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浅析室内导航对比无线技术有何优劣?

电子发烧友网 2020-10-21 11:41 次阅读

什么是室内导航?

室内导航方案也被称为空间导向方案,常用在GPS效果差的室内环境。但在我们深入了解技术细节之前,不妨先来看一下顶层概念。

用于描述位置相关的方案一般被称为位置服务。位置服务主要分为两大类。

1.近距离方案:这是两者中相对简单的一种,利用一种或多种技术来确定两个设备的相对位置。

2.定位系统:用于确定设备的物理位置,涉及更加复杂的基础设施部署。

近距离方案可以进一步分为两类:

(1)寻物方案:寻物方案的应用之一就是在钥匙链、行李箱、遥控器和其他个人物品上加入寻物标签,以便在设备丢失时进行跟踪和定位。

(2)POI系统:当用户靠近固定位置的特定设备时,在手机上显示相关信息的应用系统。比如逛商场时,当用户接近一个正在打折的商品,他们可以从商场的手机应用中获取通知。

定位系统也可以被分为两类:

(1)实时定位系统(RTLS):用于资产跟踪和设施内人员跟踪。实时定位系统是以网络为中心的系统,位置信息实时提供给后台服务器,再提供给用户。但设备本身无法得知自己所在的位置。比如定位和跟踪仓库中托盘、叉车和工作人员的位置,或是医院中超声波仪和病人的位置,优化紧急响应时间并确保安全。

(2)室内导航系统(IPS):IPS与RTLS相反,它以设备为核心,设备知道自己的范围,并向设备使用者报告定位情况(通过手机应用等)。室内导航的例子包括机场、博物馆、购物中心、主题公园、医疗机构或会场的室内导航系统,具体应用还有自动导向车(AGV)。

导航寻路的基本原理是利用无线技术来确定用户在某一区域中的位置,然后在手机上的地图应用中呈现出来,让他们了解方位。根据所用技术,有多种不同方法来确定用户的位置。大多数方法采用信号强度(RSSI)测量或飞行时间(TOF)测量,通过多点定位或三角定位来确定用户的位置。

多点定位的基本原理是计算物体与多个固定站点间的多个测量距离,从而确定物体位置。三边测量就是多点定位中利用三个已知固定点来测量距离,从而计算运动物体的位置。而三角定位,则是通过测量角度测量来确定位置以及与固定站点间的距离。

除此之外还有无线电测向等更加先进的技术,确定接收信号的传输方向。无线电测向自二十世纪初以来已经被广泛运用于航空、航海到野生动物追踪等系统。无线电测向比多点定位和三角定位更加精确,但通常成本较高。在某些应用中,测得用户位置也会发送给后台服务器,用于数据分析以及提高空间利用率。

室内导航的好处是什么?

总的来说,室内导航可以提供以下好处:

• 在GPS不实用的室内空间为用户提供更好的导航体验

• 提高商用建筑内的员工效率

• 改善拥堵地区的车流量

• 让用户在同一设施中找到对方的位置

• 实现并增强智能的建筑工作

• 利用收集的位置数据优化工作流程,提高空间利用率

具体应用场所有:机场、博物馆、商场、主题公园、医疗中心、会场和餐馆

室内导航无线技术最关键的参数

在考虑室内导航中无线技术的使用时,必须要考虑以下几个参数:

• 扩展性

• 隐私安全

• 定位分辨率(精度和延迟)

• 普及率和适用性

室内导航无线技术对比

最适合室内导航的无线技术有蓝牙BLE、超宽带、UWB、Wi-Fi与超声波。

接下来让我们逐个分析这几项技术在室内导航中的应用

蓝牙BLE

蓝牙BLE技术是室内导航系统中最常见的技术,其优势在于:安全与隐私保障,在全球智能手机上的普遍性与适用性高,支持大规模部署。

自苹果于2013年公布iBeacon标准后,蓝牙信标在许多应用案例中普及开来,尤其是零售业和室内导航应用。

BLE信标也是室内导航系统中传统的流行方案之一。这些系统的基本原理是将蓝牙信标安装在设施内的固定位置,向用户的手机发射广播数据包。手机根据收到数据包的信号强度来计算出自己的位置,并呈现在地图上。

