蘋果推出基于UWB（Ultra WideBand，超寬帶）技術的電子追蹤器AirTags（Apple Tags），并預測出貨量將達千萬等級，甚至有可能成為繼目前十分火爆的TWS產業(yè)之后下一個聚焦熱點，前景十分看好。

根據(jù)曝光的消息，AirTags應該是一個小小的圓形白色物件，通過藍牙和iPhone等其他蘋果硬件設備配對，并將利用iPhone 11系列當中的超寬帶U1芯片實現(xiàn)更加精準的室內追蹤；它還將具有增強現(xiàn)實組件，使您可以通過將相機對準按鍵或其他物品可能存在的區(qū)域來定位物品。這是目前上其他同類產品所無法比擬的。

AirTags 本質上是一種基于UWB技術的近距離尋向和高精度定位產品，通過提供短距離測量功能，這款設備將增強iOS的尋找功能和增強現(xiàn)實（AR）應用的用戶體驗。由于蘋果巨大的產業(yè)引導能力，該報導在業(yè)界引起不小的反響。

為更好了解室內定位技術分類及產業(yè)發(fā)展趨勢，本文將就其原理進行基本介紹，并就高精度定位技術發(fā)展趨勢進行展望。

室內定位市場 01 PART

室內定位就是指在室內環(huán)境中實現(xiàn)物體或人的位置定位。近年來，隨著室內定位技術精度的提高，室內定位為零售、制造、醫(yī)療、機器人等行業(yè)提供十分準確的位置信息數(shù)據(jù)，成為物聯(lián)網時代的重要基礎。不可否認的是，未來是物聯(lián)網的時代，而室內定位技術作為物聯(lián)網感知網絡的底層基礎，自然能夠獲得更大的市場機遇。

據(jù)統(tǒng)計，普通人有80%時間是在室內度過，而在眾多的數(shù)據(jù)中，位置數(shù)據(jù)是一個重要的維度，未來50%以上的信息都與位置數(shù)據(jù)相關。要采集位置數(shù)據(jù)就需要依賴定位技術，隨著技術的發(fā)展，定位技術的各項性能指標也得到了長足的進步，基于定位技術的相應市場也正在逐漸開啟。

室內定位應用廣泛，大概有四類市場：

政府類應用：公、檢、法、司、機關等

工業(yè)類應用：貨品倉庫、智能工廠、地鐵、隧道、礦井等；

商業(yè)類應用：商場、博物館、體育館、展覽館、圖書館、地下車庫等；

消費類應用：防丟器、跟隨器等；

據(jù)Market&Markets的調查數(shù)據(jù)顯示，未來幾年，室內定位的全球市場將以42.0％的年復合成長率增長，市場規(guī)模預計從2017年的71億1000萬美元擴大到2022年的409億9000萬美元。特別是以蘋果為代表的手機企業(yè)將高精度定位系統(tǒng)引入手機生態(tài)系統(tǒng)后，原本To B的商業(yè)模式將快速過度到To C的市場，這必將引起新一輪市場的快速增長。

預計2018 ~ 2022年期間，室內定位技術將廣泛滲透進入智能制造、智能建設、養(yǎng)老醫(yī)療、公共安全、物流運輸?shù)刃袠I(yè)應用，逐漸成為追蹤和定位服務的主流技術。

02 PART 室內定位技術簡介

定位技術方面，GPS技術應用最成熟也最廣泛，但它不支持室內定位。室內外區(qū)域定位常用到的技術有Wi-Fi、RFID、ZigBee、紅外線、藍牙和UWB超寬帶技術，各種技術有各自的特點，如下表所示：

定位精度（米）覆蓋范圍保密性穿透性抗干擾維護成本建設成本功耗頻譜資源

RFID5～100小高差好低中低無源（13.56MHz）

有源（～900MHz）

紅外線5～10小差差好低中中LF（～38KHz）

藍牙Beacon1～5大一般好差高低低2.4GHz ISM

Zigbee3～10大一般好差低低中2.4GHz ISM

Wi-Fi3～15大差差差高低高2.4GHz ISM

UWB0.1～0.5小高差好高高高3.1GHz～10.6 GHz

AOA-BLE0.3～1大高好中低中低2.4GHz ISM

有眾多技術可以實現(xiàn)室內定位，其中包括RFID、紅外線、藍牙Beacon、Zigbee，Wi-Fi、UWB及AOA-BLE，每種技術都有其長處和不足，其中高精度定位領域主要是UWB 及最新BLE 5.1 所支持的AOA/AOD技術；下面分別就這兩種技術進行詳細說明。

01 UWB定位技術

UWB定位系統(tǒng)在室內定位市場中占據(jù)30% ~ 40%的市場份額。制造產業(yè)中的資源利用和工作流優(yōu)化，使企業(yè)對基于UWB技術的實時定位系統(tǒng)的應用需求日益增長，促進了UWB技術在定位精度方面的進步，提升了市場競爭力。

