Für die Indoor-Ortung gibt es vier Lösungen: UWB, Wi-Fi , BLE Beacon / BLE AoA . Für den Genauigkeitsbereich beträgt UWB 0,1 m ~ 1 m; Wi-Fi- und BLE-Beacon beträgt 5 m ~ 20 m mit einer größeren Fehlerreichweite. Als erstes kommerzielles BLE-AoA-Positionierungsdienstleistungsunternehmen kann Quuppa den Genauigkeitsbereich innerhalb von 0,1 m bis 1 m steuern (mit den Chips TI CC254x und Nordic nRF5281x).

2. Analyse der Indoor-Positionierungstheorie

Unabhängig von der Positionierungsmethode muss das Indoor-Positionierungssystem die Architekturmodellierung der tatsächlichen Szene zeichnen, den Empfängerrouter im Innenbereich einsetzen und den entsprechenden Standort auf der Modellierungskarte markieren. Das Mobiltelefon oder das Beacon-Modul sendet drahtlose Signale . Der an einer festen Position eingesetzte Empfängerrouter kann den Standortbereich des Beacons bestätigen, nachdem er die drahtlosen Signale empfangen hat.

Der Ankunftswinkel des Bakensignals kann von mehreren Antennen gemessen werden, nachdem die Reichweite des Standortbereichs bestätigt wurde. In Kombination mit der Triangulationspositionierung kann die genaue Position von Beacon-Geräten berechnet werden.

Triangulation

Bei der Triangulation wird die Position des Beacon-Geräts anhand von zwei AoA-Datensätzen gemessen. Wie in der Abbildung unten gezeigt, können zwei Antennensätze einen AoA-Datenwert messen, und zwei AoA-Daten können die Position von Gerät A messen. Sowohl d als auch D sind bekannte Parameter, wie wir θ1 und θ2 erhalten können.

3. AoA- Messtheorie

• Frequenz : Bluetooth arbeitet im ISM-Band (Industrial Scientific and Medical) von 2,40 GHz bis 2,41 GHz mit einer Bandbreite von 2 MHz. Bluetooth ist in die drei Übertragungskanäle 37, 38 und 39 unterteilt. In der Bluetooth v5.x-Kernspezifikation kann die erweiterte Übertragung von Bluetooth LE in jedem Kanal von 0 bis 39 übertragen werden, d. h. im Bluetooth v5.1-Beacon kann auf jedem Bluetooth-Kanal funktionieren. (Die Frequenz von Bluetooth ist im Betrieb inkonsistent, was sich auf die Bluetooth-Wellenlänge λ auswirkt.)

• AoA-Berechnung : Angenommen, dass in einem offenen Bereich ein Bluetooth-Beacon-Signal mit fester Frequenz ausgestrahlt wird (Hindernisse und andere 2,4-GHz-Signalstörungen in der Luft werden ignoriert). Befinden sich die beiden Empfänger im gleichen Radius und am gleichen TX-Ende, sollte zu einem bestimmten Zeitpunkt t die vom RX-Empfänger empfangene Phasendifferenz 0 sein. Befindet sich der Empfänger jedoch an einer Position mit inkonsistentem Radius, zu einem bestimmten Zeitpunkt Zum Zeitpunkt t gibt es einen Unterschied in der Phase des RX-Empfängers.

Wenn die obigen Diagramme nicht leicht zu verstehen sind, wechseln wir zu den folgenden Diagrammen, um den Schaltplan zu zeigen. Bei der Signalübertragung ist aufgrund unterschiedlicher Antennenpositionen die Phase des zu einem bestimmten Zeitpunkt t abgetasteten Signals unterschiedlich.

Tipps : Im Prinzip kann die Phasendifferenz mit zwei Antennen berechnet werden, und ein Mehrantennen-Array kann zur Verbesserung der Entstörungsleistung beitragen.

• AoA-Messfehler

Am Beispiel einer zweidimensionalen Ebene gibt es zwei Winkel α. Und in realen dreidimensionalen Koordinaten wird es eine Flugbahn eines Kreises mit einem Radius von α geben. Der AoA-Empfänger weiß nur, dass sich das Bakensignal auf der Flugbahn des Kreises befindet, kann jedoch nicht beurteilen, wo es sich auf dem Kreis befindet. Zu diesem Zeitpunkt ist ein orthogonales Antennenarray erforderlich, um die Positionskoordinaten des Beacon-Punkts zu bestätigen.

Antennenarrays können auf verschiedene Arten angeordnet werden. Eine Mission ist die Positionierung, die andere Mission besteht darin, die Anzahl der Empfängereinsätze zu minimieren. Die üblichen Einsatzmöglichkeiten von Antennenarrays sind unten aufgeführt.

Beispiel eines Antennenarrays

• Quuppa-Empfängerantennenarray

4. Bluetooth 5.1 AoA- Softwarebereitstellung

Die SIG hat in der Bluetooth 5.1-Kernspezifikation entsprechende Vorgaben für das AoA-Protokoll im Logical Link Layer gemacht.

AoA/AoD kann unter 1M oder 2M regulärem PHY arbeiten (Codierungs-PHY wird nicht unterstützt) und kann den Broadcast-Modus und den Verbindungsmodus unterstützen. An das Datenübertragungsformat gelten folgende Anforderungen: Im PDU-Datenpaket ist die AoA/AoD-Spezifikation standardisiert. CTE sind die erweiterten Daten des AoA/AoD-Datenpakets und die Dauer beträgt 16 μs – 160 μs. Die 250-kHz-Signalmodulation erfolgt auf der Trägerwelle ohne Aufhellung und CRC-Validierung. Das Signal wird vom Empfänger RX verwendet, um den Signal-I/Q-Wert zum Zeitpunkt t abzutasten und die Phasendifferenz zu berechnen.

5. Herausforderungen beim AoA-Design

5.1 Signalreflexionsstörungen

5.2 Schaltzeitkompensation

5.3 Winkelwertfehler

Es muss ein Fehler bei der Messung vorliegen, und der Fehlerbereich liegt normalerweise zwischen 3 % und 5 %. Es braucht einen Algorithmus, um den Fehler zu reduzieren.

6. Verwandte Bluetooth-AoA-Produkte

• BLE5.0 CC2640R2F-Q1 Modul für Automotive RF-BM-4077B2
• Bluetooth 5.0 Low Energy-Module mit TI CC2640 Chip RF-BM-4077B1
• Bluetooth 5.0 Low Energy-Modul CC2640R2FRSM RF-BM-4044B5

7. AoA-Chiplieferant

Texas Instruments AoA

Silicon Labs AoA

Dialog AoA

Nordische AoA