超寬頻與藍牙: 哪個提供更好的室內定位精度

我們已經真正進入室內定位時代 – 是否透過資產追蹤系統, 基於位置的服務或進階導航工具, 室內定位正在徹底改變我們與封閉空間互動的方式. 室內精準定位的需求只會越來越強烈 – 市場和市場預測室內定位市場將達到 $31.4 億 2029! 但實施的成功取決於選擇正確的技術 – 任何室內定位系統的可靠性都取決於其底層追蹤方法. 在本文中, 我們比較該領域的兩個領先競爭者 – 超寬帶 (超寬帶) 和藍牙低功耗 (成為) – 幫助您確定哪種技術最適合您的室內定位需求.

現今可用的室內定位技術

外出時, 我們經常依靠 GPS 來找到路. 它從繞地球運行的衛星接收訊號並實現大約 5 – 20 米級精度. 然而, GPS 有其局限性 – 一旦我們走進建築物或進入地下, 那些衛星訊號會失真. 因此, GPS 在室內變得不太準確.

這就是藍牙和 Wi-Fi 定位系統發揮作用的地方. 這些基於接收訊號強度的技術可以幫助我們定位幾公尺內的物體和人, 使它們適合基本的室內導航. 但技術正在向前發展 – UWB 和藍牙等新技術 5.1 旨在提供更高的亞米級精度，低至幾厘米. 這解鎖了高精度的室內應用，以便與環境中的各種參與者進行交互，例如免持存取控制, 資產追踪, 以及更多.

什麼是 UWB 以及它如何提供位置

UWB 是一種透過低功率射頻運作的短距離無線技術. 它至少在 500 MHz頻寬, 從 3.1 至 10.6 吉赫茲. 您可能想知道這個範圍是否會幹擾其他技術. 實際上, 不. 原因如下: UWB 透過奈秒脈衝傳輸數據，無需載波, 使用極低的功率水平 – 只是 -41.3 分貝/兆赫. 最近幾年, IEEE 802.15.4z 修訂版改進了用於測距和定位目的的 MAC 和 PHY 層.

UWB主要提供四種定位物體和人的方法:

• 至A (到達時間)
• 時差 (到達時差)
• 行波雷達 (雙向測距)
• 迎角 (到達角)

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，因為它的功耗較低, 延長標籤電池壽命.

UWB TDoA、ToA、TWR、AoA

TDoA 技術與 ToA 非常相似, 因為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, 不是絕對的時間. 在 TDoA 中, 為主播標記廣播訊號, 將資料轉送到中央伺服器. 伺服器上的定位引擎然後計算到達時間差以確定標籤的位置, 達到準確度 10 至 30 厘米. 執行此計算, 伺服器需要來自至少四個錨點的時間戳.

TWR 的工作原理不同, 依賴單獨的標籤錨點測距, 但比較複雜 – 單一位置計算需要九個來回訊息. 至於迎角? 好, 它價格更高且不太準確, 而且它並不是 UWB 定位中流行的首選.

藍牙如何實現定位

藍牙是一種以資料包形式傳輸資料的跳頻無線電技術, 其運作於 2.4 GHz頻段. 主要有兩大類: 經典藍牙 (版本 1.0-3.0) 和藍牙低功耗 (成為, 版本 4.0 然後). 關鍵區別? 能量消耗! BLE 專為低功耗應用設計.

藍牙 RSSI 與藍牙 AoA/AoD

在藍牙出現之前 5.1, BLE 廣泛用於使用 RSSI 的室內定位 (接收訊號強度指示器) 測量路徑損耗並估計發射器和接收器之間的距離. 然而, 傳統的 BLE 資產追蹤更多的是接近程度而不是精確位置 – 如果您想要更高的準確性, 你必須在該地區部署更多的信標.

在 2019, 藍牙 SIG 更新了 5.1 具有增強測向能力的核心規格. 該規範支持使用到達角進行資產跟踪 (迎角) 或出發角 (AOD) 透過利用天線陣列來確定訊號方向, 實現定位精度 1 儀表. 迎角需要接收器處有多個天線, 而 AoD 則需要在發射機上實施.

