מבוא

טכנולוגיית Bluetooth כבר זמן רב אבן הפינה של תקשורת אלחוטית לטווח קצר, אשר כוח הכל מטלפונים אלחוטיים למכשירים ביתיים חכמים.עם הצגת Bluetooth 5.1 בתחילת 2019, קבוצת הריבית המיוחדת של Bluetooth (SIG) הציגה יכולת כיוון שמשנה באופן בסיסי כיצד מכשירים לקבוע מיקום. על ידי הוספת זווית של הגעה (AoA) וזווית של תכונות Departure Bluetooth (AD) יכול כעת לספק דיוק תת-מטר בהגדרות אלה, שבו הגדרות GPS מבוססות תצורה של תכונות GPS.

שיטות מיקום Bluetooth מסורתיות מסתמכות על קידוד כוח אותות (RSSI) כדי להעריך מרחק.בעוד פשוט, RSSI הוא בלתי אמין לשמצה בשל אות קידוד, התערבות רב-פתטית ושינויי איכות הסביבה.טכניקות הכיוון של Bluetooth 5.1 להתחבר למידע שלב מאנטנות מרובות כדי לחשב את זווית האות, המאפשרת טריאנגולציה מדויקת ללא צורך בתשתיות צפופות.

הבנת ה- Bluetooth 5.1 של AoA ו- AoD

AoA ו- AoD הן שתי שיטות משלימות המשתמשות במערך האנטנה ועיבוד אותות כדי להעריך את הכיוון של אות Bluetooth. בשני המקרים, העיקרון הבסיסי הוא המדידה של הבדלים שלב בין אנטנה.על ידי סידור אנטנות מרובות בגיאומטריה ידועה - באופן זמני מערך ליניארי או מעגלי - המערכת יכולה למקם את הזווית שבה גל רדיו מגיע או יוצא.

מה זה זווית ההגעה (AoA)?

ב AoA, המקלט מצויד עם אנאנטנות מרובות מסודרים במערך calibrated.כאשר משדר חד-נטנה שולח חבילה, האות מגיע לכל אנטנה מקלט בזמנים שונים במקצת, יצירת הבדלים בשלב מדידה. על ידי ניתוח ההבדלים הללו באמצעות תהליך שנקרא FLT:0phase interferometryFLT:1, המקלט יכול להעריך את המחסנית שלב הניתן למדידה של כמות מדויקת של סימן נמוך במיוחד של אנטמול (pend) בין גודל של 6GHz (accend) תלוי במידת דיוק (apend) לבין גודל דומה).

מה זה זווית של טיהור (AoD)?

AoD מצמיד את התצורה האנטנה: המשדר יש אנאנטנות מרובות, ואת המקלט יש רק אחד.ה משדר באופן משמעותי שולח חבילות מאלמנטים אנטנה שונים, ואת המקלט מודד את השינוי היחסי בסימן המתקבל.מכיוון דפוס מעבר האנטנה ידוע, המקלט יכול לחשב את הכיוון שממנו מקור האות, ביעילות לקבוע את המיקום שלו ביחס לשדר AD מועיל עבור מקלט יקר (המקלטים) במקום זה יכול להיות משדר על בסיס מיקום קבוע (מקלט) במקום זה).

כיצד אנטנה ארוריס להפוך את הנסיכות לסנסינג אפשרי

חישה קדמית מסתמכת על העיקרון הפיזי כי גל רדיו מגיע מעט פעמים שונות באנטנות חלקיקים מופרדות מרחבית.עבור גל מטוס שמגיע מזווית ⁇ יחסית למערך הרגיל, ההבדל הזמן בין שתי אנטנה חלל מרחק d בנפרד הוא d( ⁇ ) / C, שבו c הוא מהירות האור.

השוואה עם שיטות מיקום Bluetooth

לפני Bluetooth, דיוק המיקום היה מוגבל 1-10 מטרים באמצעות טביעות אצבע RSSI או triangulation המבוסס על כוח אות. RSSI הוא משתנה מאוד עקב השתקפות, ספיגה ואנטנות.זמן של שיטות טיסה (כמו אלה ב UWB) מציעים דיוק טוב יותר אבל דורש צ'יפס מיוחדים.עם זאת שיטות של Bluetooth יכול להשיג דיוק ל- 0.5-1 מ"מ בתנאים אופטימליים, יריב UWof לשימוש רב ככל האפשר עבור מקרים של Bluetooth-הקשר, אך בניגוד לשיטות מרובות של Bluetooth-aPTL.

