La Teoria Della Realizzazione Del Servizio Di Localizzazione Bluetooth 5.1 AoA-rfstariot.com

La teoria della realizzazione del servizio di localizzazione Bluetooth 5.1 AoA May 27, 2021

Dopo due anni di sviluppo del mercato, Bluetooth AoA realizza due diverse applicazioni: posizionamento interno , e entrata senza chiave . Conosciamo il posizionamento indoor.

Dopo due anni di sviluppo del mercato, Bluetooth AoA raggiunge due diverse applicazioni: posizionamento indoor e keyless entry. Conosciamo il posizionamento indoor.

1. Riepilogo della tecnologia di posizionamento indoor

Sono disponibili quattro soluzioni per il posizionamento indoor: UWB, Wifi , BLE faro/ BLE AoA . Per l'intervallo di precisione, UWB è 0,1 m ~ 1 m; Il segnale Wi-Fi e BLE è di 5 m ~ 20 m con un intervallo di errore più ampio. In qualità di prima società commerciale di servizi di posizionamento BLE AoA, Quuppa può controllare l'intervallo di precisione entro 0,1 m ~ 1 m (con i chip TI CC254x e Nordic nRF5281x).

Di seguito sono riportati i dati del test di Quuppa.

2. Analisi della teoria del posizionamento indoor

Indipendentemente dal tipo di metodo di posizionamento, il sistema di posizionamento interno deve disegnare il modellazione architettonica della scena reale, distribuire il router del ricevitore nell'area interna e contrassegnare la posizione corrispondente sulla mappa di modellazione. Il telefono cellulare o il modulo beacon trasmettono segnali wireless . Il router ricevitore distribuito in a posizione fissa può confermare l'intervallo dell'area di localizzazione del beacon dopo aver ricevuto i segnali wireless.

Il angolo di arrivo del segnale beacon può essere misurato da più antenne dopo aver confermato l'intervallo dell'area di localizzazione. In combinazione con il posizionamento della triangolazione, è possibile calcolare la posizione accurata dell'apparecchiatura di segnalazione.

Triangolazione

La triangolazione consiste nel misurare la posizione del dispositivo beacon attraverso due serie 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. Sia d che D sono parametri noti, come possiamo ottenere θ1 e θ2.

3. AoA Teoria della misurazione

Frequenza : Bluetooth opera nella banda ISM (Industrial Scientific and Medical) da 2,40 GHzto 2,41 GHz con una larghezza di banda di 2 MHz. Il Bluetooth è diviso in tre canali di trasmissione 37, 38 e 39. Nella specifica di base Bluetooth v5.x, la trasmissione estesa di 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 è in funzione, il che influirà sulla lunghezza d'onda del Bluetooth λ.)

Fase: il segnale wireless è continuo nell'aria. Il ricevitore RX riceve e demodula il segnale dell'intero ciclo d'onda di 0 ~ 2 π sotto la gamma di frequenza.

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 alla stessa estremità TX, ad un certo tempo t, lo sfasamento ricevuto dal ricevitore RX dovrebbe essere 0. Ma se il ricevitore è in una posizione con raggio inconsistente, ad un certo tempo t, c'è una differenza di fase del ricevitore RX.

Se i diagrammi sopra non sono facili da capire, passiamo ai diagrammi seguenti per mostrare lo schema. Nel processo di trasmissione del segnale, a causa delle diverse posizioni dell'antenna, la fase del segnale campionato in un determinato momento t è diversa.

Nota: 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.

Quando sono note la distanza d delle due antenne e la frequenza (lunghezza d'onda) del segnale beacon, è possibile calcolare la differenza di fase tra il segnale beacon e l'antenna 1, antenna 2. Dopo aver calcolato le due serie di in posizioni diverse, è possibile calcolare la posizione del segnale del beacon.

Errore di misurazione AoA

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

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

Esempio di array di antenne

Serie di antenne TI EVM

Array antenna ricevitore Quuppa

4. Implementazione del software Bluetooth 5.1 AoA

Il SIG ha creato specifiche corrispondenti per il protocollo AoA nel livello di collegamento logico nella specifica del core Bluetooth 5.1.

AoA / AoD può funzionare con 1 M o 2 M di PHY normale (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 16 μs – 160 ms. 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 del segnale I/Q al tempo t e calcolare la differenza di fase.

5. Sfide di progettazione AoA

Interferenza di riflessione del segnale

La discussione di cui sopra è in condizioni ideali con un ambiente aperto e nessun'altra interferenza di segnale. Nelle scene reali, il ricevitore RX riceverà il segnale di riflessione di se stesso o di altri segnali AoA e beacon, e il segnale di riflessione trasporta anche pacchetti di dati estesi CTE, tuttavia, sono segnali di rumore che devono essere eliminati.

Compensazione del tempo di commutazione

Un core RF controlla più antenne RF. Il tempo di commutazione dell'interruttore RF deve essere compensato tranne il tempo di trasmissione del segnale nell'aria.