基于Silicon Labs AOA解决方案介绍
随着现在无线技术的发展，无线室内定位技术也得到了飞速的发展。现在常用的室内无线定位技术就有很多种，包括了基于aox定位、rssi定位、uwb超宽带定位等多种室内定位技术。
无线定位产品被广泛应用于医院、机场、酒店、博物馆、展馆、工厂等大型室内场景，尤其是高危行业人员定位管理。在化工厂、地铁施工、隧道施工等高危施工场所，人员定位管理是一个刚需，在一些场景中地方政府有出台一些强制性的文件，要求使用人员定位系统。在这些场景里面，一方面出于员工安全的角度，需要对员工进行定位，员工身处危险时进行呼救告警等；另一方面，在这些场所对访客进行定位管理，防止访客进入一些危险区域。
基于silicon labs aoa解决方案介绍
2022年6月，致力于安全、智能无线技术建立更互联世界的全球领导者silicon labs（芯科科技）宣布全新蓝牙定位服务解决方案，使用精准、低功耗的蓝牙器件以简化到达角（aoa）和发出角（aod）定位服务。silicon labs提供了软件和硬件的参考设计，通过silicon labs bg22 soc提供行业领先的能效，以及匹配的先进软件，实现资产跟踪、改善室内导航、得到亚米级的定位精度。
silicon labs efr32bg22 soc 支持标准蓝牙5.1的aox定位模式和silicon labs独有的扩展aox定位模式。
标准蓝牙5.1定位模式分为：面向连接的aox定位和面向广播的aox定位。面向连接的aox定位方式向连接的aox定位目前最大只支持32个标签进行连接；需要同时三个aox locator连接到移动标签上再进行三边测量，耗时和功耗比较大。面向广播的aox定位方式只能在adv channel进行工作，系统容量要高于面向连接的定位模式，移动标签仍然需要同步到多个定位器进行三边测量，同样功耗还是偏高。
silicon labs扩展aox定位模式可以在所有数据通道后添加cte扩展帧，频谱最大化的无连接工作，所以系统容量远大于基于蓝牙5.1标准模式下的系统容量，无需连接，多个locator可以同时接收到cte数据，标签的功耗更低，系统设计也更简单。
蓝牙在发送数据包时，会先发送前导码部分，依次接入地址、数据单元、crc检测部分、cte。数据包格式如下：
silicon labs数据包中增加了cte字段（虚线框），此字段由一段连续的二进制符号1组成，由于ble是使用gfsk调制，发送数据时的频率不是稳定的，在接收端并不能对这些调频信号进行准确采样，所以不能获得信号的精确相位信息，这也就是为什么在5.1版本之前，ble不能支持计算波达角。改进后，发送端会以一个稳定的频率发送cte，所以在接受端可以对这段稳定的频率进行采样，获取稳定频率的iq数据，从而使得计算波达角。
在silicon labs aod解决方案中提供了标签 tag、基站locator和服务器iq数据解析软件的支持。测量精度可以做到方位角±3°、俯仰角 ±5°，每秒可以对多达100个tag进行定位。
下面来进行一一介绍。
1. 标签 tag
采用efr32bg22c224f512gm32 低功耗soc作为蓝牙5.2控制器，最大发射功率+6dbm，在 0 dbm 输出功率的条件下，tx 电流为 4.1 ma，rx 电流为 3.6 ma （1 mbps gfsk），1.40 μa em2 深度睡眠电流，在 76.8 mhz 活动模式 （em0） 下，运行功耗为 27 μa/mhz，优异的功耗参数保证了tag的长期稳定运行。
2. 基站 locator
locator 设计采用4*4矩阵天线设计，面积160x160mm，比竞争对手小，可以对客户提供设计文件和性能测试资料；可以支持aoa和aod应用，iq数据通过串口进行输出。
3. aox定位模式介绍
aoa和aod的工作模式见下图：
4. rtl库支持
silicon labs 不仅提供硬件部分设计，还提供边缘网关rtl库，支持cortex-a和x86平台处理器；当locator完成标签数据收集后将iq数据传输给边缘网关解析数据，过滤多径的数据，计算出方位角和俯仰角。
无线室内定位技术对比
目前市场上比较常见的定位模式有如下几种：
