BLE蓝牙信道探测：低成本高精度的室内定位革新方案

在现今高度数字化与互联网普及的社会背景下，基于位置的服务需求日益增长。随着物联网智能设备以及无线通信技术的迅猛发展，室内定位系统已逐渐成为诸如商场导航、仓库管理、工业自动化、智能医疗中心以及紧急情况预警等多种应用场景的核心技术。

目前能够提供IPS服务的无线通信技术一般有：蓝牙（特别是低功耗蓝牙BLE）,超宽带（UWB）,WiFi等。和其他无线技术相比，BLE具有低功耗、低成本、易部署、易于现有个人消费终端直接通信等优点，目前出货量显著上升，已成为室内定位系统中最重要的无线方案。

一：BLE现有定位服务技术

现有BLE能够提供的定位服务主要是基于RSSI（Received Signal Strength Indicator）和DF(Direction Finding)这两大类。RSSI是基于接收信号能量的一种无线测距技术，在任何版本的BLE设备上都支持。但由于该技术容易受到多径等室内通信干扰，一般工业级产品的定位精度都在米级。少量学术界的论文在指纹、机器学习等算法加持下，能够实现米级以内的定位精度。但很难在低成本、大规模部署的工业场景复现。DF技术是在蓝牙规范5.1版本后支持的测向/定位技术。利用该技术实现测向/定位时，需要在接收端或者是在发射端引入多天线阵列。天线阵列在接收端的系统称为AoA(Angle of Arrival)，而在发射端的系统称为AoD(Angle of Departure)。该技术不管在工业界和学术界都可以复现分米级别的定位精度 [2]。但是，BLE DF需要高精度的天线阵列，使得设备在尺寸、实际部署等因素上都存在较多限制。另外，BLE DF的高精度定位区域也有限，一般可以高精度定位半径近似为部署层高，而大规模部署又受制于天线阵列引入后的成本。因此在折中考虑成本、部署难度、尺寸、实际定位精度等因素后，BLE DF技术没有达到预期流行的效果。

二：蓝牙信道探测技术

为了实现低成本、易部署、高精度的IPS系统，Bluetooth标准一直在寻找新的高精度测距技术（HADM: High Accuracy Distance Measurement）。目前引入Bluetooth草案，并预计在新的规范中发布实施的HADM技术是一种基于相位的测距技术，被称为蓝牙信道探测（Channel Sounding）目前主流BLE芯片方案商都已完成基于该技术的测距验证，最高可以实现10cm级别的测距精度 。蓝牙信道探测器的工作原理基于相位测距（‌PBR）‌，‌这是一种高精度定位测量技术，‌能够实现亚米级的精度，‌甚至高达10厘米的精度。‌这种技术不直接估算距离，‌而是利用三角定位法从发出或接收无线信号的角度进行距离测量。‌与传统的RSSI技术相比，‌蓝牙信道探测器不受中继攻击的影响，‌提供了更高的安全性。‌此外，‌它还支持广播、‌扫描、‌连接管理、‌异步和常时等量数据通信以及数据加密等过程，‌使得它在高安全性应用如车辆安全进入、‌门禁控制和数字钥匙等方面表现出色。

三：蓝牙信道探测的优势‌

蓝牙信道探测的优势在于其成本效益，‌相比需要蓝牙天线阵列的AoA和AoD技术，‌它使用单天线即可提供相当准确的测量结果，‌这降低了整体项目的成本。‌此外，‌虽然超宽带（‌UWB）‌技术也能达到厘米级的精度，‌但需要为无线设备添加新的芯片，‌且功耗较高，‌增加了成本预算和技术复杂性。‌相比之下，‌蓝牙信道探测器的低功耗蓝牙方案在成本效益上更胜一筹。

四：BLE蓝牙定位服务的未来

蓝牙和无线技术的设备定位功能不断增加，目前包括广告（用于确认存在）、RSSI（用于航向测距）和测向（用于高精度测向），在此基础上，目前正在进行一个规范开发项目，以实现两个蓝牙设备之间的安全、精细测距。预计这一功能将支持创建可提供更高精度的定位系统，也促进市场对蓝牙的需求。