超宽带与蓝牙: 哪个提供更好的室内定位精度

我们已经真正进入室内定位时代 – 是否通过资产跟踪系统, 基于位置的服务或高级导航工具, 室内定位正在彻底改变我们与封闭空间互动的方式. 对室内精准定位的需求只会越来越强烈 – 市场和市场预测室内定位市场将达到 $31.4 十亿 2029! 但实施的成功取决于选择正确的技术 – 任何室内定位系统的可靠性都取决于其底层跟踪方法. 在这篇文章中, 我们比较该领域的两个领先竞争者 – 超宽带 (超宽带) 和蓝牙低功耗 (博美) – 帮助您确定哪种技术最适合您的室内定位需求.

当今可用的室内定位技术

外出时, 我们经常依靠 GPS 来找到路. 它从绕地球运行的卫星接收信号并实现大约 5 – 20 米级精度. 然而, GPS 有其局限性 – 一旦我们走进建筑物或进入地下, 那些卫星信号会失真. 结果是, GPS 在室内变得不太准确.

这就是蓝牙和 Wi-Fi 定位系统发挥作用的地方. 这些基于接收信号强度的技术可以帮助我们定位几米内的物体和人, 使它们适合基本的室内导航. 但技术正在向前发展 – UWB 和蓝牙等新技术 5.1 旨在提供更高的亚米级精度，低至几厘米. 这解锁了高精度的室内应用，以便与环境中的各种参与者进行交互，例如免提访问控制, 资产追踪, 以及更多.

什么是 UWB 以及它如何提供位置

UWB 是一种通过低功率射频运行的短距离无线技术. 它至少在 500 MHz带宽, 从 3.1 至 10.6 GHz的. 您可能想知道这个范围是否会干扰其他技术. 其实, 不. 原因如下: UWB 通过纳秒脉冲传输数据，无需载波, 使用极低的功率水平 – 只是 -41.3 分贝/兆赫. 最近几年, IEEE 802.15.4z 修订版改进了用于测距和定位目的的 MAC 和 PHY 层.

UWB主要提供四种定位物体和人的方法:

• 至A (到达时间)
• 时差 (到达时差)
• 行波雷达 (双向测距)
• 协议 (到达角)

值得注意的是，大多数选择 UWB 进行资产跟踪的公司更喜欢 TDoA，因为它的功耗较低, 延长标签电池寿命.

UWB TDoA、ToA、TWR、AoA

TDoA 技术与 ToA 非常相似, 因为两者都依赖于测量信号传播时间. 然而, TDoA 有一个巧妙的优势: 它只需要接收器时间同步, 不是绝对的时间. 在 TDoA 中, 为主播标记广播信号, 将数据转发到中央服务器. 服务器上的定位引擎然后计算到达时间差以确定标签的位置, 达到准确度 10 至 30 厘米. 执行此计算, 服务器需要来自至少四个锚点的时间戳.

TWR 的工作原理不同, 依赖于单独的标签锚点测距, 但比较复杂 – 单个位置计算需要九个来回消息. 至于迎角? 好, 它价格更高且不太准确, 它并不是 UWB 定位中流行的首选.

蓝牙如何实现定位

蓝牙是一种以数据包形式传输数据的跳频无线电技术, 其运作于 2.4 GHz频段. 主要有两大类: 经典蓝牙 (版本 1.0-3.0) 和蓝牙低功耗 (博美, 版 4.0 然后). 关键区别? 能量消耗! BLE 专为低功耗应用而设计.

蓝牙 RSSI 与蓝牙 AoA/AoD

在蓝牙出现之前 5.1, BLE 广泛用于使用 RSSI 的室内定位 (接收信号强度指示器) 测量路径损耗并估计发射器和接收器之间的距离. 然而, 传统的 BLE 资产跟踪更多的是接近程度而不是精确位置 – 如果您想要更高的准确性, 你必须在该地区部署更多的信标.

在 2019, 蓝牙 SIG 更新了 5.1 具有增强测向能力的核心规格. 该规范支持使用到达角进行资产跟踪 (协议) 或出发角 (范围) 通过利用天线阵列来确定信号方向, 实现定位精度 1 仪表. 迎角需要接收器处有多个天线, 而 AoD 需要在发射机上实施.

目前, 由于 RSSI 的简单性和广泛的硬件支持，大多数商业实施仍然依赖于 RSSI. 然而, 蓝牙 AoA 将 BLE 的成本效益与 UWB 级精度相结合，在定位市场引起了不小的轰动. MOKO SMART已经推出支持这种高精度蓝牙AoA定位的标签和网关.