יישום טכני של AoA ו- AoD

יישום AoA או AoD במערכת Bluetooth דורש שינויים הן את מעגלי RF והן עיבוד בסיס פס.המפרט Bluetooth 5.1 הוסיף יכולת PHY חדשה למציאת כיוון, כולל CTE ואנטנות החלפת דפוסים. להלן הוא התמוטטות של מרכיבים טכניים מרכזיים.

הרחבה קבועה (CTE)

כאשר חבילת Bluetooth מועברת עם כיוון מציאת מופעל, CTE של 16 עד 160 מיקרו-שניות הוא נספח לסוף החבילה. במהלך CTE, תדירות המוביל נשמר ללא מודולציה נתונים, ואת מתגי המעבר או המקלט בין רכיבי אנטנה על פי תבנית שנקבע מראש. המקלט ללכוד דגימות IQ בקצב גבוה (למשל, 4MS /) לאורך כל דגימות CTE אלה מייצגים את המספר המורכב של זווית של חומרת של אנטה, אשר ניתן להשיג כך את המספר של הזווית של הנקה.

Antenna Switching ו-Celbration

ב AoA, מערך האנטנה של המקלט מועבר באופן שווה כדי לטעום את האות מכל אלמנט.המעבר חייב להיות מהיר (עם 1-2 מיקרו שניות) כדי ללכוד שלב נושא עקבי על פני כל האלמנטים לפני CTE מסתיים. האנטנה קשורה בדרך כלל לשרשרת RF אחת באמצעות מתג ממטריקס.

שלב הכובד והאנגלה אסטימו

לאחר איסוף דגימות IQ עבור כל זוג אנטנה, המקלט קובע את ההבדל בשלב בין אנטנה קרובה.שלב הגלם עטוף Modulo 2 ⁇ , כך unwrapping חייב להיעשות כדי להשיג הערכה זוויתית רציפה.עבור מערך ליניארי, זווית של מציאת ⁇ ניתן על ידי ⁇ = arclers / ⁇ / ⁇ / ⁇ ) עבור מערך מעגלי, שתי זוויות ממדיות (muth) יכול להיות יעיל יותר אלגוריתמים (שיטות) כמו ספקטרום גבוה יותר (מטר) או ספקטרום גבוה יותר) עם סימטריות (מטווח גבוה יותר) כמו ⁇ (מב) ⁇ (Mosocial ⁇ ) עם ⁇ (Mosocial ⁇ ) עם ⁇ ) יותר) עם ⁇ (Motraric) עם ⁇ (Ricial) יותר) עם ⁇ (Ricial) עם ⁇ (שיטות ⁇ (מכיוון רלוונטי) יותר) עם ⁇ (מכיוון כפול (מכיוון כפול (Motrap) יותר) יותר) יותר (Motralitial ⁇ (Ricial) יותר) עם ⁇ (Motrap) יותר) עם ⁇ (Motraptrap) יותר) יותר (

שיעורי נתונים וקביעת טווח

מציאת כיוון נתמך על ה- LE 1M PHY ו- LE 2M PHY, עם אורך CTE מגביל את שיעור הנתונים האפקטיבי.עבור שימוש ביתי טיפוסי, הטווח נשאר דומה ל- Bluetooth LE (עד 100 מטרים או יותר בחלל חופשי), אך דיוק מצטמצם במרחק עקב יחס אותות נמוך יותר ל-לא-אין ולהגדיל את האוריינטציה יעילה ביותר כאשר האות חזק ויש לו את הסטנדרט של 8 מטרים לאחר מכן, הוא פחות מ- 1 מ- 2 מטרים, כלומר, עם דיוק, עם רמה של רזולוציה של פחות של פחות של רזולוציה של פחות של רזולוציה של פחות מ- 1 רזולוציה בינונית, הוא פחות מ- 1 מ- 50 מטרים.

יישומים של AoA ו- AoD

היכולת לקבוע מיקום מדויק עם עלויות חומרה צנועות עוררה אימוץ על פני תעשיות רבות. להלן כמה מקרים המשפיעים ביותר.

ניווט פנימי וחיפוש

במקומות ציבוריים גדולים כגון שדות תעופה, מרכזי קניות ומוזיאונים, GPS הוא בלתי אמין על ידי פריסת משואות Bluetooth התומכים AoD (או מקלטים מבוססי AoA), המבקרים יכולים להשתמש בסמארטפונים שלהם לנווט עם כיוונים של Turn-by-turn.לדוגמה, טלפון של משתמש יכול למדוד הבדלים בין משואות מרובות כדי לחשב את המיקום המדויק שלו, המוצג על מפת חברות פנימית מותאם אישית כמו LTETS, ובכך לשפר את המיקום של מכירות ישירות כדי לשפר את המיקום של Bluetooth, ובכך לאפשר ללקוחות גישה ל- 10.

