There are four solutions for indoor positioning: UWB, Wi-Fi, BLE beacon / BLE AoA. For the accuracy range, UWB is 0.1 m ~ 1 m; Wi-Fi and BLE beacon is 5 m ~ 20 m with a larger error range. As the first commercial BLE AoA positioning service company, Quuppa can control the accuracy range within 0.1 m ~ 1 m (with the TI CC254x and Nordic nRF5281x chips).

2. Analysis of Indoor Positioning Theory

No matter what kind of positioning method, the indoor positioning system needs to draw the architectural modeling of the actual scene, deploy the receiver router in the indoor area, and mark the corresponding location on the modeling map. The mobile phone or the beacon module broadcast wireless signals. The receiver router deployed in a fixed position can confirm the location area range of the beacon after received the wireless signals.

The arrival angle of the beacon signal can be measured by multiple antennas after confirmed the location area range. Combined with triangulation positioning, the accurate position of beacon equipment can be calculated.

Triangulation

La triangolazione consiste nel misurare la posizione del dispositivo beacon attraverso due set di dati AoA. Come mostrato nella figura seguente, due set di antenne possono misurare un dato AoA e due dati AoA possono misurare la posizione del dispositivo A. Entrambi d e D sono parametri noti, come possiamo ottenere θ1 e θ2.

3. Teoria della misurazione AoA

• Frequenza : il Bluetooth opera nella banda ISM (Industrial Scientific and Medical) da 2,40 GHz a 2,41 GHz con una larghezza di banda di 2 MHz. Bluetooth è diviso in tre canali di trasmissione 37, 38 e 39. Nella specifica di base Bluetooth v5.x, la trasmissione estesa del Bluetooth LE può essere trasmessa in qualsiasi canale da 0 a 39, ovvero il beacon Bluetooth v5.1 può funzionare su qualsiasi canale Bluetooth. (La frequenza del Bluetooth è incoerente quando funziona, il che influirà sulla lunghezza d'onda del Bluetooth λ.)

• Calcolo AoA : supponendo che ci sia un segnale beacon Bluetooth a frequenza fissa che trasmette in un'area aperta (ignorando gli ostacoli e altre interferenze del segnale a 2,4 GHz nell'aria). Se i due ricevitori sono sullo stesso raggio e allo stesso estremo TX, ad un certo istante t, la differenza di fase ricevuta dal ricevitore RX dovrebbe essere 0. Ma se il ricevitore si trova in una posizione con un raggio incoerente, ad un certo tempo t, c'è una differenza nella fase del ricevitore RX.

Se i diagrammi precedenti non sono di facile comprensione, passiamo ai seguenti diagrammi per mostrare lo schema. Nel processo di trasmissione del segnale, a causa delle diverse posizioni dell'antenna, la fase del segnale campionato ad un certo tempo t è diversa.

Suggerimenti : in linea di principio, la differenza di fase può essere calcolata con due antenne e un array multi-antenna può aiutare a migliorare le prestazioni anti-interferenza.

• Errore di misurazione AoA

Prendendo come esempio un piano bidimensionale, ci saranno due angoli di α. E in reali coordinate tridimensionali, ci sarà una traiettoria di un cerchio con un raggio di α. Il ricevitore AoA sa solo che il segnale beacon si trova sulla traiettoria del cerchio, tuttavia, non può giudicare dove si trovano sul cerchio. In questo momento, è necessario un array di antenne ortogonali per confermare le coordinate di posizione del punto beacon.

Gli array di antenne possono essere disposti in vari modi. Una missione è il posizionamento e l'altra missione è ridurre al minimo il numero di schieramenti di ricevitori. Le distribuzioni comuni dell'array di antenne sono mostrate di seguito.

Esempio di schiera di antenne

• Array di antenne del ricevitore Quuppa

4. Implementazione del software Bluetooth 5.1 AoA

Il SIG ha realizzato specifiche corrispondenti per il protocollo AoA nel livello di collegamento logico nella specifica di base Bluetooth 5.1.

AoA / AoD può funzionare con PHY regolare 1M o 2M (la codifica PHY non è supportata) e può supportare la modalità di trasmissione e la modalità di connessione. Il formato di trasmissione dei dati ha i seguenti requisiti: nel pacchetto dati PDU, la specifica AoA/AoD è standardizzata. CTE sono i dati estesi del pacchetto di dati AoA / AoD e la durata è di 16 μs - 160 μs. La modulazione del segnale a 250 kHz è sull'onda portante senza sbiancamento e convalida CRC. Il segnale viene utilizzato dal ricevitore RX per campionare il valore I/Q del segnale all'istante t e calcolare la differenza di fase.

5. Sfide di progettazione AoA

5.1 Interferenza di riflessione del segnale

5.2 Compensazione del tempo di commutazione

5.3 Errore del valore dell'angolo

Deve esserci un errore nella misurazione e l'intervallo di errore è solitamente del 3% ~ 5%. Ha bisogno di un algoritmo per ridurre l'errore.

6. Prodotti Bluetooth AoA correlati

• Modulo BLE5.0 CC2640R2F-Q1 per automotive RF-BM-4077B2
• Moduli Bluetooth 5.0 a basso consumo energetico con chip TI CC2640 RF-BM-4077B1
• Modulo Bluetooth 5.0 a basso consumo energetico CC2640R2FRSM RF-BM-4044B5

7. Fornitore di chip AoA

AoA di Texas Instruments

Silicon Labs AoA

Dialogo AoA

AoA nordica