蓝牙5.0室内定位技术原理，成本，精度能达到多少

蓝牙50室内定位技术也是依托于蓝牙定位的，其定位原理就是我们熟知的蓝牙定位原理，是基于RSSI定位原理来计算的，成本和定位精度上都是要高于40/42版本的。目前，为满足日益增长的室内服务机器人、移动精准营销、应急求援等室内深层次定位需求，SKYLAB推出一系列蓝牙50室内定位产品，其中有蓝牙50模块、蓝牙50蓝牙Beacon、蓝牙50工卡及蓝牙50网关助力室内位置服务升级。

根据定位端的不同，SKYLAB蓝牙室内定位方案分为终端侧定位和网络侧定位。

蓝牙终端侧定位是由终端设备（如嵌入SDK软件包的智能手机）和蓝牙Beacon组成，在需要定位的区域内部署蓝牙Beacon，一般至少需要铺设3个蓝牙Beacon信标，定位算法要求至少知道三个点的RSSI值才能准确地计算定位。

蓝牙网络侧室内定位由蓝牙终端（如可穿戴蓝牙设备、蓝牙手环等）、蓝牙网关，无线局域网及后端数据服务器构成。在需要定位的区域内部署蓝牙网关，当手持蓝牙终端设备如蓝牙手环的用户进入蓝牙网关的蓝牙信号覆盖范围内，蓝牙网关就能感应到蓝牙手环的广播信号，然后测算出蓝牙手环的RSSI值，通过串口传输给网关内的WiFi模块，蓝牙网关再经过WiFi网络传送到后端数据服务器，通过服务器内置的定位算法测算出蓝牙手环的具体位置，后端服务器则可以通过网络把位置信息发给用户。

UWB室内定位系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，UWB室内定位技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。例如专注室内定位方案的95POWER（SKYLAB子公司），其自主研发生产的UWB室内定位系统可以达到优于10cm的定位精度。

2UWB室内定位原理：

跟蓝牙和WIFI定位方法不同，UWB室内定位技术位置信息并不是基于信号强度（RSSI）进行计算，而是通过精确无线信号的发送时刻、接收时刻，并通过算法计算的。UWB无线定位系统要实现精确定位，首先要获取与位置相关的变量信息，建立相应的数学模型，然后根据这些变量和参数以及数学模型来解算目标的坐标。

UWB室内定位技术具有超高的时间分辨率，保证了UWB可以准确地获得待定位目标的时间和角度信息，信号飞行的速度是光速（固定值），所以只要知道飞行时间就可以计算出两个设备的距离，结合角度信息利用三角定位等几何定位方法求得待定位目标的位置信息。

在UWB室内定位技术中应用最广泛的是飞行时间测距法（TOF）和到达时间差法（TDOA）。从定位方式来看均属于多点定位，即确定标签与多个已知坐标点的相对位置关系定位。

卫星定位；WIFI定位；RFID定位；ZigBee定位

一 卫星定位

卫星定位系统主要有：美国全球定位系(GPS)、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)、欧洲伽利略(GALILEO)系统、中国北斗卫星导航系统，其中应用最广的GPS系统。

GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分、用户设备部分。

空间部分主要用21颗可用卫星和3颗备用卫星构成，主要功能是广播定位信号；

控制部分主要由监测站、主控站、备用主控站、信息注入站构成，主要负责GPS卫星阵的管理控制；

用户设备部分主要是GPS接收机，主要功能是接收GPS卫星发射的信号，获得定位信息和观测量，经数据处理实现定位。

主要优点：全球、全天候工作；室外定位精度高；高效率、低成本； *** 作简便；不限制终端数量；功能多、应用广等。

主要缺点：定位精度受终端所处环境影响大；首次定位时间长等。

二 WIFI定位

WIFI定位技术将信号源变成WIFI的AP（Access Point,无线接入点），将定位流程的承载由移动信令网变成普通的互联网。WIFI信号接入点AP会向周围连续发射信号，信号中包含WIFI AP的ID（包括AP的MAC地址、名称等参数）以及终端接收到的WIFI信号强度RSSI等信息。WIFI ID具有唯一性，WIFI定位平台根据查询到的WIFI AP位置信息估算出终端位置。

目前，WIFI定位常用方法有TOA（到达时间）、TDOA（到达时间差）、AOA（到达角度）、RSSI（接收信号强度）测距方法，近似法、位置指纹法，其中位置指纹法是较多使用的方法。

主要优点：定位速度快、精度高；能进行室内定位；高带宽、高速率、高覆盖度；成本低、兼容性强等。

主要缺点：受服务范围限制，没有方向、速度等数据，不能导航；耗能大；缺乏统一规划和优化等。

RFID是通过发射或反射电磁波来传递数据，利用RFID标签对活动的物体和人员进行定位，其服务范围基本上都是限于某个或某种特定场景。

RFID定位技术主要由RFID标签和读写设备两部分组成，是一种非接触式的自动识别技术。RFID的工作需要标签和读写设备配合，通过电磁场原理完成信息交互，RFID读写设备接收来自RFID标签的信号，两者间的通信使用特定的射频信号及相关协议完成。

