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蓝牙5.1AOA与UWB,哪种室内定位技术才是未来?

2020-07-31 Challey 阅读:
室内定位技术有好多种,有发展多年的超声波、蓝牙(iBeacon)、红外、超宽带UWB以及最近兴起的蓝牙5.1 AOA等等。UWB在国内发展也有十多年了,其应用似乎很广,市场也比较大,蓝牙AOA虽然发展较晚,但是得到了业界的积极响应和支持,那么这两种室内定位技术,哪种更有市场,哪种才是未来呢?

室内定位技术有好多种,有发展多年的RFID、红外、蓝牙(iBeacon)、超声波,以及最近火热的超宽带UWB和最近兴起的蓝牙5.1 AOA等等。TiLednc

首先,我们来对比一下各种室内定位技术:TiLednc

TiLednc

各种室内定位技术都有各自的市场,目前比较火热的是UWB和蓝牙5.1AOA。UWB在苹果最新手机iPhone11上得到了应用,而蓝牙5.1AOA虽然是新兴技术,却得到广大技术厂商的支持和认可。那么这两种室内定位技术,哪种更有市场,哪种才是未来呢?TiLednc

我们首先来了解下高精度室内定位技术UWB。TiLednc

UWB高精度室内定位技术

超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术是一种无线载波通信技术,它不采用正弦载波,而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很宽。TiLednc

UWB技术具有系统复杂度低,发射信号功率谱密度低,对信道衰落不敏感,截获能力低,定位精度高等优点,尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。TiLednc

芯片方案TiLednc

UWB产品众多,但是芯片方案商却比较集中.TiLednc

国内UWB定位芯片研发起步较晚,国内暂时还没有大规模生产UWB定位芯片的厂商,因此国内UWB定位芯片大都来自源于国外的Decawave公司。Decawave是全球最大的UWB定位芯片生产商之一,用户遍布中国、爱尔兰、法国、韩国、美国、英国、俄罗斯等国家。目前Decawave的芯片已经在超过500万台设备上部署,受到全球2500多家企业的青睐。TiLednc

采用频率:TiLednc

UWB技术是一种使用1GHz以上频率带宽的无线载波通信技术。它不采用正弦载波,而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很大,尽管使用无线通信,但其数据传输速率可以达到几百兆比特每秒以上。使用UWB技术可在非常宽的带宽上传输信号,美国联邦通信委员会(FCC)对UWB技术的规定为:在3.1~10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。TiLednc

蓝牙5.1AOA技术

2018年1月28 日,蓝牙国际标准组织(SIG,Bluetooth Special Interest Group)发布了蓝牙规范实现 5.1 版本,此版本主要特征是定位。TiLednc

当时最常见用于定位的协议有 GPS 和 Wi-Fi,此次发布的蓝牙 5.1 不仅可以检测到特定对象的距离,还可以检测它所处的方向,可用以实现厘米级定位精度的蓝牙定位系统。TiLednc

Figure_AoA.pngTiLednc

通过监测到达不同天线的载波相位不同,接收端可以检测出到达信号和自身法线的夹角,有两个以上的发射端,就可以通过计算,算出接收端所在的位置。TiLednc

蓝牙定位服务通常分为两类:接近解决方案(proximity solutions)和定位系统(positioning systems)。接近解决方案使用蓝牙来了解两个设备何时彼此靠近,以及大约相隔多远。技术上包括项目查找解决方案和关注点(PoI,point-of-interest)信息解决方案。此次新的测向功能,使得蓝牙接近解决方案之上可以再增加设备方向功能。该功能将使蓝牙成为室内导航的绝佳解决方案。TiLednc

蓝牙5.1利用AOA技术实现了室内高精度定位。TiLednc

TiLednc

芯片方案TiLednc

2019来自芬兰的Quuppa在BLE高精度定位的领域取得了事实上的市场主导地位。国内众多的解决方案厂家在2B市场选择了Quuppa的方案。但是随着蓝牙AOA技术应用的广泛应用,国产化的进程也很快,很多国内蓝牙芯片厂商能够快速迭代更新、支持蓝牙5.1的AOA技术。TiLednc

2019年的室内定位产业,能跟UWB分庭抗礼的是蓝牙AOA技术,在2019年年初,蓝牙AOA正式写入标准,让原本基于蓝牙定位技术的企业有了更多的信心,各主流芯片厂家都在研发芯片,方案厂商也都在积极探索应用。TiLednc

采用频率:TiLednc

众所周知,蓝牙采用的频率是公共频道:ISM (Industrial Scientific and Medical ) 2.40GHz到2.41GHz频段工作,带宽为2M hz,蓝牙分为三个广播信道,37,38,39,并且在蓝牙5.x规范当中,Bluetooth LE部分的扩展广播信道可以在0-39任意信道,也即位蓝牙信标可以工作在任何蓝牙频道。TiLednc

UWB PK BLE-AOA

我们对两种技术进行了对比:TiLednc

UWB除了在功耗、成本方面的劣势外,还有一个更大的问题是频率。TiLednc

随着5G的建设和应用,UWB在频率方面与5G产生了严重的冲突,目前国内各地无线电管理部门(无委)接到过多起干扰投诉,就是国内UWB基站的架设影响到了5G基站,造成了同频、邻频等多种干扰,而且UWB基站在实际架设中,为了提高覆盖范围,大多超出了设计的功率上限,更大程度的影响到了相同/相邻频段中5G的正常工作。TiLednc

5G是未来十年中国新基建的七大部分之一,5G的布局和应用将会是首要的。据行业人士介绍,负责管理频率使用的工信部无线电管理局在2020的规划中,去掉了UWB室内定位技术的推荐。这对行业的冲击很大。TiLednc

目前,由于5G在中国建设更快,所以遇到的问题先体现出来,未来在世界其他国家,相信也会遇到同样的问题,那么,UWB技术的使用空间将受到很大的挤压。TiLednc

而蓝牙的频率是在全世界无线电管理部门都规划的公共使用频段,得到公认,不受任何限制。TiLednc

因此,无论是芯片供应、成本、功耗,还是重要的频率使用,蓝牙5.1AOA无疑可能是未来的技术主流。TiLednc

那么,蓝牙5.1 AOA将在哪些方面应用呢?TiLednc

蓝牙5.1AOA应用场景

目前,蓝牙 AOA在工厂、商超、医院等得到了较快速的应用。TiLednc

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蓝牙AOA在智能工厂行业应用TiLednc

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蓝牙AOA在商超行业应用TiLednc

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蓝牙AOA在医疗行业应用TiLednc

蓝牙AOA市场

据权威统计,到2022年,蓝牙AOA的全球市场规模将超过400亿美金,未来几年将以42%的年复合率增长。TiLednc

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关于蓝牙5.1 AOA更多技术和应用以及市场,欢迎留言探讨。TiLednc

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