從AirTag說起，聊聊未來的室內定位技術「劉延」

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最近釋出會上，蘋果釋出了難產已久的AirTag，價錢算不上便宜，但卻用來解決一個問題：物品的室內定位。根據蘋果官網說明AirTag採用了藍芽+UWB技術實現室內定位，採用藍芽技術用於近距離感應查詢，UWB技術用於精確查詢。

Apple 蘋果 AirTag 藍芽定位器

室外定位技術已經非常成熟了——基站可以粗略定位，民用GPS/北斗可以精確到米級，外加手機陀螺儀的方向輔助判斷。室內定位一直是個老大難的問題，在大商場轉個身，人可能就找不見了。室內GPS訊號搜尋不到，實現米級定位就需要額外裝置。目前主流應用方式即為UWB和藍芽，也就是AirTag上的兩種定位方式，除了這兩種以外，還有基站、Wi-Fi、vSLAM等方式。本文將對這些方式進行簡單介紹。

不同定位技術關鍵指標［來自中移動研究院］

UWB（超寬頻）定位

UWB定位成本偏高、定位準確性高、晶片供應商少。這種定位方式我們在之前的科普文淺析超寬頻技術和應用［Doc］Link=00008670［/Doc］ 中已經闡述過了。其原理是：

透過窄脈衝訊號，UWB技術就可以實現類似於實現高精度定位，其實現的原理ToF+GPS。簡單點說，手機發射訊號，用於監測的小型基站接收訊號，透過訊號到達不同監測點的單元時間差，對於無線訊號發射源進行定位。只要在室內有三個基站，就可以透過到達時間差方式進行定位。

這種定位方式的主要問題是，

晶片供應商少且相對貴，待機功率相對有點高。

UWB晶片畢竟還是屬於寬頻通訊，相較於目前主流低功耗的窄帶的藍芽，其功率相對較高。目前UWB晶片能規模化量產的主要只有三家：蘋果、NXP、Decawave（現已被Qorvo收購），包括NXP和Decawave以內的其他UWB晶片設計廠商，目前設計中的UWB晶片工藝也都停留在22-28nm的平面工藝上，而主流產品還在65-90nm製程的成熟工藝。畢竟還是不如果子有錢。為了降低功耗，財大氣粗的蘋果喪心病狂地給U1晶片上了14nm FinFET工藝，也只能實現AirTag絕大部分時候採用藍芽定位，精確查詢用UWB定位的功能。

這兩個問題的結果是，

UWB技術缺少消費級硬體支援

。UWB定位技術成熟，卻難以在消費級市場大規模鋪開應用，目前主要應用於成本相對不敏感的監獄、醫院、看護等場所。蘋果也只能親自動手，重新設計晶片。但蘋果的封閉性，導致即使下游領域希望在室內增加UWB定位基站，也不能選擇現有NXP或是Decawave方案的工業級成熟產品，只能靜待蘋果開放授權。

藍芽定位

目前藍芽定位技術主要可以分為兩類，基於藍芽4。2和基於藍芽5。1。前者精度較低，方案成熟，成本也較低；後者從2019年才開始應用，精度較高，方案成熟度較低，但成本也較低。

應用於共享單車停車管理的藍芽電子圍欄

相較於UWB定位，藍芽定位應用要廣泛的多。藍芽晶片供應商多，晶片便宜，且功耗低，一塊電池可以輕鬆待機一年甚至更長，而所有手機也都基本帶了藍芽功能，無需額外成本。比如，我在北京，共享單車在部分地區只能在指定地點停放，否則車會鎖不上，即使鎖上了也會收取額外排程費，我即使關掉手機，也依然會提示停放位置不正確。這種電子圍欄技術就是基於藍芽定位技術。

基於藍芽4。2系列的藍芽定位技術準確度相對較低，通常精度在1-3米。

基於距離的定位原理

基於藍芽4。2系列的定位可以理解為基於距離的定位，即透過定位終端發射藍芽訊號，在數個定位節點（信標，Beacon）測量藍芽訊號強度，根據藍芽訊號的強弱和定位節點的位置對終端定位，專業名詞叫RSSI。