AOD方案 / 蓝牙SIG

2019年,蓝牙5.1标准中加入了一套全新的功能。该功能允许BLE设备通过出发角(AoD)或到达角(AoA)来提高位置精度。对于室内导航应用来说,AoD是最适合的方案。使用这一方法,正在确定方位的设备(比如定位信标)使用多天线阵列来发射一个特殊信号。接收设备(比如手机)只有单天线。当发射设备的多个信号穿过接收设备的天线时,接收设备收集IQ样本。基于IQ样本数据,接收设备可以计算出相对的信号方向。

超宽带(UWB)

UWB是一种短距无线电技术,工作频率在3.1到10.6GHz之间,带宽至少为500MHz。基于UWB的室内导航系统与BLE信标的方案不同,它采用了ToF来测量距离,再用三边测量来确定设备位置。

飞行时间方法的原理就是通过获知信号从发射器到接收器所需的时间和信号速度,从而计算一个设备到另一个设备间的距离。最后在三边测量中利用这些值来计算目标设备的位置。

以下是UWB室内导航系统的优势:

• 比RSSI技术精度高,因为该技术的工作频率范围更宽,测量任何无线电信号的飞行时间都依赖于带宽。

• UWB信号发射功率低、发射时间短,因此减少了其他信号造成的干扰

其劣势在于:

• 成本过高

• 智能手机和主流设备中普及率较低,会影响该系统的可用性和用户体验

• 全球化标准的缺失,不同区域的规范不同

Wi-Fi

另一个用于室内导航系统的技术就是Wi-Fi。Wi-Fi的优势就是无处不在的普及率,然而其劣势过多。

• 精度低

• 与安卓设备相比,iOS设备的支持有限(或不存在)

• 需要专用硬件,系统部署成本较高

Wi-Fi方案并不一定需要设备连接到定位设备节点,但是非连接型方案对系统精度和延迟有影响,该系统的主要参数有:

RSSI - 用于估算距离

MAC地址 – 用于设备辨识

RSSI测量与三边测量共用,以确定设备在空间内的大致位置。设备指纹是Wi-Fi定位方案的另一套计算方法。它利用历史RSSI和已知位置来更准确地确定设备位置。

Wi-Fi方案中有时也会用到ToF。基本原理是利用无线接入的时间戳来计算信号的ToF,然后利用该信息来估算客户端设备相对接入点间的距离。ToF需要设备与本地Wi-Fi网络建立连接,因此可能会对隐私安全产生影响,也会招致扩展性的问题。

超声波

超声波技术利用声波在20kHz以上的频率范围内传输数字数据。在室内导航系统中,超声波系统利用ToF来计算物体位置,结合三边测量可以将探测精度提高至几厘米内。

射频信号不同,超声波信号更容易被空间内的墙体和物体阻碍。但这在室内导航系统中反而算作为一个优势,因为这可以精确确定设备所在的房间。超声波室内导航系统除了要在设施内部部署定位设备外,还需要在待定位设备上贴上标签。

小结  

       需要注意的是,某些室内导航应用也许更适合一种或多种技术结合。除了利用RSSI,ToF和其他方法确定位置外,室内导航系统还可以利用先进的软件算法和传感器(多传感器测量)来提高位置计算的精度。

       责任编辑:PSY

声明:电子发烧友编译自蓝牙技术联盟博客,原作者Mohammad Afaneh,转载请注明以上来源。如需入群交流,请添加微信elecfans999,投稿爆料采访需求,请发邮箱huangjingjing@elecfans.com。

原文标题:普及室内导航需要考虑哪些因素,常用无线技术有何优劣?

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BCM43752 双频802.11ax Wi-Fi /蓝牙5组合芯片

BCM43752实现两个带蓝牙5的802.11ax流 在移动设备(如智能手机和平板电脑)上实现高达1.2 Gb / s的Wi-Fi速度。 功能 支持两个802.11ax流 蓝牙5 包括低能量远程(LELR) FM无线电接收器 1.2 Gb / s PHY速率 1024 QAM调制 OFDMA MU-MIMO
发表于 07-04 13:18 1000次 阅读
BCM43752 双频802.11ax Wi-Fi /蓝牙5组合芯片

BCM4375 双频802.11ax Wi-Fi /蓝牙5组合芯片

BCM4375同时实现两个带蓝牙5的802.11ax流 在移动设备(如智能手机和平板电脑)上实现高达1.429 Gb / s的Wi-Fi速度。 功能 支持两个802.11ax流 蓝牙5 包括低能量远程(LELR) 实时同步双频(RSDB) 1.429 Gb / s PHY速率 1024 QAM调制 OFDMA MU-MIMO
发表于 07-04 13:16 221次 阅读
BCM4375 双频802.11ax Wi-Fi /蓝牙5组合芯片

