Peilung ist die Praxis, die Übertragungsrichtung eines empfangenen Signals zu kennen. Es unterstützt alles in einem System, von der Verfolgung von Wildtieren bis hin zu Luftfahrt und nautischer Navigation. Bluetooth hat die neue optionale Richtungsfindungs-Kernspezifikation in seinem neuesten Bluetooth hinzugefügt 5.1. Diese neue Funktion ermöglicht es Bluetooth-Geräten, die Richtung jedes Signals zu kennen, das von einem anderen Bluetooth-Gerät gesendet wird. Es ist auch in der Lage und kann die Lösungen von Bluetooth-Ortungsdiensten radikal verbessern. Das Merkmal der Richtungsfindung unterstützt zwei Techniken. Diese Techniken sind; die Bluetooth-AoA (Winkel der Ankunft) und das Bluetooth-AoD (Abflugwinkel).
Bei MOKOBlue, Wir erstellen und liefern mehrere Bluetooth-Beacons die die neuen Bluetooth-Wegbeschreibungsfunktionen mit diversifizierten Designs für die unabhängige Entwicklung unterstützen. Unser Team widmet sich der Entwicklung und Anpassung verschiedener Hardware- und Softwaredesigns gemäß den Kundenanforderungen.
Das Arbeitsprinzip von Angle of Arrival und Angle of Departure
Ankunftswinkel (AoA)
- Ein Asset sendet(TX) seine Lage zu einem AoA Lokalisierer, wie ein drahtloser Zugangspunkt (AP), verbundenes Licht, oder intelligente Leuchte
- Der Ortungsgerät misst den Winkel der Ankunft des Signals
Abflugwinkel(AOD)
- Beacons übertragen AoD-Informationen, wie Koordinaten, über mehrere Antennen
- Mobile Geräte, einschließlich Smartphones, Empfangen Sie die Beacons und berechnen Sie ihren Standort
Designüberlegungen zu Bluetooth AoA (Ankunftswinkel)
• Es wird nur eine einzige Antenne benötigt. Es kann energiesparend sein und unterstützt gleichzeitig andere Funktionen von BLE
• Nur 4 x 4 oder 3 x 3 Schalter und Antennenstrahlen werden von den Ortungsgeräten benötigt
• Alle Winkelmesswerte werden vom Bluetooth AoA verarbeitet Gateways. Sie bestimmen auch den Standort des Geräts, indem sie mit einem Asset-Management-System in der Cloud kommunizieren
Designüberlegungen zu Bluetooth AoD (Abflugwinkel)
• Nur 4 x 4 oder 3 x 3 Schalter und Antennenstrahlen werden von den Beacons benötigt
• AoD-Algorithmen müssen von Geräten wie Smartphones unterstützt werden
• Dem Ortungsdienstsystem müssen die Koordinaten der Bake bekannt sein
Lösungen der neuen Bluetooth-Peilfunktion
Neben Positionierungs- und Schlüsselnäherungsanwendungen, Die Bluetooth-Peilfunktion hat auch andere Lösungen. Sie beinhalten;
Lösungen zum Finden von Gegenständen
In der Erfahrung des Benutzers, Item-Finding-Lösungen erfahren einen erheblichen Schub. Wenn Smartphone-Verkäufer eine Bluetooth-AoA-Peilfunktion in ihre Telefone integrieren, Artikelfindungslösungen können die Richtungsdaten steuern. Dies impliziert, dass sie nicht nur in der Lage sein werden, die Nähe eines verlegten Gegenstands zu bestimmen, aber sie werden auch seinen genauen Standort kennen. So, Die Bluetooth-Peilfunktion eliminiert die Annahme, die bei der Suche nach verlorenen Gegenständen erforderlich ist.
RTLS-Lösungen
RTLS-Lösungen können die Peilfunktion implementieren, um die Bluetooth-AoA-Genauigkeit eines Standorts auf Zentimeterebene zu verbessern, wenn sie in der richtigen Umgebung eingesetzt werden. RTLS mit Peilfunktion ermöglicht es einer Fabrik, die Position und den Materialfluss mit erhöhter Präzision zu verfolgen. Außerdem, Es warnt die Mitarbeiter auch, wenn sie sich gefährlichen Arbeitsbereichen nähern.