在撰写本文时, 蓝牙 6.0 已被释放, 重点关注蓝牙通道探测. 它使用基于相位的测距 (策略性BR) 和往返时间 (实时传输时间) 用于设备之间的安全和精细测距. 更多距离感知应用等待我们探索!

UWB与蓝牙定位对比

我们正在目睹室内定位技术领域的一些激动人心的战斗. UWB 和蓝牙都在掀起波澜, 但他们每个人都带来了一些独特的东西. 让我们放大 UWB 和蓝牙 AoA，将它们相互比较.

精度和覆盖范围

UWB定位精度优势明显, 达到厘米级精度 (通常 10-30 厘米) 由于其超宽带特性, 这是其他窄带系统难以匹配的. 此外, UWB信号可以穿过障碍物, 例如墙壁/地板, 和机器, 因此非常适合复杂的工业环境.

理论上, UWB 最多可覆盖 200 米. 在大, 开放空间, 您将需要更少的设备来覆盖同一区域. 相反, 蓝牙AOA覆盖范围较小，受安装高度影响较大.

希望看到这些解决方案的实际应用? 我们在MOKO工厂部署了蓝牙AOA和UWB定位系统 – 联系我们 演示视频!

抗干扰能力

相同数据传输速率下, UWB抗干扰能力优于蓝牙. 的 2.4 蓝牙使用的 GHz 频段变得相当拥挤, 受到各种设备和网络的干扰. 超宽带, 然而, 利用其更高的频段和独特的信号特性，即使在复杂的无线环境中也能保持坚如磐石的性能.

能量消耗

最低平均功耗比较, BLE 通常会获胜, 功耗低于 UWB. 但这是有趣的部分 – 在实际应用中, 由于标签的操作模式，差异可能不会那么显着! BLE AOA或UWB云计算模式, 标签大部分时间都处于睡眠模式, 仅在网络处理定位计算时醒来传输信号. 他们的生命可以持续到 1-2 年份. 如果使用设备端计算模式, 标签必须保持更长时间的唤醒状态, 它们的寿命可能会急剧缩短至仅几周或几天.

部署挑战

几乎, 通常更容易实现 UWB TDoA. 其基于时间的算法相对简单, 而蓝牙AOA系统需要多个校准点 – 时间, 角度, 和锚点位置都需要恰到好处.

此外, UWB 在各种环境下保持高精度, 包括复杂的建筑结构. 但对于蓝牙AOA? 对环境变化比较敏感. 有时需要额外的校准, 或者可能需要额外的基站才能在某些具有挑战性的空间中保持最佳性能.

成本和可扩展性

现在我们来谈谈成本, 蓝牙 AOA 和 UWB TDOA 基站的价格范围相似, 但标签成本存在显着差异. 蓝牙 AOA 标签比 UWB 标签更经济 – 在大规模部署中，这种差异确实会增加. 如果您计划跟踪大量资产，蓝牙 AOA 的经济高效标签可以为您节省大量资金.

UWB、BLE RSSI 与 BLE AoA 比较表

超宽带或低功耗蓝牙: 室内定位的选择

选择正确的室内定位解决方案并不是一刀切的决定. 我们需要考虑各种因素: 环境, 系统架构, 现有基础设施, 预算, 依赖于维持健康水平的运动运动员会发现可穿戴设备可用于监测他们在场外时的水平，因为全年每天都在进行锻炼，即使在“淡季”也是如此, 定位精度. 如果您需要高精度, UWB 和 BLE AoA 是最佳选择. 如果精度不是您的首要任务, 蓝牙 RSSI 定位可能是您的最佳选择 - 它实用且经济高效.

用于高精度定位, 蓝牙 AOA 和 UWB 之间的选择实际上取决于您的具体用例. 如果您要极其精确地跟踪数量有限的高价值资产? UWB TDoA 可能是您最好的选择. 如果您想跟踪大量资产 “不错” 准确性? 蓝牙 AOA 较低的标签成本和良好的精度可能是出路. 不要忘记系统兼容性 – 蓝牙定位在各种设备上得到更广泛的支持. 然而, UWB 集成通常需要更专业的硬件和软件.

在MOKO SMART, 我们致力于为您提供满足您需求的物联网设备. 我们的产品范围包括各种 蓝牙信标, 传感器, BLE AoA 标签, 与我们的 UWB 标签一起. 我们不只是向您提供技术 - 我们将帮助您准确地找出哪些设备适合您的具体情况.