現在, 由於 RSSI 的簡單性和廣泛的硬體支持，大多數商業實施仍然依賴 RSSI. 然而, 藍牙 AoA 將 BLE 的成本效益與 UWB 級精度相結合，在定位市場引起了不小的轟動. MOKO SMART已經推出支援這種高精度藍牙AoA定位的標籤和網關.

在撰寫本文時, 藍牙 6.0 已被釋放, 重點關注藍牙通道探測. 它使用基於相位的測距 (策略性BR) 和往返時間 (即時傳輸時間) 用於設備之間的安全和精細測距. 更多距離感知應用等待我們探索!

UWB與藍牙定位對比

我們正在目睹室內定位技術領域的一些激動人心的戰鬥. UWB 和藍牙都在掀起波瀾, 但他們每個人都帶來了一些獨特的東西. 讓我們放大 UWB 和藍牙 AoA，將它們相互比較.

精度和覆蓋範圍

UWB定位精度優勢明顯, 達到公分級精度 (通常 10-30 厘米) 由於其超寬頻特性, 這是其他窄頻系統難以搭配的. 此外, UWB訊號可以穿過障礙物, 例如牆壁/地板, 和機器, 因此非常適合複雜的工業環境.

理論上, UWB 最多可覆蓋 200 米. 在大, 開放空間, 您將需要更少的設備來覆蓋同一區域. 相比之下, 藍牙AOA覆蓋範圍較小，受安裝高度影響較大.

希望看到這些解決方案的實際應用? 我們在MOKO工廠部署了藍牙AOA和UWB定位系統 – 聯絡我們 示範影片!

抗干擾能力

相同資料傳輸速率下, UWB抗干擾能力優於藍牙. 這 2.4 藍牙使用的 GHz 頻段變得相當擁擠, 受到各種設備和網路的干擾. 超寬帶, 然而, 利用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堅如磐石的性能.

能量消耗

最低平均功耗比較, BLE 通常會獲勝, 功耗低於 UWB. 但這是有趣的部分 – 在實際應用中, 由於標籤的操作模式，差異可能不會那麼顯著! BLE AOA或UWB雲端運算模式, 標籤大部分時間都處於睡眠模式, 僅在網路處理定位計算時醒來傳輸訊號. 他們的生命可以持續到 1-2 年. 如果使用設備端計算模式, 標籤必須保持更長時間的喚醒狀態, 它們的壽命可能會急劇縮短至僅幾週或幾天.

部署挑戰

幾乎, 通常更容易實現 U​​WB TDoA. 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.

而且, UWB 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? 對環境變化比較敏感. 有時需要額外的校準, 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性能.

成本和可擴展性

現在我們來談談成本, 藍牙 AOA 和 UWB TDOA 基地台的價格範圍相似, 但標籤成本有顯著差異. 藍牙 AOA 標籤比 UWB 標籤更經濟 – 在大規模部署中，這種差異確實會增加. 如果您計劃追蹤大量資產，藍牙 AOA 的經濟高效標籤可以為您節省大量資金.

UWB、BLE RSSI 與 BLE AoA 比較表

超寬頻或低功耗藍牙: 室內定位的選擇

選擇正確的室內定位解決方案並不是一刀切的決定. 我們需要考慮各種因素: 環境, 系統架構, 現有基礎設施, 預算, 而且當然, 定位精度. 如果您需要高精度, UWB 和 BLE AoA 是最佳選擇. 如果精確度不是您的首要任務, 藍牙 RSSI 定位可能是您的最佳選擇 - 它實用且經濟高效.

用於高精度定位, 藍牙 AOA 和 UWB 之間的選擇實際上取決於您的特定用例. 如果您要極精確地追蹤數量有限的高價值資產? UWB TDoA 可能是您最好的選擇. 如果您想追蹤大量資產 “不錯” 準確性? 藍牙 AOA 較低的標籤成本和良好的精度可能是出路. 不要忘記系統相容性 – 藍牙定位在各種裝置上得到更廣泛的支持. 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. 我們的產品範圍包括各種 藍牙信標, 傳感器, BLE AoA 標籤, 與我們的 UWB 標籤一起. 我們不只是向您提供技術 - 我們將幫助您準確地找出哪些設備適合您的具體情況.