藍(lán)牙AOA這兩年挺火的，但你知道嗎，UWB也有AOA，甚至性能更優(yōu)、成本更低，工程師們正努力讓這項(xiàng)新技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。

1: 什么是AOA

AOA(Angle of Arrival)是一項(xiàng)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，指的是測(cè)量無(wú)線電信號(hào)的到達(dá)角度，這項(xiàng)技術(shù)通常被用于無(wú)線電定位。常通過(guò)天線陣列技術(shù)來(lái)測(cè)量AOA到達(dá)角度。

AOA與采用哪種無(wú)線電技術(shù)無(wú)關(guān)，藍(lán)牙有AOA定位，5G有AOA定位，UWB也可以有AOA定位。除了AOA外，小伙伴有時(shí)可能還會(huì)遇到AOD(Angle of Departure)這個(gè)詞，AOA與AOD主要是上下行方式不同，可以認(rèn)為是同樣的技術(shù)。

2：UWB-AOA與藍(lán)牙AOA對(duì)比

1. 基站數(shù)量對(duì)比

UWB-AOA 1:20 藍(lán)牙AOA (1200平米、天花板3米的空曠環(huán)境)

? UWB-AOA：?jiǎn)位靖采w半徑>20米，對(duì)安裝高度無(wú)要求

? 藍(lán)牙AOA：?jiǎn)位靖采w半徑為安裝高度的1~2倍

2. 定位精度對(duì)比

? UWB-AOA：?jiǎn)闻_(tái)大范圍2維精確定位+小范圍3維定位。UWB不僅可以測(cè)信號(hào)方向，還能厘米級(jí)測(cè)距，定位更準(zhǔn)確。標(biāo)簽高度不影響定位精度。? 藍(lán)牙AOA：?jiǎn)闻_(tái)小范圍2維粗糙定位。藍(lán)牙AOA能測(cè)信號(hào)方向，但不能測(cè)距離。要先假設(shè)標(biāo)簽的高度是固定的，再測(cè)得信號(hào)來(lái)向與該高度平面的交點(diǎn)投影位置。當(dāng)標(biāo)簽被舉起或放下有高度變化時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響定位精度。

3. 抗多徑干擾對(duì)比

? UWB-AOA：UWB技術(shù)更容易識(shí)別直達(dá)路徑，在障礙物多的復(fù)雜環(huán)境中定位精度更優(yōu)。? 藍(lán)牙AOA：藍(lán)牙技術(shù)無(wú)法區(qū)分直達(dá)和反射路徑，測(cè)得的是包含墻壁等障礙物反射后的混疊信號(hào)，在復(fù)雜環(huán)境下定位精度低、穩(wěn)定度差。

4. 抗無(wú)線電干擾對(duì)比

? UWB-AOA：UWB頻段在工信部規(guī)范下，與其它無(wú)線電沒(méi)有沖突。而且UWB是超寬帶信號(hào)，對(duì)常見(jiàn)電磁干擾(都是窄帶)抵抗力更強(qiáng)。? 藍(lán)牙AOA：藍(lán)牙所用2.4G頻段非常擁擠，容易受到其它電子設(shè)備干擾，包括WIFI、藍(lán)牙耳機(jī)、智能家居、甚至無(wú)線鼠標(biāo)等。

5. 成本與趨勢(shì)對(duì)比

蘋果、三星、小米、OPPO、VIVO、谷歌等都已經(jīng)發(fā)布或即將發(fā)布多款集成UWB的手機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品，UWB的市場(chǎng)趨勢(shì)正在形成。隨著UWB進(jìn)入手機(jī)生態(tài)，眾多國(guó)內(nèi)外初創(chuàng)公司正在將UWB芯片的成本大幅降低，逐漸達(dá)到藍(lán)牙芯片價(jià)位。藍(lán)牙相對(duì)UWB的成本和普及度優(yōu)勢(shì)正在喪失，而藍(lán)牙相對(duì)UWB的物理性能局限會(huì)更加凸顯。

6. UWB-AOA優(yōu)勢(shì)小結(jié)

3：藍(lán)牙AOA為什么覆蓋范圍小?