UWB是一種寬帶短距離的無線脈沖通信技術，在室內高精度定位技術方面，UWB被視為最有發(fā)展前途的技術之一，其擁有精度高、抗多徑干擾能力強（多徑：是指RF信號通過不同路徑到達同一接收端）、保密性高等特點而被廣受關注。

UWB 定位基本原理

TOATDOATOF

概念TOA（Time of Arrival，到達時間）技術是一種基于終端與基站之間的傳播延時來計算兩者之間的距離的方法。當三個基站參與測量時，就可根據(jù)三角定位法確定終端所在的區(qū)域。TDOA （Time Difference of Arrival，到達時間差）技術是一種利用到達時間差進行定位的方法又稱為雙曲線定位。TOF （Time of flight，飛行時間法）技術是一種雙向測距技術，它通過測量UWB信號在基站與標簽之間往返的飛行時間來計算距離。

基本原理

精度低較高高，功耗低低高，容量高較高低

同步要求非常高（基站與終端要同步）高（基站之間要同步）低（無嚴格同步要求）

應用特性適用于簡單場景適用于空曠或較為簡單場景（戶外等）適用于復雜環(huán)境（工廠、電廠等）

UWB技術最大問題：

01 成本高

此前，UWB定位技術主要在企業(yè)級應用市場推廣，雖然性能優(yōu)越，不過比較小眾。此次蘋果在其新品手機中植入UWB芯片，將會正式開啟UWB在消費級的應用市場，對整個UWB定位產業(yè)的擴大與成熟有很大的幫助。目前UWB定位技術最讓人詬病的就是費用太貴，而手機植入后，也將會對成本下降有很明顯的促進作用，讓外界對UWB定位技術有了很高的期待。

02功耗大

由于工作頻段在3.1GHz～10.6GHz 超高頻范圍，且?guī)捀哌_500MHz，其功耗為普通藍牙模塊的10倍以上，因此較難集成到普通電池供電設備中。

03發(fā)射功率受限，覆蓋范圍小

美國FCC關于UWB設備發(fā)射功率的要求：在3.1GHz～10.6GHz頻段上FCC對發(fā)射場強的功率限制為：測量帶寬1MHz時，距離3m處場強最大為500μV/m，即－41.3dBm。如果帶寬為500MHz， 則信道內絕大發(fā)射功率不得超過：-43.3+10log（500）=-14.3dBm；此功率為EIRP（全向輻射功率），考慮到天線增益與空間衰減可近似抵消，因此UWB發(fā)射機帶內發(fā)射功率不得超過-14.3dBm。

此功率僅為傳統(tǒng)藍牙發(fā)射設備（6dBm）的1/100左右（注：對于無線發(fā)射功率，20dB相對于100倍），因此其有效覆蓋范圍相對于其他設備大打折扣，這也是Apple Tags 僅僅能夠支持近距離聯(lián)絡的原因。 02 AOA-BLE定位技術

AOA-BLE定位基本原理

AOA（Angle of Arrival ）定位系統(tǒng)由標簽端（或被定位目標）及定位器組成，其中定位器包含由天線陣列及高速定位引擎?；贏OA定位的的基本原理是標簽發(fā)射無線信號到定位器，定位器中天線陣列在不同時間點收到同一信號源發(fā)出的無線信號，通 過分析到達時間差，借助定位器中所嵌入的定位算法（例如MUSIC算法），通過運算可以計算出標簽對定位器的方位角與俯仰角，再配合信號強度估計，可以精確對目標進行兩維平面定位（兩個以上定位器可對同一目標進行空間定位）。如下圖所示：

1） BLE高精度定位系統(tǒng)主要采用信號到達角（AOA）定位技術；

2） 通過精確估計出標簽發(fā)送信號到達定位基站的角度，測量出標簽在2D平面里X，Y的坐標定位，實現(xiàn)對標簽的精確定位；

3） 高精度定位覆蓋范圍圓錐角度約100°；

4） 超過100°的范圍定位精度較差；

在2019年藍牙技術聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group）推出的低功耗藍牙核心規(guī)范BLE 5.1中，基于AOA/AOD測向功能（Direction Finding）的空中數(shù)據(jù)接口規(guī)范已經正式納入其中，這使得搭載了低功耗藍牙技術BLE5.1的裝置（包括手機、各種能終端）可發(fā)射定位數(shù)據(jù)包給定位器（AOA，室內定位），或者偵測藍牙定位器所發(fā)出的導航信號（AOD，室內導航），從而提供厘米等級的定位/導航精準度。

作為一項定位技術，藍牙已成手機中的標配是其最大的優(yōu)勢，借助手機已有的生態(tài)環(huán)境將該技術進行大規(guī)模推廣已經成為產業(yè)發(fā)展趨勢。本次藍牙技術聯(lián)盟（Bluetooth Special Interest Group）協(xié)議標準的更新，通過藍牙AOA/AOD定位可將定位精度提升到亞米級。此外，再結合藍牙本身的優(yōu)勢，使得整個室內定位行業(yè)對藍牙定位技術及相關市場都充滿了期待。

