近期有媒體報(bào)導(dǎo)蘋果即將推出基于UWB(Ultra WideBand，超寬帶)技術(shù)的電子追蹤器AirTags(Apple Tags)，并預(yù)測(cè)2020年出貨量將達(dá)千萬(wàn)等級(jí)，甚至有可能成為繼目前十分火爆的TWS產(chǎn)業(yè)之后下一個(gè)聚焦熱點(diǎn)，前景十分看好。

(圖片出自網(wǎng)絡(luò))

根據(jù)曝光的消息，AirTags應(yīng)該是一個(gè)小小的圓形白色物件，通過(guò)藍(lán)牙和iPhone等其他蘋果硬件設(shè)備配對(duì)，并將利用iPhone 11系列當(dāng)中的超寬帶U1芯片實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的室內(nèi)追蹤;它還將具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)組件，使您可以通過(guò)將相機(jī)對(duì)準(zhǔn)按鍵或其他物品可能存在的區(qū)域來(lái)定位物品。這是目前上其他同類產(chǎn)品所無(wú)法比擬的。

AirTags 本質(zhì)上是一種基于UWB技術(shù)的近距離尋向和高精度定位產(chǎn)品，通過(guò)提供短距離測(cè)量功能，這款設(shè)備將增強(qiáng)iOS的尋找功能和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)應(yīng)用的用戶體驗(yàn)。由于蘋果巨大的產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)能力，該報(bào)導(dǎo)在業(yè)界引起不小的反響。

為更好了解室內(nèi)定位技術(shù)分類及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，本文將就其原理進(jìn)行基本介紹，并就高精度定位技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

01、室內(nèi)定位市場(chǎng)

室內(nèi)定位就是指在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)物體或人的位置定位。近年來(lái)，隨著室內(nèi)定位技術(shù)精度的提高，室內(nèi)定位為零售、制造、醫(yī)療、機(jī)器人等行業(yè)提供十分準(zhǔn)確的位置信息數(shù)據(jù)，成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的重要基礎(chǔ)。不可否認(rèn)的是，未來(lái)是物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，而室內(nèi)定位技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò)的底層基礎(chǔ)，自然能夠獲得更大的市場(chǎng)機(jī)遇。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，普通人有80%時(shí)間是在室內(nèi)度過(guò)，而在眾多的數(shù)據(jù)中，位置數(shù)據(jù)是一個(gè)重要的維度，未來(lái)50%以上的信息都與位置數(shù)據(jù)相關(guān)。要采集位置數(shù)據(jù)就需要依賴定位技術(shù)，隨著技術(shù)的發(fā)展，定位技術(shù)的各項(xiàng)性能指標(biāo)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，基于定位技術(shù)的相應(yīng)市場(chǎng)也正在逐漸開啟。

室內(nèi)定位應(yīng)用廣泛，大概有四類市場(chǎng)：

●政府類應(yīng)用：公、檢、法、司、機(jī)關(guān)等

●工業(yè)類應(yīng)用：貨品倉(cāng)庫(kù)、智能工廠、地鐵、隧道、礦井等;

●商業(yè)類應(yīng)用：商場(chǎng)、博物館、體育館、展覽館、圖書館、地下車庫(kù)等;

●消費(fèi)類應(yīng)用：防丟器、跟隨器等;

據(jù)Market&Markets的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)幾年，室內(nèi)定位的全球市場(chǎng)將以42.0%的年復(fù)合成長(zhǎng)率增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)從2017年的71億1000萬(wàn)美元擴(kuò)大到2022年的409億9000萬(wàn)美元。特別是以蘋果為代表的手機(jī)企業(yè)將高精度定位系統(tǒng)引入手機(jī)生態(tài)系統(tǒng)后，原本TO B 的商業(yè)模式將快速過(guò)度到TO C的市場(chǎng)，這必將引起新一輪市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。

預(yù)計(jì)2018 ~ 2022年期間，室內(nèi)定位技術(shù)將廣泛滲透進(jìn)入智能制造、智能建設(shè)、養(yǎng)老醫(yī)療、公共安全、物流運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)應(yīng)用，逐漸成為追蹤和定位服務(wù)的主流技術(shù)。

02、室內(nèi)定位技術(shù)簡(jiǎn)介

定位技術(shù)方面，GPS技術(shù)應(yīng)用最成熟也最廣泛，但它不支持室內(nèi)定位。室內(nèi)外區(qū)域定位常用到的技術(shù)有Wi-Fi、RFID、ZigBee、紅外線、藍(lán)牙和UWB超寬帶技術(shù)，各種技術(shù)有各自的特點(diǎn)，如下表所示：