藍(lán)牙AOA最大的問(wèn)題就是天線覆蓋范圍太小(即下圖俯仰角范圍做不大，通常<60°)，典型藍(lán)牙AOA基站覆蓋半徑≈1至2倍的安裝高度。例如，當(dāng)藍(lán)牙AOA基站安裝在高度3米的天花板下時(shí)，每臺(tái)基站覆蓋半徑只有3~6米?？紤]到標(biāo)簽高度的影響，一些有經(jīng)驗(yàn)的集成商會(huì)直接按照“覆蓋半徑=安裝高度”來(lái)部署。

原因1：隨著俯仰角增大，相同測(cè)角誤差引起的平面定位誤差增大

藍(lán)牙AOA定位原理是先測(cè)量好信號(hào)來(lái)向(即通過(guò)上圖的俯仰角和方位角來(lái)確定)，然后求該方向與標(biāo)簽高度平面(一般是地面+1米)的交點(diǎn)投影到地面，就是標(biāo)簽位置(x, y)。但因?yàn)楦┭鼋菧y(cè)量有誤差(典型±3度精度)，所以當(dāng)俯仰角較小時(shí)(<60°)，標(biāo)簽定位點(diǎn)投影到地面的xy理論誤差尚小;但當(dāng)俯仰角較大時(shí)(例如>60°)，同樣的俯仰角測(cè)量誤差(上圖誤差e)會(huì)引起定位誤差d的大幅變化。因?yàn)樗{(lán)牙無(wú)法精確測(cè)距(只能靠RSSI信號(hào)強(qiáng)度去估算，有米級(jí)誤差)，這個(gè)問(wèn)題無(wú)解。下圖是同樣的俯仰角測(cè)量誤差時(shí)，俯仰角變化與定位誤差關(guān)系的仿真圖。

而UWB-AOA可以通過(guò)TOF精確測(cè)距。定位原理是先測(cè)方向，再沿著該方向測(cè)量標(biāo)簽距離，單臺(tái)基站可以直接輸出標(biāo)簽的3D坐標(biāo)，該坐標(biāo)的投影是2D坐標(biāo)。誤差變得非常小，而且不隨俯仰角范圍有明顯變化。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，全跡的UWB-AOA基站配合良好的天線設(shè)計(jì)可以覆蓋近乎0~90°俯仰角的完整半球。

原因2：隨著俯仰角增大，平面藍(lán)牙天線陣列測(cè)俯仰角誤差增大

還有些次要原因造成藍(lán)牙AOA俯仰角小，比如藍(lán)牙天線是2.4G，頻率比UWB低，天線尺寸比UWB大，很難做出小尺寸同時(shí)兼顧0~90°全范圍俯仰角的天線設(shè)計(jì)。藍(lán)牙天線通常采用貼片排布的PCB天線(下圖)，在測(cè)量俯仰角時(shí)，隨著俯仰角變大角度分辨率逐漸降低，性能變差。

再次，藍(lán)牙是窄帶信號(hào)，對(duì)環(huán)境障礙物的多徑反射比UWB要更加敏感，很容易測(cè)量到錯(cuò)誤的角度，從而造成更大的誤差。

4：UWB-AOA單基站介紹

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通過(guò)創(chuàng)新天線陣列設(shè)計(jì)，UWB-AOA單臺(tái)基站即可實(shí)現(xiàn)大范圍2維定位和小范圍3維定位。傳統(tǒng)UWB基站需要至少3臺(tái)才能獨(dú)立2維定位。

5：總結(jié)

UWB-AOA是高精度、低成本、面向未來(lái)的新一代室內(nèi)定位技術(shù)，未來(lái)將獲得廣泛應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