我們已經真正進入了室內定位時代——無論是透過資產追蹤系統、基於位置的服務還是先進的導航工具，室內定位正在徹底改變我們與封閉空間的互動方式。對精準室內定位的需求只會越來越強烈——Markets and Markets 預測，室內定位市場將達到 由31.4支付$ 2029十億！但實施成功的關鍵在於選擇正確的技術——任何室內定位系統的可靠性都取決於其底層的追蹤方法。本文將比較該領域的兩大領先技術—超寬頻 (UWB) 和低功耗藍牙 (BLE)，以幫助您確定哪種技術最適合您的室內定位需求。
外出時，我們經常依賴 GPS 導航。 GPS 接收來自繞地球運行的衛星訊號，精度約為 5 到 20 公尺。然而，GPS 也有其限制——一旦我們進入建築物或地下，衛星訊號就會失真。因此，GPS 在室內的精度會大幅降低。
藍牙和 Wi-Fi 定位系統正是為此而生。這些基於接收訊號強度的技術可以幫助我們定位幾公尺範圍內的物體和人員，非常適合基本的室內導航。但技術正在不斷發展——UWB 和藍牙 5.1 等新技術旨在將精度提升至亞米級，精確到幾公分。這為高精度室內應用開啟了大門，使其能夠與環境中的各種參與者進行交互，例如免提門禁、資產追蹤等等。
UWB 是一種透過低功率射頻工作的短距離無線技術。它的工作頻寬至少為 500 MHz，範圍從 3.1 GHz 到 10.6 GHz。您可能想知道這個範圍是否會幹擾其他技術。其實不會。原因如下：UWB 透過奈秒脈衝傳輸數據，無需載波，功率等級極低－僅 -41.3 dBm/MHz。近年來，IEEE 802.15.4z 修訂版改進了 MAC 層和 PHY 層，以用於測距和定位。
UWB主要提供四種方法來定位物體和人：
值得注意的是，大多數選擇 UWB 進行資產追蹤的公司更喜歡 TDoA，因為它的功耗低，可以延長標籤電池壽命。
TDoA 技術與 ToA 非常相似，兩者都依賴測量訊號傳播時間。然而，TDoA 有一個巧妙的優勢：它只需要接收器時間同步，而無需絕對時間。在 TDoA 中，標籤向錨點廣播訊號，錨點將資料中繼到中央伺服器。然後，伺服器上的定位引擎計算到達時間差來確定標籤的位置，精度可達 10 到 30 公分。為了執行此計算，伺服器需要至少四個錨點的時間戳記。
TWR 的工作原理有所不同，它依賴單一標籤錨點測距，但更複雜——單次位置計算需要來回發送九條訊息。至於 AoA 呢？它價格更高，精度更低，而且在 UWB 定位中並非主流選擇。
藍牙是一種以資料包形式傳輸資料的跳頻無線電技術，工作在 2.4 GHz 頻段。藍牙主要分為兩大類：經典藍牙（1.0-3.0 版）和低功耗藍牙（BLE，4.0 版及更高版本）。關鍵區別在於功耗！ BLE 專為低功耗應用而設計。
在藍牙 5.1 之前，BLE 廣泛用於室內定位，它使用 RSSI（接收訊號強度指示器）來測量路徑損耗並估算發射器和接收器之間的距離。然而，傳統的 BLE 資產追蹤更注重接近度而非精確定位——如果想要更高的精度，就必須在該區域部署更多信標。
2019年，藍牙技術聯盟 (SIG) 更新了 5.1 核心規範，增強了測向功能。此規範利用天線陣列確定訊號方向，實現使用到達角 (AoA) 或出發角 (AoD) 的資產追踪，定位精度可達 1 公尺以內。 AoA 需要接收器端配備多根天線，而 AoD 則需要在發射器端實現。
目前，大多數商業應用仍然依賴RSSI，因為它簡單易用且硬體支援廣泛。然而，藍牙AoA定位技術將低功耗藍牙（BLE）的成本效益與超寬頻（UWB）級精度相結合，在定位市場引起了不小的轟動。 MOKO SMART已經推出了支援這種高精度藍牙AoA定位的標籤和網關。
截至撰寫本文時，藍牙 6.0 已發布，其重點是藍牙通道偵測。它使用基於相位的測距 (PBR) 和往返時間 (RTT) 來實現設備間安全且精細的測距。更多距離感知應用正在等待我們探索！
我們正見證室內定位技術領域中一些令人興奮的競爭。 UWB 和藍牙都正在掀起波瀾，但它們各自都有其獨特之處。讓我們仔細比較一下 UWB 和藍牙的 AoA 功能。
精度和覆蓋範圍
UWB 在定位精度方面具有明顯優勢，憑藉其超寬頻特性，定位精度可達厘米級（通常為 10-30 公分），這是其他窄帶系統難以比擬的。此外，UWB 訊號能夠穿透牆壁/地板、機器等障礙物，因此非常適合複雜的工業環境。
理論上，UWB 的覆蓋範圍可達 200 公尺。在大型開放空間中，覆蓋相同區域所需的設備數量較少。相較之下，藍牙 AOA 的覆蓋範圍較小，且受安裝高度影響較大。
想看看這些解決方案的實際效果嗎？我們已經在 MOKO 工廠部署了藍牙 AOA 和 UWB 定位系統——請聯絡我們以獲取更多資訊。 演示視頻!