PoI-Informationslösungen
Wenn die Bluetooth-AoA-Peilfunktion zu Smartphones hinzugefügt wird, Davon profitieren vor allem die PoI-Informationslösungen. Zum Beispiel, Verschiedene Ausstellungsstücke mit zugehörigen Baken in einem Museum können die PoI-Informationsanwendung verwenden. Benutzer können von ihrem Smartphone aus auf die PoI-Informationsanwendung zugreifen und alle verfügbaren Exponate in einem Raum kennen. Die Anwendung ermöglicht es dem Benutzer, das opportunistischste Exponat auszuwählen, um zusätzliche Informationen zu diesem bestimmten Exponat zu erhalten. Benutzer können die Orientierungshilfe verwenden, um weitere Informationen zu einem bestimmten Objekt zu erhalten, indem sie ihr Smartphone einfach auf dieses bestimmte Exponat richten.
IPS-Lösungen
Die Peilfunktion wird auch in IPS-Lösungen eingesetzt. Zum Beispiel, bei Ortungssystemen, Die neue Bluetooth-Navigationsfunktion kann verwendet werden, um Fans in einem großen Stadion direkt auf ihren Plätzen zu navigieren. IPS-Lösungen mit Peilfunktion erfordern weniger Ortungsbaken, um eine bessere Genauigkeit zu erzielen. Dies verleiht Bereitstellungen zusätzliche Effektivität. Außerdem, Die erreichte Genauigkeit liefert inkrementelle Informationen und ein Verständnis der Verbraucher- und Produktinteraktion.
Bluetooth 5.1 AoA Location Service Realisationstheorie
Zusammenfassung der Indoor Positioning Technology
Indoor Positionsbestimmung hat mehrere Lösungen. Sie beinhalten; UWB, W-lan, BLE-Beacon, und BLE AoA. UWB hat einen Genauigkeitsbereich von 0,1 m bis 1 m, während Wi-Fi- und BLE-Beacons einen größeren Fehler aufweisen. Ihr Genauigkeitsbereich liegt zwischen 5 m und 20 m.
Analyse der Indoor-Positionierungstheorie
Das Indoor-Positionierungssystem zeichnet die Architekturmodellierung einer realen Szene, Richtet den Empfänger-Router im Innenbereich ein, und markiert die passende Position auf der Modellkarte. Alle Funksignale werden über ein Smartphone oder ein Beacon-Modul übertragen. Nach dem Empfang der drahtlosen Signale, Der an einem festen Punkt installierte Empfängerrouter authentifiziert den Positionsbereich des Beacons.
Nach Bestätigung der Reichweite des Positionsbereichs, Verschiedene Antennen können den Signalankunftswinkel der Bake messen. Dies kann berechnet werden, indem die genaue Position des Beacons und die Triangulationspositionierung kombiniert werden.
Triangulation
Triangulation bezieht sich auf die Messung der Position eines Beacons unter Verwendung von zwei AoA-Datensätzen. Ein AoA-Datenwert kann mit zwei Antennensätzen gemessen werden. Auf der anderen Seite, Die Position eines Geräts kann mit zwei Sätzen von AoA-Daten gemessen werden.
Theorie der Messung
Frequenz
Das ISM-Band in Bluetooth-Geräten beginnt mit 2.40 GHz bis 2.41 GHz. Bluetooth hat 3 Broadcast-Kanäle, die enthalten 37, 38, und 39. In den Kernspezifikationen von Bluetooth v5.x, Der umfangreiche Bluetooth Low Energy Broadcast kann in jedem beliebigen Kanal aus übertragen werden 0 zu 39. So, alle Beacons mit Bluetooth-Version 5.1 kann effektiv auf jedem Bluetooth-Kanal funktionieren.
Phase
Alle drahtlosen Signale sind kontinuierlich in der Luft. Im Frequenzbereich, Der RX-Empfänger kehrt die Modulation um und sammelt das Signal eines 0~2π-Wellenzyklus.
AoA-Berechnung
Stellen Sie sich vor, ein BLE-Beacon-Signal mit fester Frequenz sendet in einem offenen Raum. Der RX empfängt eine Null-Phasendifferenz, wenn sich die Empfänger während einer bestimmten Zeit auf demselben Radius und TX-Ende befinden. Dennoch, Ein Phasenempfänger wird erfasst, wenn sich der RX-Empfänger in einer Position mit einem inkompatiblen Radius befindet, während einer bestimmten Zeit.