在RFID定位系统中，可采用接收信号强度RSSI定位。在目标区域大量布置信标节点，移动节点上附上一个参考节点的距离，进而在三个或三个以上参考节点的重复覆盖范围内，分别根据获得的RSSI值得出阅读器与参考点之间的距离，再根据三角关系计算出移动节点的位置。RFID定位方法可以归类为距离估算法、场景分析法和邻近法。

主要优点：识别速度快、实现批量识别；实时性强，定位时间小于1s；易于 *** 控，读取方便快捷；体积小，可嵌入或附着在不同物品上；标签数据可动态更改；安全性好、成本低；穿透性好等。

主要缺点：作用距离近；根据标签和部署方式不同，定位精度变化大等。

四 ZigBee定位技术

ZigBee是根据IEEE 802154协议开发的一种短距离、低功耗的无线通信技术。

在待定位区域布设大量通过无线通信方式通信的参考节点，这些节点形成一个自组织的网络系统，在通信距离内的参考节点能快速采集到这些节点的信息，同时利用路由广播的方式吧信息传递给其他参考节点，最终形成一个信息传递链并经过信息的多级跳跃回传给终端加以处理，从而实现对一定区域长时间监控和定位。

主要优点：低功耗；时延短；网络容量大；低速率；低成本等；

主要缺点：只能专网专用，ZigBee的数据率较低，不适用于传输速率高的应用场景。

定位技术在物联网各个领域有着广泛的应用，随着物联网行业的发展，人们对定位服务有着越来越高的需求，虽然现在已经有多种定位技术，无论是传统的GPS定位技术还是借助于无线网络的定位技术和短距离无线定位技术，每种定位技术都有自身的局限性，将这些定位技术有机结合起来形成混合定位技术，必然是定位技术未来的发展趋势，发挥各自定位技术的优点，不断提高定位精度和定位响应时间，同时扩大定位覆盖范围，终会实现更加精准和完美的定位服务。

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电量不足。在蓝色创源公司中，使用的定位工牌自动关闭是电量不足导致的。蓝色创源是国内首家提供蓝牙高精度室内定位产品与方案服务商，专注于蓝牙AOA室内人员定位系统、室内定位技术，成功应用于智能工厂制造等。

室内精确定位的主流技术主要有蓝牙定位，UWB定位，其中蓝牙AOA定位和UWB定位的定位精度能到厘米级，具体如下，希望能够帮助到各位。

蓝牙定位

蓝牙定位：蓝牙定位基于RSSI(Received Signal Strength Indication，信号场强指示)定位原理。蓝牙室内技术是利用在室内安装的若干个蓝牙局域网接入点，把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网的主设备，然后通过测量信号强度获得用户的位置信息。根据定位端的不同，蓝牙定位方式分为网络侧定位和终端侧定位。

蓝牙AOA定位

通过监测到达不同天线的载波相位不同，接收端可以检测出到达信号和自身法线的夹角，有两个以上的发射端，就可以通过计算，算出接收端所在的位置。

蓝牙定位服务通常分为两类：接近解决方案（proximity solutions）和定位系统（positioning systems）。接近解决方案使用蓝牙来了解两个设备何时彼此靠近，以及大约相隔多远。技术上包括项目查找解决方案和关注点（PoI，point-of-interest）信息解决方案。此次新的测向功能，使得蓝牙接近解决方案之上可以再增加设备方向功能。该功能将使蓝牙成为室内导航的绝佳解决方案。

UWB定位

UWB定位：超宽带（UWB)定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用TDOA定位算法，通过测量出不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。

蓝牙是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。下面我给大家分享一些大学生蓝牙科技论文，大家快来跟我一起欣赏吧。

大学生蓝牙科技论文篇一

蓝牙定位测量

[摘要] 该文描述了一种基于蓝牙的无线室内定位测量系统。一般蓝牙工作使用接收信号强度指示器(RSSI)，进行自动发射功率控制以保证稳定的信噪比。取消反馈系统，并应用RSSI产生一系列新的测试 方法 。系统使用安装在一个单元内的视距无线传播模型，测算基准发射器和便携式接收机之间的距离。该系统设计、运行和测试结果证实, 在存在多径干扰条件下,测量范围平均绝对误差可以达到12m。

[关键词] 蓝牙 定位测量 RSSI

1 简述

精确度大约1m的蓝牙室内定位测量将有助于扩大新的定位服务(LBS)范围。这些服务包括医用定位服务，具有无线传感器的计算机网络，移动数据探测和跟踪系统，用于安全用途的室内电子地图和具有定位识别的智能装置。

