年基于蓝牙技术的定位服务市场预计将达到每年5.38亿个产品，五年复合年增长率（CAGR）为32% （包含ABI Research预测的2020年蓝牙市场最新情况）。

01

定位服务朝着新的方向发展

新型无线技术将低功耗蓝牙发射器和接收器与巧妙设计的天线阵列和复杂的应用软件结合在一起，得益于这项新的无线技术，定位服务市场已经朝着新的方向发展。

随着蓝牙5.1核心规范的引入，事情开始发展，该规范引入了测向功能（Direction Finding）。这项功能为实时定位系统（RTLS）的全新和改进用例提供了基础，例如医院和工厂仓库中的资产跟踪应用。该技术既可以用于静态资产，也可以用于移动的资产，并且可以扩展到其他对象，例如人、牲畜，甚至是运动场上的冰球。

测向功能还可以在基于邻近技术的场景（例如零售和教育应用）中丰富消费者的体验。我们希望该技术能够在微观层次上（例如建筑物内部）进行室内定位，就像GPS在宏观层次上进行室外定位一样。

02

定位服务的全新角度

测向技术旨在增强位置服务，位置服务以前仅使用基于信号强度的技术。蓝牙技术具有通过接收信号强度指示（RSSI）进行接近检测的功能，但由于环境的变化会影响定位精度，它不适用于一般距离测量。这种不精确性加上缺乏信号方向信息，使得单靠RSSI无法进行准确的位置估算。

测向功能基于到达角（AoA）和离开角（AoD）这两个关键概念。当天线接收（AoA）或发射（AoD） RF信号时，AoA和AoD利用天线之间的角度相移。利用通信链路两侧的天线阵列，我们可以确定相移数据，并且将数据用于计算接收或发送信号的角度。通过结合角度信息与RSSI信息，可以提高定位精度，而且“测向”功能可以估算二维或三维下的目标位置。

03

开发人员的实用解决方案

蓝牙5.1规范是两年多前推出的，但是发展步伐由于天线和实际系统所需的算法的复杂性而受到拖累。现在，总部位于美国加利福尼亚的科技企业IOSEA专业开发室内测向解决方案，它为开发人员提供基于Nordic的nRF52833 SoC的实用且精确的（蓝牙5.1）测向解决方案。

IOSEA公司与频率和协议无关的SEAgnal技术由专有软件、硬件和天线组成，这使得开发人员可以更轻松地将RF定位功能集成到其最新产品中。SEAgnal解决方案设计用于在广泛市场中的第三方设备和应用程序上启用RTLS功能。

据IOSEA称SEAgnal提供的AoA/AoD解决方案的角度精度为2度。该技术使用先进的信号处理方法来缓减多径衰落和信号预滤波的影响，以便最大限度地减小信号处理算法的误差和无线数据带宽需求。

该公司表示将会把SEAgnal技术授权给芯片制造商、无线服务提供商、设备制造商和其他合作伙伴，以期实现 “价格适宜、无处不在和便捷”的位置查找服务。

Nordic实施功能

IOSEA的位置服务解决方案依赖于Nordic的nRF52833器件中的蓝牙5.2 SoC，该芯片具有全部测向功能。该SoC的大容量存储（512kB闪存和128kB RAM）可以同时支持AoA和AoD应用的接收器和发送器角色。它的无线电架构可提供-96dBm的RX灵敏度（在低功耗蓝牙模式下为1Mbps），这是支持SEAgnal在更长距离上实现高测向精度的一项关键功能。

对于IOSEA解决方案，nRF52833用于控制交换天线阵列，采样低功耗蓝牙数据包，采样对于AoA/AoD软件的计算至关重要的同相和正交相信息（“IQ”信号信息）。IOSEA首席执行官Evangelos Kornaros指出，低功耗蓝牙是RTLS应用的理想选择，因为它需要的能量仅为替代无线协议所需能量的一小部分。他还表示，用于资产跟踪和RTLS的低功耗蓝牙标签可以连续使用数月至数年，而无需更换电池。

原文刊于中电网

本文作者：Nordic半导体Pål Kastnes

编辑：jq