【導讀】隨著(zhù)藍牙低功耗（Bluetooth Low Energy，簡(jiǎn)稱(chēng)BLE）技術(shù)發(fā)展到 5.2 及更高版本，其中最重要的進(jìn)步之一就是定位跟蹤技術(shù)，該技術(shù)可在室內用于資產(chǎn)的移動(dòng)和定位跟蹤。
隨著(zhù)藍牙低功耗（Bluetooth Low Energy，簡(jiǎn)稱(chēng)BLE）技術(shù)發(fā)展到 5.2 及更高版本，其中最重要的進(jìn)步之一就是定位跟蹤技術(shù)，該技術(shù)可在室內用于資產(chǎn)的移動(dòng)和定位跟蹤。
藍牙測向方法包括無(wú)連接模式和面向連接模式，因其具有的這種多功能性，該技術(shù)可在各種不同的應用場(chǎng)景中得到運用。這種適應性為無(wú)線(xiàn)通信和定位服務(wù)帶來(lái)了新的可能，有望在未來(lái)取得令人振奮的進(jìn)步。
圖 1：零售店內的客流分析，顯示熱門(mén)行走路線(xiàn)
這項技術(shù)的主要市場(chǎng)之一是零售業(yè)，大型商店希望更好地了解顧客在店內的流動(dòng)情況，從而最大程度地挖掘銷(xiāo)售潛力。
除了零售業(yè)，資產(chǎn)追蹤技術(shù)在工業(yè)效率提升方面也能產(chǎn)生深遠影響。它可用于監控物料運輸車(chē)輛，減少時(shí)間浪費，提高工作效率。該技術(shù)還可以用于驅動(dòng)復雜的數字孿生（digital twins）系統，實(shí)現在虛擬環(huán)境中準確復制動(dòng)作。
資產(chǎn)追蹤不僅能提高效率，還能在確保安全方面發(fā)揮重要作用。在倉庫和配送中心，跟蹤標簽的應用使員工和工業(yè)機器人能夠安全共存，通過(guò)讓機器人追蹤員工的行動(dòng)，消除了發(fā)生碰撞的可能。
基本系統設計原則
為了建立位置檢測系統，需要在建筑物內（無(wú)論是零售店、倉庫、醫院、機場(chǎng)還是其他類(lèi)型的建筑物）放置天線(xiàn)陣列。該陣列可以進(jìn)行高精度的位置測量。
使用的方法可以是 "到達角"（AoA）或 "出發(fā)角"（AoD）。雖然兩者都使用相同的射頻（RF）信號測量，但信號處理和天線(xiàn)配置卻各不相同。
圖 2：位置檢測系統示意圖
通常情況下，系統由三個(gè)主要部分組成：藍牙發(fā)射器（AoA 標簽）、接收器/天線(xiàn)陣列（AoA 定位器）以及角度和位置計算系統。工作時(shí)，AoA 標簽會(huì )發(fā)送固定頻率擴展（constant tone extension，CTE）信號。
這種 CTE 信號以不斷擴大的球形模式向外傳播，并被天線(xiàn)接收。由于信號的波長(cháng)/頻率是已知的，接收器之間的距離也是已知的，因此可以使用相對簡(jiǎn)單的三角法計算信號的角度，從而根據信號到達每個(gè)天線(xiàn)時(shí)的相位差確定發(fā)射器的位置。
替代方法和更高的精確度
通過(guò)使用兩對天線(xiàn)進(jìn)行兩次探測，就能以極高的精度三角定位出AoA標簽的確切位置。
另一種無(wú)需角度測量的方法是三坐標法（trilateration）。這種方法基于使用藍牙5.4的信道探測（Channel Sounding，CS）特性或超寬帶（Ultra-Wideband，UWB）技術(shù)，測量飛行時(shí)間（Time-of-Flight，ToF）來(lái)得出距離。
CS 也被稱(chēng)為高精度距離測量 (HADM)，許多人認為它是基于 RSSI 的距離測量的一種非常精確的替代方法。
安森美RSL15 AoA 解決方案
安森美推出的 RSL15 是一款通過(guò)藍牙 5.2 認證的安全無(wú)線(xiàn)微控制器，專(zhuān)為包括工業(yè)、醫療和到達角定位（AoA）在內的超低功耗應用進(jìn)行了優(yōu)化。該器件基于一顆運行頻率高達 48 MHz 的 Arm? Cortex?-M33 處理器構建，并具備加密安全功能。它提供了業(yè)界極低的功耗水平，發(fā)射時(shí)的峰值電流僅為 4.3 mA，在等待 GPIO 喚醒的睡眠模式下更是降低至 36 nA。RSL15 微控制器旨在滿(mǎn)足從零售業(yè)、臨床環(huán)境、制造業(yè)和配送中心等廣泛跟蹤應用的需求。
安森美的 AoA 解決方案在發(fā)射器（AoA 標簽）和掃描器/定位器中都使用了 RSL15。這可以使用 RSL15 和安森美的軟件開(kāi)發(fā)工具包 (SDK) 實(shí)現，或者，對于集成度更高的解決方案，可以使用集成了 RSL15 的 Murata 2EG 射頻 SIP 模塊。
圖 3： 安森美的端到端 AoA 系統由多個(gè)模塊組成
在系統中，發(fā)射器（Advertiser）生成 CTE 信號，由掃描器接收。由此產(chǎn)生的 IQ 樣本被發(fā)送到本地 PC 或云端運行的應用程序，以計算掃描器與標簽之間的角度。然后將這些角度轉換為笛卡爾坐標，并映射到二維或三維空間。
這兩種應用的示例代碼均可從安森美的網(wǎng)站上免費獲取，同時(shí)還有一個(gè)功率估算工具，可根據電池壽命選擇通信協(xié)議。
參與該項目的其他安森美合作伙伴還有 CoreHW 和 Unikie。CoreHW 提供多達 16 個(gè)單端天線(xiàn)端口的天線(xiàn)陣列板。有一個(gè) AoA / AoD 開(kāi)關(guān)，用于選擇天線(xiàn)以及連接射頻和數字控制信號。
Unikie 提供了一款專(zhuān)為實(shí)時(shí)追蹤標簽而設計的藍牙低功耗（Bluetooth Low Energy，BLE）電子定位引擎。該引擎支持在邊緣服務(wù)器或云端處理數據，既保證了靈活性也實(shí)現了成本效益（圖4）。
圖 4：用于定位應用的 Unikie 軟件引擎
API接口促進(jìn)了與企業(yè)系統的無(wú)縫集成，提供了訪(fǎng)問(wèn)復雜數據建模的能力。這樣就能更深入地了解物料流向、利用率和行為模式，標志著(zhù)基于位置的服務(wù)和資產(chǎn)管理取得了顯著(zhù)進(jìn)步。
結語(yǔ)
要成功實(shí)現藍牙低功耗測向，關(guān)鍵是解決方案要持久耐用且經(jīng)濟實(shí)惠。憑借業(yè)界功耗極低的安全藍牙低功耗MCU，安森美技術(shù)走在了實(shí)現 AoA 未來(lái)創(chuàng )新的前沿。
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