BCM4358 5G WiFi 802.11ac客户端

实现单流和双流802.11ac规范,分别实现高达433和867 Mb / s的速度,并向下兼容不推荐用于新设计802.11 b / g / a / n设备。 该产品系列用作智能手机,平板电脑,机顶盒,数字电视,PC产品和其他需要小尺寸和低功耗连接的产品的客户端设备解决方案。每款产品都有一个单芯片双频收发器,集成了完整的802.11ac无线子系统中的所有主要功能模块,包括无线电,基带和MAC,以及根据客户应用要求,蓝牙和FM收音机。这些高度集成的解决方案可提供家庭和企业中高质量视频和媒体应用所需的更高覆盖率和吞吐量性能,并且无论使用何种应用处理器,都可以添加到任何终端产品中。 功能 单流和双流IEEE 802.11ac解决方案,数据速率高达433.3和866.7 Mb / s 完整的IEEE 802.11a / b / g / n双频段不推荐用于新设计与增强性能的兼容性 支持20,40和80 MHz频道—将802.11n解决方案的带宽提高一倍—可选的SGI(256 QAM调制) 256 QAM,一种提高数据传输效率的高阶调制方案 符合802.11ac标准的发送波束成形,低密度奇偶校验码( LDPC)和空时分组编码(STBC)用于扩展覆盖范围。 Broadcom的TurboQAM ® 技术在2.4 GHz中实现了最高...
发表于 07-04 13:16 321次 阅读
BCM4358 5G WiFi 802.11ac客户端

BCM4356 5G WiFi 802.11ac客户端

实现单流和双流802.11ac规范,分别实现高达433和867 Mb / s的速度,并向下兼容不推荐用于新设计802.11 b / g / a / n devices。   此产品系列用作智能手机,平板电脑,机顶盒,数字电视,PC产品和其他设备中的客户端设备需要小尺寸和低功耗连接解决方​​案的产品。每款产品都有一个单芯片双频收发器,集成了完整的802.11ac无线子系统中的所有主要功能模块,包括无线电,基带和MAC,以及根据客户应用要求,蓝牙和FM收音机。这些高度集成的解决方案可提供家庭和企业中高质量视频和媒体应用所需的更高覆盖率和吞吐量性能,并且无论使用何种应用处理器,都可以添加到任何终端产品中。 功能 单流和双流IEEE 802.11ac解决方案,数据速率高达433.3和866.7 Mb / s 完整的IEEE 802.11a / b / g / n双频段不推荐用于新设计与增强性能的兼容性 支持20,40和80 MHz频道—将802.11n解决方案的带宽提高一倍—可选的SGI(256 QAM调制) 256 QAM,一种提高数据传输效率的高阶调制方案 符合802.11ac标准的发送波束成形,低密度奇偶校验码( LDPC)和空时分组编码(STBC)用于扩展覆盖范围。 Broadcom的TurboQAM®技术实现...
发表于 07-04 13:15 452次 阅读
BCM4356 5G WiFi 802.11ac客户端

BCM4350 5G WiFi 802.11ac客户端

实现单流和双流802.11ac规范,分别实现高达433和867 Mb / s的速度,并向下兼容不推荐用于新设计802.11 b / g / a / n devices。   此产品系列用作智能手机,平板电脑,机顶盒,数字电视,PC产品和其他设备中的客户端设备需要小尺寸和低功耗连接解决方​​案的产品。每款产品都有一个单芯片双频收发器,集成了完整的802.11ac无线子系统中的所有主要功能模块,包括无线电,基带和MAC,以及根据客户应用要求,蓝牙和FM收音机。这些高度集成的解决方案可提供家庭和企业中高质量视频和媒体应用所需的更高覆盖率和吞吐量性能,并且无论使用何种应用处理器,都可以添加到任何终端产品中。 功能 单流和双流IEEE 802.11ac解决方案,数据速率高达433.3和866.7 Mb / s 完整的IEEE 802.11a / b / g / n双频段不推荐用于新设计与增强性能的兼容性 支持20,40和80 MHz频道—将802.11n解决方案的带宽提高一倍—可选的SGI(256 QAM调制) 256 QAM,一种提高数据传输效率的高阶调制方案 符合802.11ac标准的发送波束成形,低密度奇偶校验码( LDPC)和空时分组编码(STBC)用于扩展覆盖范围。 Broadcom的TurboQAM®技术实现...
发表于 07-04 13:13 546次 阅读
BCM4350 5G WiFi 802.11ac客户端

