近期有媒體報導蘋果即將推出基于UWB（Ultra WideBand，超寬帶）技術(shù)的電子追蹤器AirTags（Apple Tags），并預測2020年出貨量將達千萬等級，甚至有可能成為繼目前十分火爆的TWS產(chǎn)業(yè)之后下一個聚焦熱點，前景十分看好。

（圖片出自網(wǎng)絡）

根據(jù)曝光的消息，AirTags應該是一個小小的圓形白色物件，通過藍牙和iPhone等其他蘋果硬件設備配對，并將利用iPhone 11系列當中的超寬帶U1芯片實現(xiàn)更加精準的室內(nèi)追蹤；它還將具有增強現(xiàn)實組件，使您可以通過將相機對準按鍵或其他物品可能存在的區(qū)域來定位物品。這是目前上其他同類產(chǎn)品所無法比擬的。

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，通過提供短距離測量功能，這款設備將增強iOS的尋找功能和增強現(xiàn)實（AR）應用的用戶體驗。由于蘋果巨大的產(chǎn)業(yè)引導能力，該報導在業(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，本文將就其原理進行基本介紹，并就高精度定位技術(shù)發(fā)展趨勢進行展望。

室內(nèi)定位就是指在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)物體或人的位置定位。近年來，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、機器人等行業(yè)提供十分準確的位置信息數(shù)據(jù)，成為物聯(lián)網(wǎng)時代的重要基礎。不可否認的是，未來是物聯(lián)網(wǎng)的時代，而室內(nèi)定位技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡的底層基礎，自然能夠獲得更大的市場機遇。

據(jù)統(tǒng)計，普通人有80%時間是在室內(nèi)度過，而在眾多的數(shù)據(jù)中，位置數(shù)據(jù)是一個重要的維度，未來50%以上的信息都與位置數(shù)據(jù)相關。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)的各項性能指標也得到了長足的進步，基于定位技術(shù)的相應市場也正在逐漸開啟。

室內(nèi)定位應用廣泛，大概有四類市場：

●政府類應用：公、檢、法、司、機關等

●工業(yè)類應用：貨品倉庫、智能工廠、地鐵、隧道、礦井等；

●商業(yè)類應用：商場、博物館、體育館、展覽館、圖書館、地下車庫等；

●消費類應用：防丟器、跟隨器等；

據(jù)Market&Markets的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，未來幾年，室內(nèi)定位的全球市場將以42.0％的年復合成長率增長，市場規(guī)模預計從2017年的71億1000萬美元擴大到2022年的409億9000萬美元。特別是以蘋果為代表的手機企業(yè)將高精度定位系統(tǒng)引入手機生態(tài)系統(tǒng)后，原本TO B 的商業(yè)模式將快速過度到TO C的市場，這必將引起新一輪市場的快速增長。

預計2018 ~ 2022年期間，室內(nèi)定位技術(shù)將廣泛滲透進入智能制造、智能建設、養(yǎng)老醫(yī)療、公共安全、物流運輸?shù)刃袠I(yè)應用，逐漸成為追蹤和定位服務的主流技術(shù)。

定位技術(shù)方面，GPS技術(shù)應用最成熟也最廣泛，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、藍牙和UWB超寬帶技術(shù)，各種技術(shù)有各自的特點，如下表所示：

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有眾多技術(shù)可以實現(xiàn)室內(nèi)定位，其中包括RFID、紅外線、藍牙Beacon、Zigbee，Wi-Fi、UWB及AOA-BLE，每種技術(shù)都有其長處和不足，其中高精度定位領域主要是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)進行詳細說明。

UWB定位系統(tǒng)在室內(nèi)定位市場中占據(jù)30% ~ 40%的市場份額。制造產(chǎn)業(yè)中的資源利用和工作流優(yōu)化，使企業(yè)對基于UWB技術(shù)的實時定位系統(tǒng)的應用需求日益增長，促進了UWB技術(shù)在定位精度方面的進步，提升了市場競爭力。

UWB是一種寬帶短距離的無線脈沖通信技術(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（多徑：是指RF信號通過不同路徑到達同一接收端）、保密性高等特點而被廣受關注。

UWB 定位基本原理：

UWB技術(shù)最大問題：

1.成本高

此前，UWB定位技術(shù)主要在企業(yè)級應用市場推廣，雖然性能優(yōu)越，不過比較小眾。此次蘋果在其新品手機中植入UWB芯片，將會正式開啟UWB在消費級的應用市場，對整個UWB定位產(chǎn)業(yè)的擴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用太貴，而手機植入后，也將會對成本下降有很明顯的促進作用，讓外界對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_500MHz，其功耗為普通藍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FCC關于UWB設備發(fā)射功率的要求：在3.1GHz～10.6GHz頻段上FCC對發(fā)射場強的功率限制為：測量帶寬1MHz時，距離3m處場強最大為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：-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)射機帶內(nèi)發(fā)射功率不得超過-14.3dBm。