點(diǎn)擊可放大

有眾多技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，其中包括RFID、紅外線、藍(lán)牙Beacon、Zigbee，Wi-Fi、UWB及AOA-BLE，每種技術(shù)都有其長(zhǎng)處和不足，其中高精度定位領(lǐng)域主要是UWB 及最新BLE 5.1 所支持的AOA/AOD技術(shù);下面分別就這兩種技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

01、UWB 定位技術(shù)

UWB定位系統(tǒng)在室內(nèi)定位市場(chǎng)中占據(jù)30% ~ 40%的市場(chǎng)份額。制造產(chǎn)業(yè)中的資源利用和工作流優(yōu)化，使企業(yè)對(duì)基于UWB技術(shù)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的應(yīng)用需求日益增長(zhǎng)，促進(jìn)了UWB技術(shù)在定位精度方面的進(jìn)步，提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

UWB是一種寬帶短距離的無(wú)線脈沖通信技術(shù)，在室內(nèi)高精度定位技術(shù)方面，UWB被視為最有發(fā)展前途的技術(shù)之一，其擁有精度高、抗多徑干擾能力強(qiáng)(多徑：是指RF信號(hào)通過(guò)不同路徑到達(dá)同一接收端)、保密性高等特點(diǎn)而被廣受關(guān)注。

UWB 定位基本原理：

UWB技術(shù)最大問(wèn)題：

1.成本高

此前，UWB定位技術(shù)主要在企業(yè)級(jí)應(yīng)用市場(chǎng)推廣，雖然性能優(yōu)越，不過(guò)比較小眾。此次蘋果在其新品手機(jī)中植入U(xiǎn)WB芯片，將會(huì)正式開啟UWB在消費(fèi)級(jí)的應(yīng)用市場(chǎng)，對(duì)整個(gè)UWB定位產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大與成熟有很大的幫助。目前UWB定位技術(shù)最讓人詬病的就是費(fèi)用太貴，而手機(jī)植入后，也將會(huì)對(duì)成本下降有很明顯的促進(jìn)作用，讓外界對(duì)UWB定位技術(shù)有了很高的期待。

2.功耗大

由于工作頻段在3.1GHz～10.6GHz 超高頻范圍，且?guī)捀哌_(dá)500MHz，其功耗為普通藍(lán)牙模塊還是要高很多。

3.發(fā)射功率受限，覆蓋范圍較小

美國(guó)FCC關(guān)于UWB設(shè)備發(fā)射功率的要求：在3.1GHz～10.6GHz頻段上FCC對(duì)發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)的功率限制為：測(cè)量帶寬1MHz時(shí)，距離3m處場(chǎng)強(qiáng)最大為500μV/m，即-41.3dBm。如果帶寬為500MHz， 則信道內(nèi)絕大發(fā)射功率不得超過(guò)：-41.3+10log(500)=-14.3dBm;此功率為EIRP(全向輻射功率)，考慮到天線增益與空間衰減可近似抵消，因此UWB發(fā)射機(jī)帶內(nèi)發(fā)射功率不得超過(guò)-14.3dBm。

此功率僅為傳統(tǒng)藍(lán)牙發(fā)射設(shè)備(6dBm)的1/100左右(注：對(duì)于無(wú)線發(fā)射功率，20dB相對(duì)于100倍)，因此其有效覆蓋范圍相對(duì)于其他設(shè)備大打折扣，這也是Apple Tags 僅僅能夠支持近距離聯(lián)絡(luò)的原因。

02、AOA-BLE 定位技術(shù)

AOA-BLE定位基本原理：AOA(Angle of Arrival )定位系統(tǒng)由標(biāo)簽端(或被定位目標(biāo))及定位器組成，其中定位器包含由天線陣列及高速定位引擎?；贏OA定位的的基本原理是標(biāo)簽發(fā)射無(wú)線信號(hào)到定位器，定位器中天線陣列在不同時(shí)間點(diǎn)收到同一信號(hào)源發(fā)出的無(wú)線信號(hào)，通過(guò)分析到達(dá)時(shí)間差，借助定位器中所嵌入的定位算法(例如MUSIC算法)，通過(guò)運(yùn)算可以計(jì)算出標(biāo)簽對(duì)定位器的方位角與俯仰角，再配合信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)，可以精確對(duì)目標(biāo)進(jìn)行兩維平面定位(兩個(gè)以上定位器可對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行空間定位)。如下圖所示：

