未来蓝牙新方向之一【AoA室内定位】_专栏

室内定位一直被炒的非常火的黑科技，也是近年资本追逐的热点，市场上一直有众多宣称可以做到厘米级，米级精度定位的公司，但问题很多，无法大规模商用。近些年有很多人尝试使用蓝牙beacon方式做定位，小众应该可以满足需要，但是依然问题很多；直到今天，出现了新的技术：蓝牙AoA定位。

先介绍一下现有室内定位方案：

超声波定位主要采用反射式测距法，通过多边定位等方法确定物体位置，系统由一个主测距器和若干接收器组成，主测距仪可放置在待测目标上，接收器固定于室内环境中。定位时，向接收器发射同频率的信号，接收器接收后又反射传输给主测距器，根据回波和发射波的时间差计算出距离，从而确定位置。

超声波定位整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，且超声波频率受多普勒效应和温度影响，同时也需要大量基础硬件设施，成本较高。

室内定位中的位置指纹法，简单来说，就是事先把各个位置上的信号特征（各Wi-Fi的信号强度）测量一遍，存入指纹数据库。定位的时候，将当前的信号特征与指纹库中的进行匹配，从而确定位置。示意图（AP就是WiFi，RP是离线采集选取的参考点）

AOA(Angle of Arrival，到达角度)定位是一种两基站定位方法，基于信号的入射角度进行定位。

如图所示，知道了基站1到设备之间连线与基准方向的夹角α1，就可以画出一条射线L1；同样知道了知道了基站2到设备之间连线与基准方向的夹角α2，就可以画出一条射线L2。那么L1月L2的交点就是设备的位置。这就是AOA定位的基本数学原理。用函数调用表达如下：

Location=GetLocation([Pisition1,α1],[Position2,α2]);

AOA定位通过两直线相交确定位置，不可能有多个交点，避免了定位的模糊性。但是为了测量电磁波的入射角度，接收机必须配备方向性强的天线阵列。

超宽带定位技术具有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点，但其射频频段工作在6-7G hz，设计难度大，软件复杂，商用场合受限。

市面上蓝牙定位的方式都是采用三边测量原理，设备端采用ibeacon，或者私有beacon广播方式发送Beacon信号，接收机，通常是手机，根据接收到广播设备的信号强度和设备ID号，根据事先绘制的坐标地图，反向判定自己所处的位置点。该方案的优势有几点：

1.RSSI直接是蓝牙协议栈的一部分，方便获取。

2.手机支持蓝牙

3.发射端硬件设计简单，功耗低

几种定位方式的总结

超声波定位基本不适用，需要大量布点，对周围环境有特殊要求；Uwb频段高，设计难度大只使用于尖端地方，收发都需要专用AoA射频设备；蓝牙定位目前在人员管控，危险区域布防商城室内导航有部分应用，但精度不好，网络阻塞严重，效果一般，但可以和手机互联互通，所以得到许多公司折中认可。

AoA 角度位置算法

本质只需要蓝牙芯片只要开放蓝牙射频端的载波振幅和相位值收发(I/Q值)，工程师自行设计天线整列即可通过使用I/Q值计算出AoA角度方位，通过两个接收机，就可以判断发射机的精确位置。

如WUB图示，一个发射机配合两个接收机，通过两个接收机的信号到达角即可在二维平面中画出发射机的相对kyj位置，首先单看一个接收机Br，发射机B持续发送广播信号，接收机Br的天线整列接收到的波形肯定是不同步的，其相位差

ϕ是我们可以通过数学运算得到的参数，图示为2整列天线，同时可以设计多整列天线，ϕ可以为天线的相位差求均值。

下图为4天线设计，两两天线间距d为定值，计算出ϕ取均值，计算出ϕ后，可由ϕ以及天线间距d计算得到发射和接收机之间的相对角度差θ。

通过两个接收机，得到两个θ，通过θ和d即可计算出发射机位置。

德州仪器CC2640R2F 蓝牙AoA方案

有传闻下一版蓝牙协议会支持AoA功能，之前特咨询过几家大蓝牙原厂，都表明赞不支持，直到最近听说TI已经推出AoA算法包，立刻下载了最新的CC2640R2F蓝牙协议栈(simplelink_cc2640r2_sdk_2_20)，果不其然，还有ToF，TI果然在憋大招。

根据sdk的说明文档，可以看到德州仪器软件包可以直接提供API接口，接收机可以直接计算出θ角：

而且还提供了完整的天线阵列的评估套件，配合CC2640R2官方开发板，即可调试室内定位方案。

总结

可以预见，在蓝牙模块价格战的当下，和Mesh组网一样，蓝牙AoA技术发展务必带来新的商机，但是其门槛一定比蓝牙高不少，阵列天线，AoA角度精确度，不同场景下的定位设备布置，云端数据管理，每一件都不是简单，但是这么好的市场，攻城狮们，你们准备好了吗？

来自：BLE5CODER无线技术联盟

未来蓝牙新方向之一【AoA室内定位】