基于AOA-BLE 定位系統(tǒng)組成

基站系統(tǒng)

√ RF開關精確實現(xiàn)微秒級控制天線陣列接收信號

√ RF硬件及ADC完成信號IQ采樣

√ 支持標準的BLE通信協(xié)議

√ 優(yōu)化的軟硬件方式實現(xiàn)AOA及RSSI定位雙引擎

√ 標準化定位API接口

標簽系統(tǒng)

√ 支持電子卡、手環(huán)、手機APP等多種標簽形式

√ 標簽可實現(xiàn)超低功耗；

定位服務器

√ 標準化的定位信息接口

√ 支持多種數(shù)據(jù)服務

行業(yè)應用終端

√ 實時標簽的運動軌跡

√ 支持電子圍欄

√ 實時室內導航

基于AOA-BLE 室內定位技術優(yōu)勢：

1） 兼容性好--兼容BLE5.1協(xié)議，具有廣闊的生態(tài)空間；

2） 功耗小--適合于包括手機在內的各種智能終端及物聯(lián)網設備；功耗不到UWB系統(tǒng)的1/10；

3） 標簽成本低—采樣普通的藍牙芯片或兼容藍牙廣播包的2.4GHz芯片便可搭建（或普通手機），BLE芯片成本不足UWB芯片的1/10；

4） 頻譜資源不受限制--工作在全球通用的2.4GHz ISM免費頻段，適應性強。

5） 核心芯片可控--國內藍牙芯片供應商眾多，相對于UWB芯片（DecaWave為主），完全自主可控；

室內定位技術發(fā)展趨勢 03 PART

（1）基于低功耗藍牙BLE的定位技術會被越來越廣泛應用。藍牙室內定位已發(fā)展一段時間，隨著BLE5.1規(guī)范推出，BLE定位受到相當大的關注。目前基于該技術的信息推送應用在零售業(yè)已經獲得相當大的響應，預期未來BLE室內定位技術會更多結合信息推送、移動支付等應用，或被實踐在日常生活上提供個性化服務。

（2）多種技術結合的混合定位方法，以滿足各種室內環(huán)境和應用場景的需求，并彌補單一技術的局限。

（3）室內地圖和室內定位數(shù)據(jù)庫會迅速發(fā)展，相關技術趨于成熟，以保證快速擴展的能力和定位性能的可靠性與一致性。

（4）采用專用的定位引擎來處理定位、運動檢測、傳感器數(shù)據(jù)分析、信息融合和地理圍欄（Geo-fencing）。

（5）低功耗優(yōu)化，降低定位功能對移動設備帶來的額外功耗以實現(xiàn)隨時隨地的精準定位。

04 PART 室內定位領域上下游產業(yè)鏈

室內定位領域已經形成較為完整的產業(yè)鏈，主要分為上游芯片產業(yè)、中游系統(tǒng)方案商、下游系統(tǒng)集成商。

01 上游芯片領域

A、UWB芯片：

國外：Decawave

國內：國內暫時還沒有大規(guī)模生產UWB定位芯片的廠商

B、BLE5.1 芯片（帶AOA功能）：

國外：TI、SiliconLab、Dialog、Nordic、Cypress etc；

國內：磐啟微、泰陵微 etc；

02 中游的方案提供商

A、UWB：

國外： SKYLAB

國內：沃旭、星網云聯(lián)

B、BLE5.1（帶AOA功能）：

以BLE芯片為基礎，并結合自己的定位算法研發(fā)出AOA定位系統(tǒng)

國外：Quuppa、SiliconLab、TI

國內：磐啟微

03 下游的集成商

負責為終端客戶提供應用解決方案。集成商根據(jù)每個行業(yè)的具體情況，將AOA-BLE定位系統(tǒng)二次開發(fā)，并和其他人員管理設備或者自動化配套設備集成，研發(fā)出更適合這些行業(yè)的定位系統(tǒng)與設備。

終上所述，隨著物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展，室內定位作為物聯(lián)網感知網絡的底層基礎，具有很大的市場潛力。

總結 05 PART

室內定位技術眾多，各種技術都有自己的特點，彼此間又在一定程度上存在互相競爭。高精度室內定位技術均需要比較昂貴的額外輔助設備或前期大量的人工處理，這些都大大制約了技術的推廣普及。低成本的定位技術則在定位精度上需要提高。在提供高精度定位的基礎上降低成本也是室內定位的一個方向?；赨WB 或AOA-BLE技術的兩種高精度室內定位系統(tǒng)是未來主流發(fā)展方向，在物聯(lián)網時代具有廣闊的生態(tài)空間及發(fā)展?jié)摿?。未來的趨勢一定是多種技術融合使用，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，以面對復雜環(huán)境。其中成本越低、兼容性越好、精度越高的技術越容易普及。

編輯：jq