●BLE高精度定位系統(tǒng)主要采用信號(hào)到達(dá)角(AOA)定位技術(shù);

●通過(guò)精確估計(jì)出標(biāo)簽發(fā)送信號(hào)到達(dá)定位基站的角度，測(cè)量出標(biāo)簽在2D平面里X，Y的坐標(biāo)定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的精確定位;

●高精度定位覆蓋范圍圓錐角度約100°;

●超過(guò)100°的范圍定位精度較差;

在2019年藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group)推出的低功耗藍(lán)牙核心規(guī)范BLE 5.1中，基于AOA/AOD測(cè)向功能(Direction Finding)的空中數(shù)據(jù)接口規(guī)范已經(jīng)正式納入其中，這使得搭載了低功耗藍(lán)牙技術(shù)BLE5.1的裝置(包括手機(jī)、各種職能終端)可發(fā)射定位數(shù)據(jù)包給定位器(AOA，室內(nèi)定位)，或者偵測(cè)藍(lán)牙定位器所發(fā)出的導(dǎo)航信號(hào)(AOD，室內(nèi)導(dǎo)航)，從而提供厘米等級(jí)的定位/導(dǎo)航精準(zhǔn)度。

作為一項(xiàng)定位技術(shù)，藍(lán)牙已成手機(jī)中的標(biāo)配是其最大的優(yōu)勢(shì)，借助手機(jī)已有的生態(tài)環(huán)境將該技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模推廣已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。本次藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的更新，通過(guò)藍(lán)牙AOA/AOD定位可將定位精度提升到亞米級(jí)。此外，再結(jié)合藍(lán)牙本身的優(yōu)勢(shì)，使得整個(gè)室內(nèi)定位行業(yè)對(duì)藍(lán)牙定位技術(shù)及相關(guān)市場(chǎng)都充滿了期待。

基于AOA-BLE 定位系統(tǒng)組成：

●基站系統(tǒng)

√RF開關(guān)精確實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)控制天線陣列接收信號(hào)

√RF硬件及ADC完成信號(hào)IQ采樣

√支持標(biāo)準(zhǔn)的BLE通信協(xié)議

√優(yōu)化的軟硬件方式實(shí)現(xiàn)AOA及RSSI定位雙引擎

√標(biāo)準(zhǔn)化定位API接口

●標(biāo)簽系統(tǒng)

√支持電子卡、手環(huán)、手機(jī)APP等多種標(biāo)簽形式

√標(biāo)簽可實(shí)現(xiàn)超低功耗;

●定位服務(wù)器

√標(biāo)準(zhǔn)化的定位信息接口

√支持多種數(shù)據(jù)服務(wù)

●行業(yè)應(yīng)用終端

√實(shí)時(shí)標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)軌跡

√支持電子圍欄

√實(shí)時(shí)室內(nèi)導(dǎo)航

基于AOA-BLE 室內(nèi)定位技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

1)兼容性好--兼容BLE5.1協(xié)議，具有廣闊的生態(tài)空間;

2)功耗小--適合于包括手機(jī)在內(nèi)的各種智能終端及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備;且功耗也比較低;

3)標(biāo)簽成本低—采樣普通的藍(lán)牙芯片或兼容藍(lán)牙廣播包的2.4GHz芯片便可搭建(或普通手機(jī))，BLE芯片目前成本也相對(duì)比較低;

4)頻譜資源不受限制--工作在全球通用的2.4GHz ISM免費(fèi)頻段，適應(yīng)性強(qiáng)。

5)核心芯片可控--國(guó)內(nèi)藍(lán)牙芯片供應(yīng)商眾多，完全自主可控;

03、室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

(1)基于低功耗藍(lán)牙BLE的定位技術(shù)會(huì)被越來(lái)越廣泛應(yīng)用。藍(lán)牙室內(nèi)定位已發(fā)展一段時(shí)間，隨著BLE5.1規(guī)范推出，BLE定位受到相當(dāng)大的關(guān)注。目前基于該技術(shù)的信息推送應(yīng)用在零售業(yè)已經(jīng)獲得相當(dāng)大的響應(yīng)，預(yù)期未來(lái)BLE室內(nèi)定位技術(shù)會(huì)更多結(jié)合信息推送、移動(dòng)支付等應(yīng)用，或被實(shí)踐在日常生活上提供個(gè)性化服務(wù)。

