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蓝牙也可以测距定位,精度1m且不用阵列天线!
发布时间:2024-01-11

蓝牙是目前使用最广泛的有源IoT连接技术,它在定位产业也扮演着重要的角色。

而蓝牙的定位模式有几种,RSSIAoA想必大家都很熟悉,我们在此前的系列文章中对它们也都有详细的介绍。

但今天,我们要讨论的主角是蓝牙的第三种定位模式:CS (Channel Sounding-信道探测)。

据了解,蓝牙技术联盟(SIG )在2022年11月公开技术规范草案CS,预计在2024-2025年正式发布,可能在蓝牙5.5或蓝牙6.0版本中进行更新。


信道探测(Channel Sounding)介绍

CS的特点是信道探测同时通过相位测量及RTT(往返时间)测量来进行距离估算并相互修正,精度更高且具备安全防护机制。

低功耗蓝牙信道探测在2.4GHz频段上定义了79个射频物理信道,实际使用72个。如下表:

从上表中可以看出CS物理信道的定义与经典蓝牙79个物理信道相同,未实际使用的5个信道均是或靠近低功耗蓝牙主广播物理信道(2402/2426/2480MHz),为了避免干扰而未被使用。

BLE CS提供一种相位测距 (PBR:phase‑based ranging)方案,主要用于两个 BLE 设备之间的高精度距离测量 (HADM: high accuracy distance measurements)。

在频率f上,PBR测量信号通过距离D传播时的相移来计算距离的。当使用两个或多个不同频率的信号时,可以测量信号之间的相位差来精确估计距离。

当使用信道探测估计距离时, 一个设备启动程序(initiator), 第二个设备在不修改相位的情况下重复信号传输(reflector)。

对于频率为fi 的每次传输, initiator测量发射信号和接收信号之间的相位变化。

未编码的窄带恒定包信号可以使用单个天线发送或接收,以便支持标准低功耗蓝牙芯片。


相比于RSSI与AoA,CS的优势是什么?

基于目前获取到的信息,我们将CS与RSSI以及AoA/AoD的特点进行了对比。


总结来说,CS相比于RSSI与AoA,它的优势是:

相较于RSSI来说,CS的定位精度有明显的提升,根据我们从方案商了解到信息来看,CS在理想状态下的定位精度可以做到1m以内,一般宣传口径是1m左右,这比RSSI的精度高了很多,此外,CS比RSSI的稳定性提升了非常多,因为RSSI定位是基于信号强度,信号强度容易漂,稳定性就会很差。

相较于AoA/AoD而言,最大的优势是不需要增加阵列天线,CS是一种相位雷达模式,单天线就可以实现,而AoA的精度虽然较高,但是推广最大的问题就是需要加阵列天线,这对于很多C端产品来说,是不太现实的。


CS会成为未来蓝牙定位的主流吗?

基于以上对于CS定位特点的分析,我们非常看好CS未来会成为蓝牙定位市场最主流的方案,理由如下:

第一:性能提升明显,性能的提升体现在2个方面,第一是定位精度,第二是定位的稳定性,当然,这个提升主要是相比于RSSI而言。

第二:对目前的蓝牙产品不用造成任何额外的负担,只需要芯片支持CS的标准即可,不像AoA有阵列天线的限制,可以完全复用蓝牙现有的庞大生态资源。

第三:目前头部企业都在积极布局,包括主要的蓝牙芯片厂商以及方案商都在积极布局该技术,且从我们调研到的信息来看,大家对该技术都抱有的极高的期待。

蓝牙CS出来之后,会威胁到UWB的地位吗?笔者觉得并不会,因为CS的定位精度依然与UWB有较大的差距,且UWB生态也会在未来几年保持高速发展。

在未来的竞争格局中,UWB+BLE双模产品会越来越成为主流。


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