抗干擾
在相同的資料傳輸速率下，UWB 在抗干擾方面優於藍牙。藍牙使用的 2.4 GHz 頻段日益擁擠，各種裝置和網路的干擾日益增多。而 UWB 憑藉其更高的頻段和獨特的訊號特性，即使在複雜的無線環境中也能保持穩定的性能。
電源消耗功率
在最低平均功耗比較中，BLE 通常勝出，功耗低於 UWB。但有趣的是——在實際應用中，由於標籤的工作模式不同，差異可能並沒有那麼明顯！在 BLE AOA 或 UWB 雲端運算模式下，標籤大部分時間處於睡眠模式，只有在網路進行定位運算時才會喚醒發送訊號。它們的壽命可達 1-2 年。如果使用裝置端運算模式，標籤必須保持更長時間的喚醒狀態，其壽命可能會大幅縮短至僅幾週或幾天。
部署挑戰
實際上，UWB TDoA 通常更容易實現。其基於時間的演算法相對簡單，而藍牙 AOA 系統需要多個校準點——時間、角度和錨點位置都需要恰到好處。
此外，UWB 可在各種環境下保持高精度，包括複雜的建築結構。但對於藍牙 AOA 來說呢？它對環境變化更敏感。有時需要額外校準，或者可能需要額外的基地台才能在某些具有挑戰性的空間中保持最佳效能。
成本和可擴展性
現在我們來談談成本。藍牙 AOA 和 UWB TDOA 基地台的價格相近，但標籤成本差異顯著。藍牙 AOA 標籤比 UWB 標籤更經濟實惠——這一優勢在大規模部署中尤其明顯。如果您打算追蹤大量資產，藍牙 AOA 的經濟實惠的標籤可以為您節省大量成本。
| 藍牙RSSI | 藍牙接入點 | UWB | |
| 標準/協議 | 藍牙4.0+ | 藍牙5.1+ | IEEE 802.15.4z |
| 典型精度 | 2-5m | 0.5-1m | 1-0.3米 |
| 標籤功耗 | 低 | 低 | 媒材 |
| 系統連結 | 具備非視距能力 | 需要 3 個以上錨點的視線 | 需要 4 個錨點的視線 |
| 幹擾保護 | 差 | 中（優於 RSSI） | 優 |
| 易於安裝 | 簡單的信標放置 | 複雜的天線陣列設定與校準 | 帶校準的標準錨固裝置 |
| 可擴展性 | 高（支援多種設備） | 媒材 | 難 |
| 標籤成本 | 低 | 低 | 高 |
| 基礎設施成本 | 低（$） | 中（$$） | 高（$$$） |
選擇合適的室內定位解決方案並非一刀切。我們需要考慮多種因素：環境、系統架構、現有基礎設施、預算，當然還有定位精度。如果您需要高精度，UWB 和 BLE AoA 是最佳選擇。如果您對精準度要求不高，藍牙 RSSI 定位可能是您的最佳選擇—它實用且經濟高效。
對於高精度定位，藍牙 AOA 和 UWB 之間的選擇實際上取決於您的特定用例。如果您需要以極高的精度追蹤有限數量的高價值資產，UWB TDoA 可能是您的最佳選擇。如果您希望以「相當不錯」的精度追蹤大量資產，那麼藍牙 AOA 較低的標籤成本和不錯的精度或許是您的最佳選擇。不要忘記系統相容性——藍牙定位在各種裝置上都得到了更廣泛的支援。然而，UWB 整合通常需要更專業的硬體和軟體。
在 MOKO SMART，我們致力於為您提供滿足您需求的物聯網設備。我們的產品系列包括各種 藍牙信標、感測器、BLE AoA 標籤以及我們的 UWB 標籤。我們不只是把技術直接丟給您，我們還會幫您找到最適合您具體情況的設備。