Có bốn giải pháp cho định vị trong nhà: UWB, Wi-Fi , BLE beacon / BLE AoA . Đối với phạm vi chính xác, UWB là 0,1 m ~ 1 m; Đèn hiệu Wi-Fi và BLE là 5 m ~ 20 m với phạm vi lỗi lớn hơn. Là công ty cung cấp dịch vụ định vị BLE AoA thương mại đầu tiên, Quuppa có thể kiểm soát phạm vi chính xác trong khoảng 0,1 m ~ 1 m (với chip TI CC254x và Nordic nRF5281x).

2. Phân tích lý thuyết định vị trong nhà

Bất kể loại phương pháp định vị nào, hệ thống định vị trong nhà cần vẽ mô hình kiến ​​trúc của cảnh thực tế, triển khai bộ định tuyến thu trong khu vực trong nhà và đánh dấu vị trí tương ứng trên bản đồ mô hình hóa. Điện thoại di động hoặc mô-đun đèn hiệu phát tín hiệu không dây . Bộ định tuyến máy thu được triển khai ở một vị trí cố định có thể xác nhận phạm vi khu vực vị trí của đèn hiệu sau khi nhận được tín hiệu không dây.

Góc đến của tín hiệu đèn hiệu có thể được đo bằng nhiều ăng-ten sau khi xác nhận phạm vi khu vực vị trí. Kết hợp với định vị tam giác, vị trí chính xác của thiết bị đèn hiệu có thể được tính toán.

tam giác

Phép đo tam giác là để đo vị trí của thiết bị đèn hiệu thông qua hai bộ dữ liệu AoA. Như thể hiện trong hình bên dưới, hai bộ ăng-ten có thể đo một dữ liệu AoA và hai dữ liệu AoA có thể đo vị trí của thiết bị A. Cả d và D đều là các tham số đã biết, làm thế nào chúng ta có thể nhận được θ1 và θ2.

3. Lý thuyết đo lường AoA

• Tần số : Bluetooth hoạt động ở băng tần ISM (Khoa học Công nghiệp và Y tế) từ 2,40 GHz đến 2,41 GHz với băng thông 2 MHz. Bluetooth được chia thành ba kênh phát sóng 37, 38 và 39. Trong thông số kỹ thuật lõi Bluetooth v5.x, có thể phát sóng mở rộng của Bluetooth LE ở bất kỳ kênh nào từ 0 đến 39, tức là đèn hiệu Bluetooth v5.1 có thể hoạt động trên bất kỳ kênh Bluetooth nào. (Tần số Bluetooth không nhất quán khi hoạt động, điều này sẽ ảnh hưởng đến bước sóng Bluetooth λ.)

• Tính toán AoA : Giả sử có tín hiệu đèn hiệu Bluetooth tần số cố định đang phát trong khu vực mở (bỏ qua chướng ngại vật và nhiễu tín hiệu 2,4 GHz khác trong không khí). Nếu hai máy thu nằm trên cùng một bán kính và ở cùng một đầu TX, thì tại một thời điểm t nhất định, độ lệch pha mà máy thu RX nhận được phải bằng 0. Nhưng nếu máy thu ở vị trí có bán kính không nhất quán, thì tại một thời điểm nhất định thời điểm t, có sự khác biệt về pha của máy thu RX.

Nếu các sơ đồ trên không dễ hiểu, hãy chuyển sang các sơ đồ sau để hiển thị sơ đồ. Trong quá trình truyền tín hiệu, do các vị trí ăng-ten khác nhau, pha của tín hiệu được lấy mẫu tại một thời điểm t nhất định là khác nhau.

Mẹo : Về nguyên tắc, độ lệch pha có thể được tính bằng hai ăng-ten và một mảng nhiều ăng-ten có thể giúp cải thiện hiệu suất chống nhiễu.

• Sai số đo AoA

Lấy một mặt phẳng 2 chiều làm ví dụ, sẽ có hai góc là α. Và trong tọa độ ba chiều thực, sẽ có quỹ đạo là một đường tròn có bán kính là α. Bộ thu AoA chỉ biết rằng tín hiệu đèn hiệu nằm trên quỹ đạo của vòng tròn, tuy nhiên, nó không thể phán đoán vị trí của chúng trên vòng tròn. Tại thời điểm này, một mảng ăng ten trực giao là cần thiết để xác nhận tọa độ vị trí của điểm đèn hiệu.

Các mảng anten có thể được sắp xếp theo nhiều cách khác nhau. Một nhiệm vụ là định vị và nhiệm vụ còn lại là giảm thiểu số lần triển khai máy thu. Việc triển khai mảng ăng ten phổ biến được hiển thị bên dưới.

Ví dụ về Antenna Array

• Mảng ăng-ten thu Quuppa

4. Triển khai phần mềm Bluetooth 5.1 AoA

SIG đã đưa ra các thông số kỹ thuật tương ứng cho giao thức AoA trong lớp liên kết logic trong thông số kỹ thuật lõi Bluetooth 5.1.

AoA / AoD có thể hoạt động dưới 1M hoặc 2M PHY thông thường (mã hóa PHY không được hỗ trợ) và có thể hỗ trợ chế độ phát sóng và chế độ kết nối. Định dạng truyền dữ liệu có các yêu cầu sau: trong gói dữ liệu PDU, đặc tả AoA/AoD được chuẩn hóa. CTE là dữ liệu mở rộng của gói dữ liệu AoA / AoD và thời lượng là 16 μs – 160 μs. Điều chế tín hiệu 250 kHz trên sóng mang mà không làm trắng và xác thực CRC. Tín hiệu được bộ thu RX sử dụng để lấy mẫu giá trị I/Q của tín hiệu tại thời điểm t và tính toán độ lệch pha.

5. Thử thách thiết kế AoA

5.1 Nhiễu phản xạ tín hiệu

5.2 Bù thời gian chuyển đổi

5.3 Lỗi giá trị góc

Phải có lỗi trong phép đo và phạm vi lỗi thường là 3% ~ 5%. Nó cần một thuật toán để giảm lỗi.

6. Các sản phẩm Bluetooth AoA liên quan

• Mô-đun BLE5.0 CC2640R2F-Q1 dành cho ô tô RF-BM-4077B2
• Mô-đun năng lượng thấp Bluetooth 5.0 với chip TI CC2640 RF-BM-4077B1
• Mô-đun năng lượng thấp Bluetooth 5.0 CC2640R2FRSM RF-BM-4044B5

7. Nhà cung cấp chip AoA

Công cụ Texas AoA

Phòng thí nghiệm Silicon AoA

Hộp thoại AoA

AoA Bắc Âu