這種定位相對來說原理較為簡單，成本也較低。主要問題在定位精度，信標間距為6米時，定位精度只能達到2米，如果信標間距再大一倍達到12米時，定位精度只有5米了，其實用價值會大幅下降。AirTag日常也是使用這種技術，即透過周圍蘋果裝置實現定位。

Apple 蘋果 AirTag 藍芽定位器

這種應用可以做一些對於精度要求相對較低的室內定位，例如地下停車場找車。

基於藍芽5。1的AoA定位技術精度相對較高，可達分米級。

AoA和AoD定位原理

AoA和AoD定位原理（來自https：//www。silabs。com/wireless/bluetooth/bluetooth-5-1） 2019年1月，藍芽聯盟將藍芽AoA/AoD技術寫入了最新的藍芽5。1標準。目前主要應用於定位的，是對終端天線需求較低的AoA技術。

AoA全名叫Angle of Arrival，到達角。這種定位技術是藍芽終端發射訊號，而接收器透過多天線接受，因為各個天線到藍芽終端的距離不同，因此形成了相位差，透過相位差和天線距離，計算相互之間的角度關係，進而實現定位。這種方式最高能達到釐米級的定位，和UWB技術的理論值接近。

藍芽AoA技術相較於UWB技術，其晶片供應商更多、下游終端普及更多。但由於相關技術在2019年才正式釋出，其目前應用偏少，主要難點在於天線設計和距離演算法，目前能提供解決方案的廠商並不多，因此要想普及可能還需要時間。海外走的最靠前的廠商叫Quuppa——來自芬蘭，前諾基亞團隊。國內也有一些初創型企業已經開始涉足這個領域。 這種技術指標上可以和UWB技術媲美，成本上更低，因此在醫院、監獄等場景已經開始應用了。受益於裝置的普及和藍芽待機功耗低，這項技術也開始進入工業和商業場景，例如部分工業企業採用這種方式提升員工安全性，商業上北京SKP、國博就陸續採用了這種技術輔助室內定位。

其他定位方式

室內定位除了UWB和藍芽以外，還有4/5G基站定位、視覺定位、Wi-Fi定位。但這幾種都不是主流，簡單聊聊就行。

基站定位

在2020年凍結的R16標準中加入了5G NR基站定位技術，Multi-RTT定位。3G和4G年代，手機基站分佈相對比較稀疏，但進入5G年代後，基站數量大增，理論上即可透過5G基站實現定位。其定位精度約為1/4~1/3站間距。可以簡單滿足商場人流量統計及個人基本定位導航需求。 但這種方式需要手機同時收到3個以上基站的精確波束，由於5G基站數量還是不夠密集，在目前難以大規模實現。

視覺定位

視覺定位叫做vSLAM（同步定位與地圖構建），即基於幾何影象原理，透過攝像頭在不同角度的拍攝，形成場景的三維建模。這種最常見的應用，就是掃地機器人。如果選擇採用鐳射雷達，成本則會居高不下；如果選擇純攝像頭方案，其建模及演算法要求會非常高，且定位效率偏低，目前主要用於偏工業場景，如自動小車（AGV，又叫AMR）、掃地機器人等。

Wi-Fi定位

Wi-Fi定位是實現原理是將室內劃分成n*m個小格子，然後依次記錄小格子內的數個路由器發出的Wi-Fi訊號強度，即特徵值。等手機進入這個地方以後，將測量出來的特徵值和庫裡的值比對，根據匹配演算法得出終端位置。前期工作量巨大，後期場內有一點點變化，都會導致特徵值變化，需要再重新採集一遍。因此Wi-Fi定位暫未普及。

Wi-Fi定位原理示意

總結

AirTag巧妙的結合了藍芽和UWB的定位技術，用於物品防丟。但未來的定位技術可能遠不止於此，至少從目前來看，基於藍芽的定位技術正在快速普及。國內運營商和大廠們，也在根據自身情況，提升室內定位精度。希望室內定位能儘快普及，這樣去商場尋個吃的，就不用一家家看門牌號了。