室内定位测量需要发展新技术设备。全球定位系统(GPS)要求视距内有4颗卫星以保证精确3-D定位，因此无法室内应用。无绳电话定位系统精确度只有大约100m。室内短距离(10米半径)内，无线电单元可用于测量位置，基于单元识别，但要求安装许多固定、均距的单元以覆盖给定区域。

蓝牙室内定位测量系统工作描述：在一个室内无线电单元内进行接收功率测量，它常用于跟踪固定基准蓝牙发射器和存在多径干扰的视距信道的便携式接收机之间的距离。

2 接收信号强度指示器(RSSI)定位测量

在蓝牙装置中, 接收信号强度指示器(RSSI)数值通常用于使发射功率最小化，以接收到满意的信噪比的信号。在本系统中反馈系统停止工作，发射机(发射功率PTX)和接收机之间距离能通过使用RSSI测量装置和一个无线电传播模型计算得出。

该方法非常适用于室内定位系统。而 其它 室内无线定位技术都不适用，如到达角度(AOA)法，到达时间(TOA)法，和到达时差(TDOA)法。第一种：AOA法，要求有一个特殊天线阵列用于测量接收信号的角度，成本高昂而且仅适用于专用系统。使用扫描技术要求系统有精确的时钟。便携式设备时钟精确度为1μs，但1m的定位误差要求时钟精确度应达到3ns。

这里使用的无线电波传播模型，其公式如下：

PRX=PTX+GTX+GRX+20log(c/4лf)-10n�(d)(1)

= PTX+GTX+GRX-402-10n�(d)(2)

其中：PRX是接收功率;PTX是发射功率(dB);GRX和GTX是天线增益(dBi);c是光速(30x108m/s);f是中心频率(244GHz);n是衰减因素(在自由空间为2);d是发射器和接收器之间的距离(m)。

蓝牙系统中使用RSSI直接测量接收功率，由一个内置微处理器将数据 报告 数字指示器。使用该装置，RSSI和接收功率之间的关系曲线如图1。

图1 RSSI与接收功率PRX 关系曲线

分析图1，可以得到RSSI和接收功率PRX关系如下：

PRX =-40dBm+RSSI, RSSI>0dB

-60dBm PRX≤-60dBm+RSSI，0>RSSI>-10dB

PRX≤-62dBm，RSSI=-10dB

因此，基准发射器和便携式接收机之间的距离d满足下列公式：

d=10[( PTX-402-PRX +G)/10n](4)

这里，PRX是测得的RSSI值经过公式(3)计算得出，总天线增益G= GTX+GRX

3 系统构成

该定位系统使用商业化的蓝牙开发套件构成。以个人电脑PC作为蓝牙主机，控制蓝牙模块，如图2所示。

定位应用在射频指令行接口(RFCLI)上完成，指令行起到容许用户控制和接入各种蓝牙软件层的作用。软件层分为主计算机界面(HCI)和蓝牙装置。主机通过通用异步接收/发射(UART)进行有线连接控制。板上的UART(HCI硬件接口)控制基带和射频层。

图2 主机和蓝牙装置之间硬件连接

一个基准发射器与便携式接收机进行通讯联系。首先应禁止蓝牙芯片对功率的控制功能。这样做将阻止两设备交换功率控制信息而保持接收功率在其限定范围内(将导致RSSI读值结果为0)。

测量在两种不同环境条件下进行：

无回声室测量。

在无回声室的测量中，确定天线增益G。测量装置设计模拟自由空间环境，频率范围为2～40GHz，衰减因素n=20，多径干扰可忽略。天线放置高度为06m，天线之间最大距离3m。

天线增益G见公式(4)，因为其他变量已知，通过计算确定G的平均值是-48dBi。

办公环境测量

在办公室环境中，使用两试验基准线进行RSSI测量，距离增量为01m

图3 测量布置图

办公室内存在金属反射波，产生多路干扰。桌椅同样含有金属零部件。

在基线1，天线放置高度恒定为105m。在基线2，天线放置高度恒定为06m。初步测量显示，设备放置距离地板高度不同，对测量数据有一点影响。

两天线放置在固定的方向和高度，两者在视距范围内，按01m分段。利用射频通信(RFCOMM)协议产生一双工无线链路。使用频谱分析仪进行校准11个不同的发射功率：+29，+12，00，-14，-38，-62，-85，-103，-141，-171和-191dBm。

针对以上11个报告的基准发射功率，便携式接收机读出相对应的RSSI数值。 假如RSSI值非0，每个均测量20次RSSI值, 记录RSSI平均值。这些测量数据，每个均有一个随机载频，频率范围分布在蓝牙带宽(24000―24835GHz)之间。假如RSSI数值为0，无接收数据记录，选择不同的发射功率。所有11个发射功率均应进行试验。