1. 基于zigbee/ble rssi定位技术
rssi定位是根据信号强度和距离的关系计算位置的。这种定位模式一般采用至少三个固定标签+移动标签+网关（sub-1g/lora）的方式可以实现三角定位，移动标签通过扫描固定标签的信号，并将信号最强的3个数据发送给网关，网关将数据传送给服务器进行解析，并且在地图中呈现出来。
优势：在于这种模式功耗相对较低，系统成本低。
缺点：在于需要部署相应的固定标签和网关，相比之下网络建设的成本，网络维护的成本要增加不少，定位精度和固定标签的个数有关，一般定位精度可以做到1-5m范围内。
2. uwb 室内定位技术
uwb是利用信号在标签和基站之间的飞行时间来计算距离，时间和距离线性相关，所以定位精度高。uwb定位方式分为twr和tdoa两种模式；由于基站到移动标签的距离清楚，采用三角定位算法就可以知道移动标签在空间的位置。
优势：在于同时具有实时定位和精确定位的双重优点，定位的延迟时间远远小于蓝牙定位、wifi定位等其他的室内定位技术。精度可以达到10cm左右，是室内高精度定位的首选。并且具备高动态、高容量、低功耗的优点。
缺点：在于同样需要部署网关，在定位标签和定位基站的价格上相比wifi和ble产品比高出了很多。其次，uwb所需要的频段我国分配是从6g-9g，脉冲穿透性较差，如果产生遮挡，定位精度就会下降；还有uwb研发难度高，投入较大。
3. aox定位技术
蓝牙aox定位技术采用蓝牙aox的基站，蓝牙标签发送的蓝牙信号到达不同天线之间会存在相位差，利用这个相位差，我们就能够得到蓝牙发射机到达接收机的角度。天线安装高度已经知道，就可以得出移动标签在空间的大概位置。
优势：在于标签成本较低，定位精度可以达到1m左右；部署比较简单；手机也可以作为标签使用。
缺点：也比较明显，单个定位天线覆盖范围不大，覆盖范围和基站天线的最大夹角45°左右；投影于地面就是一倍基站高度为半径的圆形区域；基站高度越高，覆盖范围越大；例如目前房间高度为3米，在保持精度的前提下，覆盖范围为半径为3m的圆形。
4. 对上述三种定位方式进行对比
定位方式rssi 定位uwbaod
定位精度2-5米小于1米1米左右
成本低高较低
标签功耗较低高低
使用场景定位精度较低，一般适用于检测存在性对定位精度比较高的场合适合工厂、学校等环境
特别说明，aoa定位可以和rssi定位进行融合，对局部区域定位精度进行提高。
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基于silicon labs aoa解决方案介绍
2022年6月，致力于安全、智能无线技术建立更互联世界的全球领导者silicon labs（芯科科技）宣布全新蓝牙定位服务解决方案，使用精准、低功耗的蓝牙器件以简化到达角（aoa）和发出角（aod）定位服务。silicon labs提供了软件和硬件的参考设计，通过silicon labs bg22 soc提供行业领先的能效，以及匹配的先进软件，实现资产跟踪、改善室内导航、得到亚米级的定位精度。
silicon labs efr32bg22 soc 支持标准蓝牙5.1的aox定位模式和silicon labs独有的扩展aox定位模式。
标准蓝牙5.1定位模式分为：面向连接的aox定位和面向广播的aox定位。面向连接的aox定位方式向连接的aox定位目前最大只支持32个标签进行连接；需要同时三个aox locator连接到移动标签上再进行三边测量，耗时和功耗比较大。面向广播的aox定位方式只能在adv channel进行工作，系统容量要高于面向连接的定位模式，移动标签仍然需要同步到多个定位器进行三边测量，同样功耗还是偏高。
silicon labs扩展aox定位模式可以在所有数据通道后添加cte扩展帧，频谱最大化的无连接工作，所以系统容量远大于基于蓝牙5.1标准模式下的系统容量，无需连接，多个locator可以同时接收到cte数据，标签的功耗更低，系统设计也更简单。
蓝牙在发送数据包时，会先发送前导码部分，依次接入地址、数据单元、crc检测部分、cte。数据包格式如下：