BCM43162 5G WiFi 802.11ac客户端

实现单流和双流802.11ac规范,分别实现高达433和867 Mb / s的速度,并向下兼容不推荐用于新设计802.11 b / g / a / n devices。   此产品系列用作智能手机,平板电脑,机顶盒,数字电视,PC产品和其他设备中的客户端设备需要小尺寸和低功耗连接解决方​​案的产品。每款产品都有一个单芯片双频收发器,集成了完整的802.11ac无线子系统中的所有主要功能模块,包括无线电,基带和MAC,以及根据客户应用要求,蓝牙和FM收音机。这些高度集成的解决方案可提供家庭和企业中高质量视频和媒体应用所需的更高覆盖率和吞吐量性能,并且无论使用何种应用处理器,都可以添加到任何终端产品中。 功能 单流和双流IEEE 802.11ac解决方案,数据速率高达433.3和866.7 Mb / s 完整的IEEE 802.11a / b / g / n双频段不推荐用于新设计与增强性能的兼容性 支持20,40和80 MHz频道—将802.11n解决方案的带宽提高一倍—可选的SGI(256 QAM调制) 256 QAM,一种提高数据传输效率的高阶调制方案 符合802.11ac标准的发送波束成形,低密度奇偶校验码( LDPC)和空时分组编码(STBC)用于扩展覆盖范围。 Broadcom的TurboQAM®技术实现...
发表于 07-04 13:12 344次 阅读
BCM43162 5G WiFi 802.11ac客户端

BCM11211 Persona™媒体处理器

BCM11211是Broadcom Persona®系列的一部分。 IP通信应用处理器。  BCM11211是Broadcom的Persona IP通信处理器系列的一部分。 BCM11211连接Broadcom的蓝牙,Wi-Fi和GPS连接产品,允许原始设备制造商(OEM)添加技术以扩展下一代产品的功能。  功能 运行基于Linux®的Broadcom MediaxChange™软件,这是经过现场验证的PhonexChange&trade的最新语音,视频和多媒体版本;软件 采用Broadcom创新的音频清晰度技术SmartAudio®,可显着提高IP网络的音质。 BCM11181 VideoCore®的无胶接口; III多媒体协处理器 10/100 Base-TX以太网媒体访问控制器(MAC)和物理层(PHY),支持自动关机绿色模式 应用 IP语音(VoIP)...
发表于 07-04 10:13 161次 阅读
BCM11211 Persona™媒体处理器

BCM2040-1 用于鼠标和键盘的单芯片蓝牙

集成是实现当今PC原始设备制造商系统成本目标的关键。通过将当今鼠标和键盘中的所有组件集成到BCM2040中,可以实现较低的系统成本,从而接近不推荐用于新设计有线鼠标和键盘的价格点。 BCM2040可直接连接鼠标光学或球形编码器和键盘扫描矩阵。   BCM2040是低成本蓝牙鼠标和键盘设备设计的重大突破。 BCM2040是一款真正的单芯片,集成了整个配置文件,应用程序和蓝牙协议栈,完全符合人机界面设备的Bluetooth SIG规范。该设备完全符合1.1版蓝牙规范,并支持关键的蓝牙1.2版功能,包括自适应跳频和快速连接,这对个人计算机中的鼠标和键盘应用至关重要。    功能 具有完全集成的人机接口设备(HID)配置文件和蓝牙1.1版堆栈的单芯片蓝牙设备  On-板8051处理器和RAM / ROM内存  自定义集成蓝牙核心处理器已经过优化,可支持HID配置文件并最大限度地降低功耗 应用程序 无线手机 无线耳机 无线键盘和鼠标 无线扬声器 智能设备 ...
发表于 07-04 10:08 131次 阅读
BCM2040-1 用于鼠标和键盘的单芯片蓝牙