分段距离每次递增01m，至最大值68m。

对应11个接收的RSSI值，PRxi在每个分段距离均优化到最大发射功率，PTx1=29dBm。实际发射功率和最大发射功率之间的差异值Pdiff=(PTx1一PTxi)(dB)，信道与功率呈线性关系，所以通过增加Pdiff将接收到的RSSI值RRxi优化到一恒定发射功率上。

RRxi=PTxi+ Pdiff=PRxi+(PTX1-PTxi)(5)

使用公式(3)和(5)得出：

-40+RSSIi+(PTX1-PTxi)， RSSIi > 0dB

RRxi= -60+RSSIi+(PTX1-PTxi)，RSSIi�0dB，(6)

数据为空，RSSIi = 0dB 或RSSIi =-10dB

对于接收功率指示器，RRX对应非0时的RSSI数据，由下式给定

11

RRX= 1/x∑RRxi (7)

i=1

图4 接收功率RRX 与距离d关系曲线

(标准化发射功率=29dBm)

4 结果

41 接收功率和距离

优化后的接收功率数值RRX对应相应分段距

离d，d是基准发射器和便携式接收器之间的距离。基线1和2在办公环境的测量结果如图4。

图4显示了多径衰减的影响结果，两测量曲线的振幅均随距离增加而减少。而基线1和2位于办公室的不同位置，测量定位的衰减干扰是不同的。

通过传播模型预测RRx的理论数值，其中PTx=29dBm, n=2，G=-482 dBi。

距离d的平均绝对误差{公式(4)计算，PTx=29dBm, n=2，G=-482 dBi}，对于实际距离和标准偏差如下。

表1 绝对误差和标准偏差

基线1 基线2

平均绝对误差 (m) 091 131

标准偏差 (m) 095 130

42 讨论

基于RSSI的蓝牙定位系统测量精度取决以下三因素：

421 精确的接收功率指示器

蓝牙规格中定义的RSSI值不是专门设计用于测量接收功率(dB)。而RRX作为接收功率指示，可用于距离估算。接收功率测量误差通过利用多路的、优化的发射功率求平均值进行最小化。

422 在传播模型中正确选择衰减因素和天线增益G。

线性调节分析用于决定衰减因素n和天线增益G，(n=215，G=-534dBi)。这些校正过的数据用在传播模型中，位置精确度将提高约10%。

423 减小多径干涉的影响

接收功率和距离关系曲线(见图4)，显示两测量设备测试值对理论值的波动和偏差。该图显示了进行时域、频率和发射功率平均后的测量结果。

5 结论

在视距(LOS)无线传播模型中，利用一个简单单元，通过禁止蓝牙(自动)传播功率控制的功能，实现蓝牙接收信号强度指示器RSSI值应用于定位测量。

该技术表明可降低平均绝对定位误差到12m。这适合于大多室内定位服务。不过，需要注意的是，在强烈的多径干扰下，定位误差仍然存在。绝对位置估算需要平均一系列接近的空间位置以增加可信度。

将来工作可能包括在非LOS条件下完成评价系统。利用三角测量可给出在二维平面上的精确定位信息。

参考文献

[1] A Harder, L Song and Y Wang, Towards an indoor location system using RF singnal strengh in IEEE80211,(April 2005)

[2] Sheng Zhou and John Pollard, Position Measurement Using Bluetooth in IEEE0098/3036/06,(May 2006)

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蓝牙模块根据芯片型号、蓝牙协议、通信距离、工作频率、功能特点等各有不同，下面就亿佰特蓝牙产品代表产品列出如下：
1、E104-BT5010A蓝牙模块：nRF52810方案，早期BLE50模块，其他BLE50模块功能基本都以它为基础拓展。
2、E104-BT5011A蓝牙模块：nRF52811方案，BLE51协议（不支持AOA/AOD）,支持long range特性。
3、E104-BT5005A蓝牙模块：nRF52805方案，99mm超小体积，高性价比。
4、E104-BT5032A蓝牙模块：nRF52832方案，支持最大4个连接的多主多从共存，支持8路GPIO、3路PWM。
5、E104-BT5040U蓝牙模块：nRF52840方案，usb Dongle，出厂固件支持PC版nRF connet。
6、E104-BT51蓝牙模块:CC2640R2F方案，从机模块， 支持蓝牙电池电压检测服务，支持ADC模拟量采集，支持IO电平读取、输出，支持PWM。
7、E104-BT51A蓝牙模块：CC2640R2L方案，从机模块，功能与E104-BT51基本一致（部分参数有差异），与E104-BT5010A系列封装兼容。
8、E104-BT52蓝牙模块：DA14531方案，14510mm小体积，支持最大2个连接的多主多从共存。

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