藍牙嵌入在大多數(shù)手機和無數(shù)消費電子設(shè)備中，主要用于音頻流和數(shù)據(jù)傳輸。這種無線技術(shù)還廣泛用于接近感應，接近感應使用從接收信號強度指示器 (RSSI) 測量得出的距離估值。

然而，RSSI 方法僅提供粗略的距離估值，因為精度受到許多因素的限制，例如環(huán)境障礙物導致的信號衰減、發(fā)射器功率和接收器校準。此外，由于接收器無法告知傳入信號的方向，因此設(shè)備的方向也是未知的；只能檢測到被跟蹤設(shè)備位于接收器周圍的一個圓形區(qū)域內(nèi)。雖然 RSSI 方法在市場上被廣泛采用，但由于技術(shù)限制，其用途主要限制于粗略檢測。

藍牙 5.1 帶來新的定位功能

有許多用例需要高精度來實現(xiàn)室內(nèi)定位，例如用于資產(chǎn)跟蹤的實時定位系統(tǒng)或室內(nèi)定位系統(tǒng) (IPS)，因此藍牙技術(shù)聯(lián)盟 (SIG) 在藍牙 5.1 核心規(guī)范中引入了定向增強功能。

與前幾代技術(shù)相比，藍牙 5.1 功能極大提高了定位精度，而且具有新的定向增強功能，可以確定到達角 (AoA) 或離開角 (AoD) 信息。根據(jù)實現(xiàn)方式和環(huán)境細節(jié)，藍牙 5.1 定向方法可提供亞米級的精度。如此高的定位精度讓無數(shù)新用例成為可能，包括醫(yī)療或工業(yè)環(huán)境中的資產(chǎn)或人員跟蹤、公共或私人場所的尋路、智能零售或者個人物品尋找。

現(xiàn)在來深入了解定向增強功能的工作原理。

到達角 (AoA)

到達角 (AoA) 設(shè)計用于資產(chǎn)跟蹤等應用，其中移動發(fā)射器使用單根天線發(fā)送藍牙 5.1 定向信號。利用此方法，固定接收器（配有包含最少 2 根天線的天線陣列）使用接收信號的角度來確定發(fā)射器的方向。角度的確定基于接收器的天線陣列檢測到的接收信號的相位差。

離開角 (AoD)

離開角 (AoA) 設(shè)計用于室內(nèi)導航尋路等應用，例如，購物中心中的人想要定位商店。借助 AoD，移動接收器使用單根天線接收藍牙 5.1 定向信號。信號由固定發(fā)射器發(fā)射，此發(fā)射器通過至少由 2 根天線組成的天線陣列進行開關(guān)。接收器使用來自傳入信號的相位差確定發(fā)射器的方向。

定頻擴展信號 (CTE)

要在藍牙 5.1 中啟用 AoA 和 AoD 定向，必須測量接收信號的信號相位。為此，藍牙 5.1 包含了一個恒定音調(diào)擴展 (CTE) 字段，該字段是位于數(shù)據(jù)包末尾的一個位序列，持續(xù)時間在 16 微秒到 160 微秒之間。只有以 1 Mbps 的速率（強制速率，也可選擇 2 Mbps）運行的藍牙 LE 支持 CTE。CTE 字段包含一系列經(jīng)過調(diào)制的 1 位，必須使用恒定波長以一種頻率發(fā)射，以便測量接收信號的相位。因此，信號不受白化的影響，白化是一種對信號進行加擾以確保不會出現(xiàn)長串 1 或 0 的過程。

測試藍牙 5.1 CTE

藍牙 SIG 更新了藍牙 PHY 測試規(guī)范，其中包含對這些全新定向功能的驗證。為 AoA 和 AoD 方法的發(fā)射器和接收器測試增加了新的測試用例，所支持藍牙數(shù)據(jù)速率（1 Mbps 和 2 Mbps）的各種組合，以及標準中支持的 1 微秒及 2 微秒開關(guān)和采樣時間。

總體而言，PHY 測試中增加了 23 個全新測試用例，可涵蓋 AoA 和 AoD。這些測試未采用跳躍模式，而是在單個頻率/信道上執(zhí)行。下表總結(jié)了測試套件文檔中的測試用例和相應的部分：

CTE 是藍牙的新概念，測試用例旨在確保它可由發(fā)射器正確生成。在接收器端，測試驗證接收 CTE 的 IQ 測量值是否可用于準確推導出信號的相位。

具有定向功能的藍牙 5.1 設(shè)備仍然只需要一個收發(fā)器，但 AoA 接收器和 AoD 發(fā)射器需要多個天線才能測量相位差。由 2 個或更多天線組成的天線陣列由一個開關(guān)控制。

相位測量的準確度很大程度上取決于天線陣列的開關(guān)和采樣時間以及開關(guān)和采樣序列。

測試旨在確保來自被測設(shè)備 (DUT) 的 I/Q 采樣產(chǎn)生準確的相位測量結(jié)果，而測試儀則執(zhí)行測試信號生成以及 DUT I/Q 采樣的提取和分析。測試儀驗證從 I/Q 數(shù)據(jù)采樣得出的測量相對相位值是否在規(guī)范限制內(nèi)。此外，動態(tài)范圍測試通過改變不同天線上發(fā)射的信號大小來驗證接收器的動態(tài)范圍能力。

結(jié)語：

藍牙 5.1 中的 AoA 和 AoD 定向增強功能可以極大提高資產(chǎn)跟蹤或?qū)ぢ返雀鞣N用例的定位精度。AoA 發(fā)射器和接收器功能以及 AoD 發(fā)射器和接收器功能的驗證測試對于確保成功至關(guān)重要。

注：

中文原作刊登于：https://www.ednchina.com/news/m8191.html

英語原文刊登于：https://www.everythingrf.com/community/bluetooth-low-energy-5-1-angle-of-arrival-and-angle-of-departure-test-considerations

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原文標題：藍牙低功耗 5.1 - 到達角和離開角的測試條件

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