ניהול נכסים ומחסנים

במחסנים ובמפעלים, מערכות מיקום בזמן אמת (RTLS) מבטיחות כי נכסים כמו אולמות, כלים וכלי רכב אינם מובנים.שימוש במקלטי AoA על תקרה, כל תג נכסים משדר אות Bluetooth שכיווןו נמדד באופן מיידי.מספר מקלטים יכולים לזרז את עמדת התג עם דיוק תת-מטר.

שיווק ומעורבות קונטקסטואלית

קמעונאים ומארגני אירועים יכולים להשיג שיווק קרבי יותר עם Bluetooth כיוון במקום רק לדעת כי לקוח בחנות, המערכת יכולה לקבוע בדיוק איזו מחלה או להציג אותם קרוב.זה מאפשר מבצעים מופעלים - החל קופון עבור מוצר ספציפי כאשר הלקוח נמצא בתוך כמה מטרים. AoD מאפשר הטלפון של הלקוח לקבוע את הכיוון שלו ביחס למאגרה, המאפשר יישומים כגון תצוגות דיבור משפרות "דקנות" ו"דקיפים" את הדיוקן" של המשתמש.

בית חכם וחדשנות אוטומציה

בבתים חכמים, Bluetooth כיוון יכול למקם משתמשים לחדרים ספציפיים, המאפשר תאורה, חימום ומערכות בידור להסתגל באופן אוטומטי.לדוגמה, נוכחותו של אדם בחדר המגורים יכולה לגרום לטלוויזיה לפעול, תוך העברת המטבח להתאים את התרמוסטאט. כי Bluetooth 5.1 כבר נוכח בטלפונים חכמים רבים ומכשירי IoT, שום חומרה נוספת אינה נדרשת עבור קצה המקלט.

בריאות ובטיחות גוף

בתי חולים יכולים לעקוב אחר ציוד כגון משאבות אינפוזיה וכיסא גלגלים, אבל הם יכולים גם לפקח על המיקום של צוות ומטופלים עבור בטיחות.לדוגמה, במתקן בריאות הנפש, תגי צוות ניתן לעקוב כדי להבטיח שאף אחד לא נכנס לאזורים מוגבלים. בבתי טיפול קשישים, תושבים עם מאחזי Bluetooth ניתן למצוא מיד אם הם נופלים.

אתגרים ומגבלות

למרות הבטחתו, כיוון Bluetooth 5.1 נמצא בפני כמה מכשולים טכניים ומעשיים המגדירים את האוניברסליות המיידית שלו.

Multipath Interference

האתגר העיקרי הוא ריבוי רב-אופטים. בסביבות מקורה, אותות רדיו משקפים קירות, רצפות ואובייקטי מתכת, יצירת עותקים מרובים של אותו אות שמגיע למקלט בזווית שונות ועיכובים.השלב הממדד הופך לאחר מכן מורכב של מסלולים רבים, משחיתת את הזווית הערכה. בעוד אלגוריתמים יכולים להפחית את ריבוי הפתק לדרגה מסוימת, הם דורשים יותר עיבוד ועלולים עדיין להיכשל בכבדות עבור יישומים קריטיים, מערכות היברידיות, היברידיות (או-Av-a-a-a) עם זמן טוב יותר, עם אלגוריתמיות (a- Wi-a-Fi) עם אלגוריתמיות טובה יותר.

מורכבות חומרה ועלויות

יישום מערך אנטנה מדויק עם רשתות RF מרובות הוא יקר.מרבית מכשירי Bluetooth קיימים יש רק אנטנה אחת.הוספת אנטנה מרובים מגביר את שטח הלוח, עלות וצריכת החשמל.עבור מקלטים במכשירים המופעלים על ידי סוללות, העיבוד הנוסף יכול לרוקן את הסוללה מהר יותר. יישומים רבים לפתור זאת על ידי הצבת מערך התשתית (למשל, מקלטים בעלי תקרה) ושימוש בתגיים פשוטים, אך עדיין דורשות חדשות, כמו גם על פני כלכלות קטנות, אך לא יהיה צורך להפחית עלויות פריסה.

המונחים: environmental Variability

יש צורך במערךים אנטנה בקפידה calibrated במהלך הייצור ולאחר ההתקנה. Factors כגון שינויי טמפרטורה, הזדקנות כבל, ואפילו נוכחות של אובייקטים סמוכים יכולים לשנות את התגובה בשלב.ללא תיקון, השגיאה יכולה לנסח מעבר לגבולות מקובלים.