AoA-Messfehler
Es gibt zwei Winkel einer zweidimensionalen Ebene, aber es gibt eine Kreisbahn mit einem Radius von α in tatsächlichen dreidimensionalen Koordinaten. Obwohl der AoA-Empfänger das Signal eines Leuchtfeuers kennt, wenn es sich auf der Flugbahn des Kreises befindet, es kann nicht feststellen, ob sie sich auf dem Kreis befinden oder nicht. Während dieser Zeit, der Koordinatenstandortpunkt der Bake wird durch ein orthogonales Antennenarray bestätigt.
Antennenarrays werden durch Positionierung und Reduzierung der eingesetzten Empfänger eingestellt. Unten sehen Sie eine Illustration zur Bereitstellung von Standard-Antennenarrays mit einem Bluetooth-AOA-Entwicklungskit.
Bereitstellung von AoA-Software in Bluetooth 5.1
Bluetooth 5.1 wird mit AoA-Protokollspezifikationen in der logischen Verbindungsschicht entwickelt. Der Angle of Arrival und der Angle of Departure können sowohl den Broadcast- als auch den Connection-Modus unterstützen und unter 1M oder 2M regulärem PHY arbeiten. Das Folgende sind die Anforderungen an das Datenübertragungsformat
• Ein PDU-Datenpaket hat standardisierte AoA/AoD-Spezifikationen
• Der CTE ist die AoA/AoD-Datenpaketerweiterung, und seine Periode ist 16 μs – 160 μs.
• Die Signalmodulation von 250 kHz ist auf einer Trägerwelle ohne CRC-Validierung und Whitening verfügbar.
• Der RX-Empfänger verwendet ein Signal, um die Phasendifferenz zu berechnen und den I/Q-Wert des Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt abzutasten.
Herausforderungen von Bluetooth-AoA-Designs
Signalreflexionsstörung
Der Empfänger RX in einer realen Szene empfängt sein Reflexionssignal oder das von anderen Ankunftswinkeln und Bakensignalen. Außerdem, CTE-erweiterte Datenpakete werden durch das Reflexionssignal getragen, obwohl Rauschsignale zuerst eliminiert werden müssen.
Kompensationsschaltzeit
Verschiedene TF-Antennen werden vom HF-Kern gesteuert. Abgesehen von der Signalübertragungszeit in der Luft, die Schaltzeit der HF muss immer kompensiert werden.
Winkelwertfehler
Ein Algorithmus ist erforderlich, um den Fehler zu minimieren, da die Messungen einen Fehler aufweisen müssen. Meist, Der Fehlerbereich liegt zwischen 3% ~ 5%.
Tipps zur Maximierung der Genauigkeit von Bluetooth AoA
Bluetooth-Ankunftswinkel (AoA) berechnet den Azimut- und Elevationswinkel des Beacons anhand der Phasendifferenz eines Signals, das auf verschiedene Antennen trifft. Physikalische Aspekte und der Prozess der Signalübertragung beeinflussen die Genauigkeit von AoA. Diese Genauigkeit variiert von wenigen Zentimetern bis zu etwa einem Meter.
Einige der Strategien zur Maximierung der Genauigkeit von Bluetooth AoA sind;
ein) Halten Sie Metallgegenstände immer von den Ortungsgeräten fern. Eine bessere Genauigkeit kann durch Hinzufügen von Boxen über den Ortungsgeräten erreicht werden. Dies geschieht, um Metallgegenstände in der Nähe der Ortungsgeräte fernzuhalten.
b) Ordnen Sie die Ortungsgeräte auf jeder Seite eines Leuchtfeuers an. Es ist wichtig, dass Ortungsgeräte in gleichmäßigen Abständen um alle Seiten der Bake herum vorhanden sind. Eine schlechte Genauigkeit wird realisiert, wenn ein großer Winkel zwischen der Bake und dem Ortungsgerät besteht.
c) Die beste Genauigkeit wird erreicht, wenn die Bake und das Ortungsgerät nahe beieinander positioniert sind. Lassen Sie die Ortungsgeräte bei hohen Decken immer herunter, um eine bessere Genauigkeit zu erzielen. Ebenfalls, Denken Sie daran, die Ortungsgeräte nicht zu weit fallen zu lassen, da bei einem großen Winkel zwischen Ortungsgerät und Bake eine schlechte Genauigkeit erzielt werden kann.