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

AOA-BLE定位基本原理：AOA(Angle of Arrival )定位系統(tǒng)由標簽端（或被定位目標）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簽發(fā)射無線信號到定位器，定位器中天線陣列在不同時間點收到同一信號源發(fā)出的無線信號，通過分析到達時間差，借助定位器中所嵌入的定位算法（例如MUSIC算法），通過運算可以計算出標簽對定位器的方位角與俯仰角，再配合信號強度估計，可以精確對目標進行兩維平面定位（兩個以上定位器可對同一目標進行空間定位）。如下圖所示：

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

●通過精確估計出標簽發(fā)送信號到達定位基站的角度，測量出標簽在2D平面里X，Y的坐標定位，實現(xiàn)對標簽的精確定位；

●高精度定位覆蓋范圍圓錐角度約100°；

●超過100°的范圍定位精度較差；

在2019年藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group)推出的低功耗藍牙核心規(guī)范BLE 5.1中，基于AOA/AOD測向功能(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牙技術(shù)BLE5.1的裝置（包括手機、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），或者偵測藍牙定位器所發(fā)出的導航信號（AOD，室內(nèi)導航），從而提供厘米等級的定位/導航精準度。

作為一項定位技術(shù)，藍牙已成手機中的標配是其最大的優(yōu)勢，借助手機已有的生態(tài)環(huán)境將該技術(shù)進行大規(guī)模推廣已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。本次藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group)協(xié)議標準的更新，通過藍牙AOA/AOD定位可將定位精度提升到亞米級。此外，再結(jié)合藍牙本身的優(yōu)勢，使得整個室內(nèi)定位行業(yè)對藍牙定位技術(shù)及相關市場都充滿了期待。

基于AOA-BLE 定位系統(tǒng)組成：

●基站系統(tǒng)

√RF開關精確實現(xiàn)微秒級控制天線陣列接收信號

√RF硬件及ADC完成信號IQ采樣

√支持標準的BLE通信協(xié)議

√優(yōu)化的軟硬件方式實現(xiàn)AOA及RSSI定位雙引擎

√標準化定位API接口

●標簽系統(tǒng)

√支持電子卡、手環(huán)、手機APP等多種標簽形式

√標簽可實現(xiàn)超低功耗；

●定位服務器

√標準化的定位信息接口

√支持多種數(shù)據(jù)服務

●行業(yè)應用終端

√實時標簽的運動軌跡

√支持電子圍欄

√實時室內(nèi)導航

基于AOA-BLE 室內(nèi)定位技術(shù)優(yōu)勢：

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--適合于包括手機在內(nèi)的各種智能終端及物聯(lián)網(wǎng)設備；且功耗也比較低；

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

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

5）核心芯片可控--國內(nèi)藍牙芯片供應商眾多，完全自主可控；

（1）基于低功耗藍牙BLE的定位技術(shù)會被越來越廣泛應用。藍牙室內(nèi)定位已發(fā)展一段時間，隨著BLE5.1規(guī)范推出，BLE定位受到相當大的關注。目前基于該技術(shù)的信息推送應用在零售業(yè)已經(jīng)獲得相當大的響應，預期未來BLE室內(nèi)定位技術(shù)會更多結(jié)合信息推送、移動支付等應用，或被實踐在日常生活上提供個性化服務。

（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)境和應用場景的需求，并彌補單一技術(shù)的局限。

（3）室內(nèi)陸圖和室內(nèi)定位數(shù)據(jù)庫會迅速發(fā)展，相關技術(shù)趨于成熟，以保證快速擴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處理定位、運動檢測、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，降低定位功能對移動設備帶來的額外功耗以實現(xiàn)隨時隨地的精準定位。

室內(nèi)定位領域已經(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。

A、UWB芯片：

●國外：Decawave、NXP等

●國內(nèi)：精位科技

B、BLE5.1 芯片（帶AOA功能）：

●國外：TI、SiliconLab、Dialog、Nordic、Cypress etc；

●國內(nèi)：磐啟微、泰凌微etc；

A、UWB：

●國外：SKYLAB、Zebra、Ubisense等

●國內(nèi)：清研訊科、紅點定位、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，并結(jié)合自己的定位算法研發(fā)出AOA定位系統(tǒng)

●國外：Quuppa、SiliconLab、TI

●國內(nèi)：磐啟微、芯核互聯(lián)、上海極維、尋息電子等

負責為終端客戶提供應用解決方案。集成商根據(jù)每個行業(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備或者自動化配套設備集成，研發(fā)出更適合這些行業(yè)的定位系統(tǒng)與設備。

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)絡的底層基礎，具有很大的市場潛力。

室內(nèi)定位技術(shù)眾多，各種技術(shù)都有自己的特點，彼此間又在一定程度上存在互相競爭。高精度室內(nèi)定位技術(shù)均需要比較昂貴的額外輔助設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上降低成本也是室內(nèi)定位的一個方向?；赨WB 或AOA-BLE技術(shù)的兩種高精度室內(nèi)定位系統(tǒng)是未來主流發(fā)展方向，在物聯(lián)網(wǎng)時代具有廣闊的生態(tài)空間及發(fā)展?jié)摿?。未來的趨勢一定是多種技術(shù)融合使用，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，以面對復雜環(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：

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