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“厘米級”定位的藍牙5.1核心標準已來,目前有哪些芯片可供選擇?

荷葉塘 ? 來源:電子發燒友 ? 作者:程文智 ? 2019-04-02 10:33 ? 次閱讀
目前,從智能手機、平板電腦、汽車、音頻娛樂設備、智能家居,到智能樓宇、智能工業等應用都有藍牙技術的身影。根據ABI Research的報告分析,2018年藍牙產品的出貨量為40億,預計到2022年將會增長到52億。
當然,藍牙產品最大的市場還是在音頻和娛樂市場,但是隨著藍牙5.0標準的推出,以及mesh功能的加入,藍牙技術在智能樓宇和智能工廠等新興領域也得到了不少的發展。根據藍牙技術聯盟提供的數據,現在有越來越多的樓宇開始部署藍牙的解決方案,以用于資產跟蹤、人員跟蹤、導航和空間利用,藍牙定位服務呈現快速增長。
藍牙技術聯盟亞太區開發者關系經理任凱在2月21日藍牙技術聯盟在北京舉辦的媒體發布會上預計,到2022年基于定位服務的藍牙出貨量將會達到4億。
圖1:藍牙產品的出貨量預計,2020年藍牙產品的出貨量會達到52億。(圖片來源:藍牙技術聯盟)
能做出如此樂觀的估計,主要是因為藍牙技術聯盟在今年一月份推出的藍牙核心規范Core specification 5.1,該新的藍牙核心規范加入了“尋向功能”(direction finding),這個功能可幫助設備明確藍牙信號的方向,實現厘米級位置精度的藍牙定位系統。
新的藍牙5.1核心規范的“厘米級”定位如何實現的?
目前,基于位置的藍牙服務解決方案通常分為兩類:接近類解決方案和定位系統解決方案。接近類解決方案可借助藍牙,解讀兩臺設備何時彼此靠近,以及相距距離的近似值。該類別同時包括物品追蹤(item finding)解決方案(如個人財物標簽)、以及地標(Point of Interest; PoI)信息解決方案(如鄰近感知Beacon)。
使用藍牙技術的接近類和定位類解決方案中,主要基于RSSI(Received Signal Strength Indication基于接收信號強度指示)定位,以iBeacon定位技術舉例,一般是由Beacon來發射信號,藍牙設備定位接受,反饋信號。當用戶進入、退出或者在區域內徘徊時,Beacon的廣播有能力進行傳播,可計算用戶和Beacon的距離(可通過RSSI計算),由此可知,只要有三個即可定位,但是其定位精度只能到米級。
不過,藍牙5.1核心規范引入“尋向功能”后,這個精度可提升至“厘米級”。
這是因為藍牙5.1的尋向功能中,主要由兩種定位要素構成,即到達角(Angle-of-Arrival:AoA)和出發角(Angle of Departure:AoD)。
到達角,是通過測試發射器和接收器直接的到達方向然后通過三角定位獲得發射器和目的物的方位和距離的技術,主要針對RTLS(實時定位系統)、物品追蹤和地標信息。
出發角,也是利用信號相位差技術,主要是針對室內定位系統(IPS),這個測向技術適合完成室內物品管理,物流、倉儲等。
實時定位系統(RTLS)和室內定位系統(IPS)是兩種最受歡迎的藍牙位置系統。
藍牙RTLS解決方案可追蹤設施內的重要資產,比如確定倉庫中的托盤、叉車和工人、以及醫院中的超聲波機器和患者的位置等,能夠優化緊急響應時間,保證安全。
在RTLS解決方案中,通過在主要資產上安裝由電池供電的低功耗藍牙發射器( “標簽”),這些標簽便將它們的當前位置和接收信號強度發送到位于設施內固定位置的藍牙接收器(“定位器”)。設施管理者通過這一方式獲得追蹤資產的位置信息。
在添加全新尋向功能后,RTLS解決方案中的位置引擎可以接收信號強度和標簽方向,并利用這些數據將位置精度提高到厘米級,使工廠能夠更精準地追蹤物流位置,同時監控工人的位置并在工人進入不安全的工作區域前向他們發出警告。
圖2:藍牙定位系統在資產追蹤方面的應用。(圖片來源:藍牙技術聯盟)
有哪些藍牙5.1標準的產品可供選擇?