בעיות סודיות והתערבות

Bluetooth פועל ב-2.4 GHz ISM הלהקה, אשר משותף עם Wi-Fi, Zigbee, ומכשירים רבים אחרים. התערבות כבדה יכול להפחית את יחס האות-ל-לא-רעש ואת המדידות שלב הדרגה. בעוד עיצוב CTE עוזר על ידי מתן טון נקי, התערבות גבוהה עדיין יכול לגרום לאובדן החבילה.בנוסף, כמה אזורים יש תקנות קפדניות לגבי נוסחאות אנטנה ודפוסי שידור, אשר עשוי להגביל את המספר המקסימלי של אלמנטים או החלפת מחירים.

תחזית ואינטגרציה עתידיים עם טכנולוגיות אחרות

מציאת כיוון Bluetooth אינה פתרון של עמידה אלא מרכיב של מערכת אקולוגית גדולה יותר.בשנים הקרובות יראה שילוב הדוק יותר עם טכנולוגיות אלחוטיות אחרות ושיפורים בעיבוד אותות.

שילוב עם Ultra-Wideband (UWB)

UWB מציע מאוד מדויק טווח (10-30 ס"מ) והוא כבר בשימוש ב- AirTag של אפל ו-Sams SmartTag + סמסונג של סמסונג, עם זאת, UWB דורש שבבים ייעודיים ויש לו טווח מוגבל.על ידי שימוש ב- Bluetooth 5.1 עבור מיקום קורק (room-level) ו- UWB עבור מיקום בסדר גודל (sub-meter), מערכות יכולות להשיג דיוק גבוה תוך צמצום צריכת חשמל.

קידום עיצוב Antenna

אנטנה מערך בשלב הופכת קטנה וזולה יותר בשל ההתקדמות באריזות הסיליקון.הבאות Bluetooth עשויות לשלב אלמנטים אנטנה מרובים על מת יחיד, צמצום שטח לוח. Beamforming טכניקות, אשר נפוצים ב-Wi-Fi (802.11ac/ax), ניתן גם ליישם את Bluetooth, המאפשר למערכת לנווט את דפוס השידור לעבר המקלט ולשפר את הטווח והדיוק.

למידת מכונות לשיפור המוכנות

למידת מכונה יכולה לעזור לתקן שגיאות מרובות באמצעות מודלים של אימונים על טביעות אצבע של שלב ייחודי של סביבה. ברגע מפה של שלב מחוץ לשקע בנוי, מכשיר יכול לקשור מדידות הנכנסות כדי לחזות את המיקום שלו עם ביטחון גבוה יותר מאשר משולש גיאומטרי טהור.חלק קבוצות מחקר השיגו דיוק ברמת סנטימטר באמצעות רשתות עצביות מהפכתיות על דגימות IQ.

סטנדרט וצמיחה אקולוגית

ה- Bluetooth SIG ממשיך לחדד את מפרט הכיוון-Exiting.The upcoming Bluetooth 5.2 ומעבר לסביר להניח שיכלול שיפורים כגון אורך CTE ארוך יותר, שיפור דפוסי מעבר האנטנה, ומנגנוני דו-קיום טובים יותר, פיתוח פרופילים במיוחד עבור מיקום מקורה (למשל, FLT:0 Bluetooth Indooring פרופילFLT:1) יקדם בין יכולת בין יצרנים ויצרנים אחרים.

מסקנה

זווית ההגעה והזווית של תכונות ה-Durture מייצגת קפיצת משמעותית למעקב אחר מיקום אלחוטי.על ידי מינוף מערך אנטנה ומדידות שלב, טכניקות אלה מספקות את הדיוק הדרוש לניווט מקורה, מעקב נכסים ויישומים הקשורים להקשר - כל זאת באמצעות תקן אלחוטי מאומצ באופן נרחב, בעוד אתגרים כגון התערבות מרובה-פת, עלות חומרה, ו caliation נשארים אלגוריתמים מתמשכים, עיצוב, שבב ומערכות היברידיות יותר, כמו גם תכונות מתקדמות יותר, כמו מרכזי יותר, כמו פונקציות מתקדמות יותר, כמו גם יותר, כמו גם עבור מדיה, כמו פונקציות מתקדמות יותר, כמו גם יותר, כמו פונקציות מתקדמות יותר, כמו פונקציות מתקדמות יותר, כמו פונקציות מתקדמות יותר, כמו פונקציות משחק יותר, כמו פונקציות מתקדמות יותר, כמו מרכזי יותר, כמו פונקציות מתקדמות יותר, כמו פונקציות מתקדמות יותר, כמו פונקציות משחק.