silicon labs数据包中增加了cte字段（虚线框），此字段由一段连续的二进制符号1组成，由于ble是使用gfsk调制，发送数据时的频率不是稳定的，在接收端并不能对这些调频信号进行准确采样，所以不能获得信号的精确相位信息，这也就是为什么在5.1版本之前，ble不能支持计算波达角。改进后，发送端会以一个稳定的频率发送cte，所以在接受端可以对这段稳定的频率进行采样，获取稳定频率的iq数据，从而使得计算波达角。
在silicon labs aod解决方案中提供了标签 tag、基站locator和服务器iq数据解析软件的支持。测量精度可以做到方位角±3°、俯仰角 ±5°，每秒可以对多达100个tag进行定位。
下面来进行一一介绍。
1. 标签 tag
采用efr32bg22c224f512gm32 低功耗soc作为蓝牙5.2控制器，最大发射功率+6dbm，在 0 dbm 输出功率的条件下，tx 电流为 4.1 ma，rx 电流为 3.6 ma （1 mbps gfsk），1.40 μa em2 深度睡眠电流，在 76.8 mhz 活动模式 （em0） 下，运行功耗为 27 μa/mhz，优异的功耗参数保证了tag的长期稳定运行。
2. 基站 locator
locator 设计采用4*4矩阵天线设计，面积160x160mm，比竞争对手小，可以对客户提供设计文件和性能测试资料；可以支持aoa和aod应用，iq数据通过串口进行输出。
3. aox定位模式介绍
aoa和aod的工作模式见下图：
4. rtl库支持
silicon labs 不仅提供硬件部分设计，还提供边缘网关rtl库，支持cortex-a和x86平台处理器；当locator完成标签数据收集后将iq数据传输给边缘网关解析数据，过滤多径的数据，计算出方位角和俯仰角。
无线室内定位技术对比
目前市场上比较常见的定位模式有如下几种：
1. 基于zigbee/ble rssi定位技术
rssi定位是根据信号强度和距离的关系计算位置的。这种定位模式一般采用至少三个固定标签+移动标签+网关（sub-1g/lora）的方式可以实现三角定位，移动标签通过扫描固定标签的信号，并将信号最强的3个数据发送给网关，网关将数据传送给服务器进行解析，并且在地图中呈现出来。
优势：在于这种模式功耗相对较低，系统成本低。
缺点：在于需要部署相应的固定标签和网关，相比之下网络建设的成本，网络维护的成本要增加不少，定位精度和固定标签的个数有关，一般定位精度可以做到1-5m范围内。
2. uwb 室内定位技术
uwb是利用信号在标签和基站之间的飞行时间来计算距离，时间和距离线性相关，所以定位精度高。uwb定位方式分为twr和tdoa两种模式；由于基站到移动标签的距离清楚，采用三角定位算法就可以知道移动标签在空间的位置。
优势：在于同时具有实时定位和精确定位的双重优点，定位的延迟时间远远小于蓝牙定位、wifi定位等其他的室内定位技术。精度可以达到10cm左右，是室内高精度定位的首选。并且具备高动态、高容量、低功耗的优点。
缺点：在于同样需要部署网关，在定位标签和定位基站的价格上相比wifi和ble产品比高出了很多。其次，uwb所需要的频段我国分配是从6g-9g，脉冲穿透性较差，如果产生遮挡，定位精度就会下降；还有uwb研发难度高，投入较大。
3. aox定位技术
蓝牙aox定位技术采用蓝牙aox的基站，蓝牙标签发送的蓝牙信号到达不同天线之间会存在相位差，利用这个相位差，我们就能够得到蓝牙发射机到达接收机的角度。天线安装高度已经知道，就可以得出移动标签在空间的大概位置。
优势：在于标签成本较低，定位精度可以达到1m左右；部署比较简单；手机也可以作为标签使用。
缺点：也比较明显，单个定位天线覆盖范围不大，覆盖范围和基站天线的最大夹角45°左右；投影于地面就是一倍基站高度为半径的圆形区域；基站高度越高，覆盖范围越大；例如目前房间高度为3米，在保持精度的前提下，覆盖范围为半径为3m的圆形。
4. 对上述三种定位方式进行对比
定位方式rssi 定位uwbaod
定位精度2-5米小于1米1米左右
成本低高较低
标签功耗较低高低
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