d) Unter den X, UND, und Z-Stellen, die schlechteste Genauigkeit wird auf der Z-Achse realisiert, da alle Positionsgeber oft auf ähnlichen Höhen platziert sind.
e) Eine bessere Genauigkeit wird erreicht, wenn eine Sichtlinie zwischen dem Ortungsgerät und der Bake besteht. Erwägen Sie, Beacons auf Gegenständen wie Palettenladungen und Ortungsgeräten auf dem Dach oder der Decke zu platzieren, um eine Sichtverbindung zwischen den beiden herzustellen.
f) Fügen Sie zusätzliche Ortungsgeräte an der genauen Position hinzu, um mehr Positionswinkel zu erstellen. Diese Standortwinkel können verwendet werden, um eine verbesserte Genauigkeit der Position des Beacons zu berechnen.
G) Sie können auch im Laufe der Zeit filtern, um mehr Daten zu mitteln. Dies ist erreichbar, ohne die Ortungsmaschine zu belasten, obwohl die Latenz erhöht wird, wenn Aktualisierungen des Standorts empfangen werden.
h) Abweichungen in der Genauigkeit hängen von der Ausrichtung einer Bake ab. In kontrollierten Szenarien, Sie können erwägen, die Ausrichtung eines Beacons anzuordnen und zu fixieren, um die Genauigkeit in einer bestimmten Richtung zu verbessern.
ich) Es ist wichtig, eine genaue Standort- und Ankermessung zu haben – eine schlechte Genauigkeit wird aufgrund ungenauer Anfangsmessungen erreicht.
Vorteile der Bluetooth AoA-Positionierungstechnologien von MOKOBlue
• Sie haben eine durchschnittliche Genauigkeit zwischen 0.1 zu 0.5 Meter
• Sie verbessern die 5-Meter-Genauigkeit des anfänglichen Bluetooth Low Precision um fast 10 mal
• Sie haben eine hohe Bildwiederholfrequenz
• Diese Technologien unterstützen die Bluetooth-Version 5.1
• Sie sind mit verschiedenen Bluetooth-Tags wie Beacons kompatibel, Smartphones, Uhren, Armbänder, und viele andere
• Sie verbrauchen wenig Strom
• Sie verfügen über die Fähigkeiten von Downlink-Broadcasting und IoT-Anchor
Produktmerkmale von MOKOBlue Beacons
1. SoC der Nordic nRF52-Serie
2. Unterstützt Bluetooth-Version 4.2
3. Kompatibel mit Bluetooth-Version 5
4. Kompatibel mit Google Eddystone und Apple iBeacon
5. Verfügbar für Arduino Bluetooth iOS
6. Hat einzigartige SDK- und APP-Konfigurationen
Einige der bei MOKOBlue verfügbaren Bluetooth-Beacons sind;
ein) H6 Light Sensor Beacon – Es ist mit einer Ultraschallschweißstruktur zusammengebaut und mit der Standard-Bluetooth-Version kompatibel 4.2. Außerdem, Es ist mit einem 3-Achsen-Beschleunigungsmesser und Lichtsensoren integriert. Die H6-Lichtsensor-Leuchte ist ideal für POI-Informationslösungen.
b) W6 Bluetooth-Armband-Beacon – Dieses Bluetooth-Armband-Beacon ist mit der Standard-Bluetooth-Version kompatibel 5.1. Es wurde speziell für Anwendungsfälle wie Artikelfindungslösungen entwickelt, Flussmanagement, usw.
c) H7 Helmet Beacon – Es ist ein langlebiges BLE-Beacon mit einer hohen Wasserdichtigkeit von IP67. Die Bake ist stoßfest und beständig gegen hohe Temperaturen. Daher, Es ist eine effektive Anwendung für RTLS-Lösungen, da es in rauen Umgebungen funktionieren kann, wie Lager, Fabriken, Tunnel, Baustellen, und mehr.
d) M1 Coin Beacon Tag – Es ist eine kleine und tragbare Bluetooth-Beacon-Tag-Hardware, die wiegt 5.4 Gramm. Außerdem, Es ist mit einem optionalen 3-Achsen-Beschleunigungssensor ausgestattet, der es ihm ermöglicht, das Verhalten des Benutzers zu analysieren. Das M1 Coin Beacon Tag ist die beste Wahl für IPS-Lösungen.
