測向技術開啟定位服務的新角度

作者 : Pål Kastnes,Nordic Semiconductor

新的無線電「測向」(Direction Finding)技術結合了低功耗藍牙發射器和接收器、巧妙設計的天線陣列以及複雜的應用軟體,從而為定位服務市場開拓了新的發展方向...

無線電「測向」(Direction Finding)技術適用於任何頻率和協定,主要由專用的軟體、硬體和天線組成,讓開發人員能更輕易地將以射頻(RF)為基礎的定位功能整合到最新產品中。

只要粗略了解定位服務(location service)市場,就會發現這些服務可以查找世界上幾乎所有東西,包括工業資產、商業產品、貴重物品,甚至個人、寵物和財產。

定位服務將使餐旅服務、醫療保健、工業自動化和智慧城市等許多產業受益。這些逐漸可靠、高效和精確的定位服務每年能找到價值數十億美元的丟失物品,證明了它擁有重大潛力。然而,資產追蹤只是精確定位技術發揮作用的一個例子,這項技術還能實現保持社交距離、室內導航和情境零售等其他應用。

如此一來,便創造出一個重要市場。根據ABI Research的《2020年藍牙市場概況》(2020 Bluetooth Market Update)預測,到2024年,基於藍牙技術的定位服務市場預計將達到每年5.38億個產品,五年間的年複合成長率(CAGR)為32%。

定位服務朝新方向發展

新的無線技術結合了低功耗藍牙發射器和接收器、巧妙設計的天線陣列以及複雜的應用軟體,從而為定位服務市場開拓了新的發展方向。

隨著藍牙5.1核心規範的導入,增添了無線電測向功能(Direction Finding),進一步推動了這方面的發展。這項功能為即時定位系統(RTLS)的全新和改善使用情境提供了基礎,例如醫院和工廠倉庫中的資產追蹤應用。該技術既可以用於固定資產、移動的資產,並可擴展到其他物件,例如人、家畜,甚至是運動場上的冰上曲棍球。

測向功能還可用於近距離通訊場合(例如零售和教育應用)中豐富消費者的體驗。我們希望該技術能夠在微觀層次上(例如建築物內部)進行室內定位,就像GPS在宏觀層次上進行戶外戶位一樣。

定位服務的全新角度

測向技術專用於加強定位服務。以往的定位服務主要使用偵測訊號強度,藍牙技術利用接收訊號強度指示(RSSI)原理,實現鄰近偵測訊號強度的能力,但是,由於環境的變化會影響定位精度,它不適用於一般的距離測量。這種不精確性加上缺乏訊號方向的相關資訊,因此單靠RSSI無法準確定位物體位置。

測向技術加入了到達角(AoA)和接收角(AoD)兩個關鍵概念。當天線接收(AoA)或發射(AoD)RF訊號時,AoA和AoD利用天線之間的相位差計算出角度。利用通訊鏈路兩側的天線陣列,可以確定相對方位差異資料,並且將該資料用於計算接收或發送訊號的角度。結合角度資訊與RSSI資訊可以提高定位精度,而且,測向功能還可以估算二維或三維空間中的目標位置。

 開發人員的實用解決方案

藍牙5.1規範大約在兩年多以前推出,但由於天線複雜以及實際系統需要演算法,所以發展步伐緩慢。現在,總部位於美國加州的科技公司IOSEA專門開發室內測向技術解決方案,可為開發人員提供基於Nordic nRF52833 SoC (藍牙5.1) 的測向技術解決方案,不僅實用而且精確。

IOSEA開發的SEAgnal技術,可配合任何頻率和協定,主要由專用的軟體、硬體和天線組成,讓開發人員可以更輕鬆地將RF定位功能整合到最新產品中。SEAgnal解決方案經過專門設計,可在廣泛市場領域中協助協力廠商在設備和應用中啟用RTLS功能。

IOSEA指出,SEAgnal提供的AoA/AoD解決方案支援角度精度為2度。該技術使用先進的訊號處理方法來減少多重路徑衰減以及訊號前置濾波處理的影響,以便最大限度地減低訊號處理演算法錯誤,以及無線資料頻寬需求。

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