(2)多種技術(shù)結(jié)合的混合定位方法，以滿足各種室內(nèi)環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景的需求，并彌補(bǔ)單一技術(shù)的局限。

(3)室內(nèi)地圖和室內(nèi)定位數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)迅速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)趨于成熟，以保證快速擴(kuò)展的能力和定位性能的可靠性與一致性。

(4)采用專用的定位引擎來(lái)處理定位、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、傳感器數(shù)據(jù)分析、信息融合和地理圍欄(Geo-fencing)。

(5)低功耗優(yōu)化，降低定位功能對(duì)移動(dòng)設(shè)備帶來(lái)的額外功耗以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的精準(zhǔn)定位。

04、室內(nèi)定位領(lǐng)域上下游產(chǎn)業(yè)鏈

室內(nèi)定位領(lǐng)域已經(jīng)形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，主要分為上游芯片產(chǎn)業(yè)、中游系統(tǒng)方案商、下游系統(tǒng)集成商。

01、上游芯片領(lǐng)域

A、UWB芯片：

●國(guó)外：Decawave、NXP等

●國(guó)內(nèi)：精位科技

B、BLE5.1 芯片（帶AOA功能）：

●國(guó)外：TI、SiliconLab、Dialog、Nordic、Cypress etc;

●國(guó)內(nèi)：磐啟微、泰凌微etc;

02、中游的方案提供商

A、UWB：

●國(guó)外：SKYLAB、Zebra、Ubisense等

●國(guó)內(nèi)：清研訊科、紅點(diǎn)定位、中電昆辰、恒高科技、南京沃旭、精位科技、品鉑科技、唐恩科技、鄭州聯(lián)睿、潤(rùn)安科技、全跡科技、星網(wǎng)云聯(lián)等。

B、BLE5.1（帶AOA功能）：

以BLE芯片為基礎(chǔ)，并結(jié)合自己的定位算法研發(fā)出AOA定位系統(tǒng)

●國(guó)外：Quuppa、SiliconLab、TI

●國(guó)內(nèi)：磐啟微、芯核互聯(lián)、上海極維、尋息電子等

03、下游的集成商

負(fù)責(zé)為終端客戶提供應(yīng)用解決方案。集成商根據(jù)每個(gè)行業(yè)的具體情況，將AOA-BLE定位系統(tǒng)二次開發(fā)，并和其他人員管理設(shè)備或者自動(dòng)化配套設(shè)備集成，研發(fā)出更適合這些行業(yè)的定位系統(tǒng)與設(shè)備。

終上所述，隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，室內(nèi)定位作為物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò)的底層基礎(chǔ)，具有很大的市場(chǎng)潛力。

05、總 結(jié)

室內(nèi)定位技術(shù)眾多，各種技術(shù)都有自己的特點(diǎn)，彼此間又在一定程度上存在互相競(jìng)爭(zhēng)。高精度室內(nèi)定位技術(shù)均需要比較昂貴的額外輔助設(shè)備或前期大量的人工處理，這些都大大制約了技術(shù)的推廣普及。

低成本的定位技術(shù)則在定位精度上需要提高。在提供高精度定位的基礎(chǔ)上降低成本也是室內(nèi)定位的一個(gè)方向?；赨WB 或AOA-BLE技術(shù)的兩種高精度室內(nèi)定位系統(tǒng)是未來(lái)主流發(fā)展方向，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代具有廣闊的生態(tài)空間及發(fā)展?jié)摿?。未?lái)的趨勢(shì)一定是多種技術(shù)融合使用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以面對(duì)復(fù)雜環(huán)境。其中成本越低、兼容性越好、精度越高的技術(shù)越容易普及。

參考文獻(xiàn)：

1.http://mini.eastday.com/a/200219191558176.html;

2.https://blog.csdn.net/liulianchoudoufu/article/details/104376637;

3.https://blog.csdn.net/Hdu_lc14015312/article/details/93873741;

4.https://jingyan.baidu.com/article/7c6fb428cdf88780642c909a.html;

5.http://m.elecfans.com/article/672171.html

6.https://wenku.baidu.com/view/0573b069f021dd36a32d7375a417866fb94ac07f.html;

7.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1651878760817722073&wfr=spider&for=pc

8.《AOA-BLE高精度室內(nèi)定位系統(tǒng)》，上海磐啟微電子有限公司，2019-10;

9.《INDOOR POSITIONING AND NAVIGATION》，KEGEN YU，2018;