那現在有哪些藍牙芯片可以支持藍牙5.1核心規范呢?由于藍牙5.1核心規范剛剛發布不久,目前市面上支持該規范的芯片還不是很多,但還是有一些的,比如Nordic新推出的nRF52811 SoC就是一款支持藍牙5.1尋向功能的芯片。
圖3:Nordic的nRF52811 SoC就是一款支持藍牙5.1尋向功能的芯片。(圖片來源:Nordic)
nRF52811是一個全功能無線連接解決方案支持藍牙5.1尋向功能和一系列流行低功耗無線協議,比如Thread和ZigBee,可用于智能家居和工業產品的網關等應用。
這款SoC器件擴展了Nordic備受歡迎的nRF52系列平臺,結合了Nordic入門級nRF52810 SoC之低成本特性與主流nRF52832和高端nRF52840 SoC之多協議支持功能。nRF52811也是Nordic低功耗無線連接產品系列中首款支持藍牙5.1的產品。
Nordic nRF52811 SoC包括一個多協議2.4GHz射頻模塊(具有4dBm輸出功率、-97dBm靈敏度 (在藍牙5 1Mbps模式下))、一個64MHz的32位Arm®Cortex™M4處理器,以及192kB Flash和24kB RAM內存。nRF52811 SoC還包含多種模擬和數字接口。
除了nRF52811,Dialog半導體在今年2月份推出的DA1469x系列產品也支持藍牙5.1核心規范,可使用到達角和離開角功能實現精準定位。DA1469x可為樓宇門禁和遠程無鑰開鎖系統等需要精準室內定位設備開辟新的機會。不過,在尋向功能實現中,天線設計至關重要,Dialog會提供天線參考設計。
此外,藍牙技術聯盟也在對用于驗證新藍牙產品的藍牙技術聯盟工具Launch Studio進行更新,以支持尋向功能。
藍牙技術聯盟也同時透露,其實有些廠商也可以通過軟件升級讓芯片方案升級到支持藍牙5.1核心規范。比如Silicon Labs,在藍牙技術聯盟宣布推出藍牙5.1核心規范后,也隨即發布了旗下最新的藍牙5.1軟件解決方案。
據Silicon Labs微信公眾號的文章介紹,其Blue Gecko系列藍牙SoC和模塊產品,搭配最新發表的藍牙5.1協議棧,可提供標準化的藍牙5.1測向解決方案。比如,Wireless Gecko EFR32BG13 藍牙SoC 和 BGM13 模塊。
還有國內的物聯網芯片廠商泰凌微電子也宣布,其去年推出的多模物聯網無線連接芯片TLSR8258,預留了對藍牙5.1新規范的硬件支持,可實現多達八天線的功能設計支持全新推出的“尋向功能”。
目前有哪些藍牙5.1的IP可供選擇?
就目前來說,CEVA和Synopsys都可以提供藍牙5.1的IP。
其中CEVA可提供RivieraWaves藍牙5.1 IP,這款IP支持通過到達角(AoA)和出發角(AoD)進行測向的熱門全新功能,從而實現增強的定位服務。CEVA同時提供藍牙雙模和低能耗藍牙兩種版本。
CEVA的RivieraWaves藍牙IP平臺為低能耗藍牙和藍牙雙模連接提供了全面的解決方案。每個平臺均由一個硬件基帶控制器和一個功能豐富的軟件協議棧組成。平臺有靈活的無線接口,可以集成RivieraWaves RF或各種合作伙伴的RF IP,從而實現代工廠和工藝節點的最佳選擇。
RivieraWaves藍牙IP平臺支持所有藍牙5.1功能,包括LE 2Mbps數據速率、長距離和LE廣告擴展和AoA/AoD。據CEVA提供的數據顯示,迄今為止,RivieraWaves藍牙IP平臺已用于超過15億臺出貨設備和數十家授權許可廠商,獲得許多半導體企業和OEM廠商廣泛部署在消費產品和IoT設備中,包括智能手機、平板電腦、揚聲器、頭戴式和入耳式耳機、助聽器和其他可穿戴設備。
Synopsys用于藍牙、Thread和ZigBee的DesignWare IP可實現安全和并行的無線連接,并針對可穿戴和智能物聯設備做了優化,具有低功耗和長電池壽命特點。其解決方案由緊湊型PHY和高性能控制器組成,符合藍牙標準,目前可以支持藍牙5.1和Mesh網絡,并兼容Thread和ZigBee規范。
 
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