BCM2035 蓝牙®单芯片HCI解决方案

单芯片独立基带处理器,集成2.4-GHz收发器,适用于蓝牙1.1和1.2应用。   Broadcom BCM2035是一款单芯片独立基带处理器,集成2.4 GHz收发器,适用于蓝牙1.1和1.2应用。通过将关键组件集成到设备中,无需外部闪存和有源组件,从而最大限度地减少了实施蓝牙系统的占地面积和系统成本。 BCM2035是通过USB或UART和PCM音频接口需要Bluetooth SIG标准主机控制器接口(HCI)的任何语音和/或数据应用的最佳解决方案。 BCM2035基于BCM2033蓝牙基带核心,外围传输单元和微处理器单元的生产和UnPlugFest验证架构。微处理器单元将低级协议栈存储在只读存储器(ROM)和补丁随机存取存储器(RAM)中,以提供最大的灵活性。 功能 任何单芯片解决方案的最高可用BT无线电性能 小数N频率合成器支持12至40 MHz的任何晶体或TCXO光源 应用 智能设备...
发表于 07-04 10:08 242次 阅读
BCM2035 蓝牙®单芯片HCI解决方案

BCM2042 高级无线键盘/鼠标蓝牙®解

真正的单芯片,集成了整个配置文件,应用程序和蓝牙协议栈,完全符合人机界面设备的蓝牙SIG规范。  BCM2042是低成本蓝牙鼠标和键盘设备设计的重大突破。 BCM2042完全符合2.0版蓝牙规范,包括自适应跳频和快速连接,这些对于个人计算机中的鼠标和键盘应用至关重要。集成是实现当今PC制造商的系统成本目标的关键。通过将当今鼠标和键盘中的所有组件集成到BCM2042中,可以实现较低的系统成本,从而接近不推荐用于新设计有线鼠标和键盘的价格点。 BCM2042可直接连接鼠标光学或球形编码器和键盘扫描矩阵。  功能 具有完全集成人机界面的单芯片蓝牙设备设备(HID)配置文件和完整蓝牙堆栈 板载8051处理器和RAM / ROM内存 成本优化的鼠标和键盘应用解决方案,通过集成实现最低成本所有外部组件 取代现有鼠标或键盘处理器和内存并添加蓝牙功能 应用程序 无线手机 无线耳机 无线键盘和鼠标 无线扬声器 笔记本电脑 个人电脑 数字电视 游戏设备 智能设备...
发表于 07-04 10:08 340次 阅读
BCM2042 高级无线键盘/鼠标蓝牙®解

CABLEMEDEA 家庭网络连接软件

CableMedea™是一个全面而完整的软件住宅网关包。 CableMedea™是一种全面的软件住宅网关软件包,旨在显着缩短产品上市时间,节省开发成本。它可用于有线调制解调器VoIP网关,有线调制解调器无线网关,电缆调制解调器,有线机顶盒,CableHome网关和PacketCable网关。该产品的完整性使开发人员无需使用额外的第三方软件包,最大限度地减少评估周期和解决接口兼容性问题的软件开发工作。 功能 包括对CableHome™,住宅网关和CableOffice合规性的所有必要支持 为Broadcom的DOCSIS®开发; 1.1和2.0住宅网关产品 管理和配置直观的基于Web的GUI,符合CableHome的CMP实施,SNMPv3,远程功能/服务启用/禁用,远程升级和DOCSIS® 1.1和2.0安全软件下载 LAN连接包括以太网,802.11无线,USB,HomePlug,HPNA,蓝牙,DHCP服务器和UPnP QoS 应用程序 家庭网关 机顶盒 IP语音(VoIP)...
发表于 07-04 10:04 107次 阅读
CABLEMEDEA 家庭网络连接软件

BCM1104 千兆IP电话芯片

IP电话芯片使制造商能够构建具有硬件安全性和卓越语音质量的IP电话。   芯片也是集成了千兆以太网(10/100/1000 Mb / s)交换机和两个快速以太网(10/100 Mb / s)收发器,可以选择性地开发传统的快速以太网IP电话设计,而无需额外增加外部收发器的成本。通过添加外部千兆以太网收发器,制造商可以轻松升级其设计以创建千兆以太网IP电话型号。 功能 BCM1104是下一代芯片,集成硬件安全性,高级服务质量(QoS)技术和千兆以太网(GbE)交换机 基于具有增强DSP功能的RISC架构,为中端IP电话提供优化的性能水平 的BroadSAFE&安培;贸易;带有用于AES加密和SHA-1身份验证算法的硬件加速的安全模块 灵活的外设接口架构可以连接无线局域网,蓝牙和视频设备而无需胶合逻辑 应用程序 IP电话 VoIP住宅终端适配器 IP PBX系统...
发表于 07-04 09:51 219次 阅读
BCM1104 千兆IP电话芯片