技術(shù)
導(dǎo)讀:無線通訊技術(shù)中的短距離無線通信技術(shù)在市場(chǎng)上的選手眾多,在近年終端產(chǎn)品中關(guān)于位置服務(wù)的技術(shù)功能上都支持藍(lán)牙、UWB和NFC等技術(shù)。本文將就定位服務(wù)方面,了解藍(lán)牙與UWB技術(shù)之間的不同。
在信息的交流與傳輸上,人類從史前文明就開始了關(guān)于信息傳輸?shù)膰L試, 語言是最原始的方式,“結(jié)繩記事”是人類為擺脫時(shí)空限制,對(duì)信息記錄進(jìn)行傳輸?shù)膰L試,一般通過酋長(zhǎng)或者巫師來制定一定的結(jié)繩規(guī)則,包括繩子粗細(xì)、繩結(jié)方式、繩結(jié)大小以及距離等來表達(dá)不同的訊息,進(jìn)行信息的記錄與傳輸。
而商周時(shí)期烽火臺(tái)的出現(xiàn),則解決了那時(shí)候關(guān)于信息遠(yuǎn)距離快速傳輸?shù)膯栴},在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成簡(jiǎn)單信息遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男枨蟆?/p>
19世紀(jì)末,當(dāng)代信息通信領(lǐng)域技術(shù)的出現(xiàn)就像是當(dāng)今這個(gè)時(shí)代跨越時(shí)空距離對(duì)于遠(yuǎn)古時(shí)代的一種回應(yīng)。
無線通信技術(shù)的出現(xiàn),人類實(shí)現(xiàn)在沒有線的情況下進(jìn)行語音和數(shù)據(jù)傳輸,目前無線通信技術(shù)已經(jīng)成為人類社會(huì)中最為重要的通信方式之一。無線數(shù)據(jù)的傳輸上涌現(xiàn)出許多種無線傳輸技術(shù),包括藍(lán)牙、UWB、WiFi、PCS、GPS、NFC等技術(shù)。
無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)工作頻率分布圖(圖源:wliko.tech)
棋逢對(duì)手
無線通訊技術(shù)中的短距離無線通信技術(shù)在市場(chǎng)上的選手眾多,在近年終端產(chǎn)品中關(guān)于位置服務(wù)的技術(shù)功能上都支持藍(lán)牙、UWB和NFC等技術(shù)。本文將就定位服務(wù)方面,了解藍(lán)牙與UWB技術(shù)之間的不同。
藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)是一種低功耗、低成本的短距離無線通信技術(shù),是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話和其他配件間進(jìn)行跨設(shè)備無線通信連接,在數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ黝l段上全球通用的,解決互不兼容的移動(dòng)電子設(shè)備的連接。
簡(jiǎn)單的說,藍(lán)牙技術(shù)是一種利用低功率無線電(2.4-2.485GHz)在各種設(shè)備間(距離一般為10米)彼此進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。
最初藍(lán)牙設(shè)備主要是應(yīng)用在藍(lán)牙音頻領(lǐng)域上,愛立信T39mc是世界上最早的一部?jī)?nèi)置藍(lán)牙,配備藍(lán)牙耳機(jī)的手機(jī)。
藍(lán)牙通過二十多年的發(fā)展,從藍(lán)牙1.0到藍(lán)牙5.4完成了十多個(gè)版本的更新迭代。從經(jīng)典藍(lán)牙(BT)發(fā)展到低功耗藍(lán)牙(BLT),最明顯的是在數(shù)據(jù)的傳輸速率以及傳輸距離上都有了極大的提升,傳輸距離的限制從最初的10米內(nèi)距離,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在的300米內(nèi)。
自2010年藍(lán)牙4.0推出低功耗藍(lán)牙(BLE)性能面世后,與經(jīng)典藍(lán)牙適用于長(zhǎng)時(shí)間的音頻傳輸?shù)牟煌?,功能上在配?duì)傳輸、功耗成本、定位和安全性等性能不斷成熟。市場(chǎng)上出現(xiàn)關(guān)于經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙單模、雙模的三種連接類型。根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟的披露,未來單經(jīng)典藍(lán)牙模式存在增長(zhǎng)不足的問題,將以單低功耗藍(lán)牙模式為主。
藍(lán)牙技術(shù)除了藍(lán)牙音頻領(lǐng)域,在位置服務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品上也有著亮眼的成果。
隨著市場(chǎng)對(duì)于定位技術(shù)的需求,從藍(lán)牙4.0開始通過RSSI定位原理來支持定位服務(wù)功能。藍(lán)牙定位技術(shù)經(jīng)歷從RSSI定位機(jī)制到結(jié)合Wi-Fi實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位,再到AoA與AoD的定位方法,實(shí)現(xiàn)目前可以達(dá)到厘米級(jí)的定位服務(wù)。
RSSI定位原理是利用RSSI信號(hào)衰減與距離的相關(guān)計(jì)算終端位置,其定位精度一般為3-5米,延遲大概3秒,因?yàn)槠鋸?fù)雜環(huán)境對(duì)信號(hào)的影響較大,所以最大傳輸距離為10米內(nèi);到藍(lán)牙5.0是結(jié)合Wi-Fi技術(shù)加入室內(nèi)定位輔助功能實(shí)現(xiàn)精度距離小于1米內(nèi)的室內(nèi)定位服務(wù);與RSSI不同,AoA與AoD是利用信號(hào)在天線陣列中的相位差換算方向信息實(shí)現(xiàn)定位。
隨著藍(lán)牙技術(shù)的更新和眾多藍(lán)牙產(chǎn)品面世,正式走入藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng),其技術(shù)主要為設(shè)備功耗、數(shù)據(jù)傳輸、位置服務(wù)、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)不斷演進(jìn),在醫(yī)療健康、商超零售、倉儲(chǔ)物流、智能照明等應(yīng)用場(chǎng)景上得到應(yīng)用。
醫(yī)療健康場(chǎng)景上主要集中在智能可穿戴設(shè)備,許多設(shè)備都是依靠藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行無線連接和數(shù)據(jù)交換,如:智能手環(huán)、智能項(xiàng)鏈等,在實(shí)現(xiàn)短距離通信的的同時(shí),低功耗的性能大大延長(zhǎng)了可穿戴設(shè)備的待機(jī)及運(yùn)行時(shí)間。
藍(lán)牙技術(shù)在定位應(yīng)用場(chǎng)景上有著成熟的生態(tài)系統(tǒng)和廣泛的普及。與UWB相比,藍(lán)牙技術(shù)低成本、低功耗和生態(tài)系統(tǒng)的成熟的特點(diǎn),是最強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力。幾乎所有移動(dòng)端都搭載了藍(lán)牙芯片以及藍(lán)牙模組,以藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)、藍(lán)牙基站為代表的中間設(shè)備。
而誕生于20世紀(jì)60年代的UWB(超寬帶)技術(shù),其工作頻譜從3.1到10.6 GHz,與其他無線數(shù)據(jù)傳輸方式不同,是一種基于非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)的無載波通信技術(shù),其信號(hào)安全性能高,很難被其他信號(hào)所干擾。
UWB技術(shù)最初時(shí)僅用于軍事定位用途,在2002年才開始用于民用無線通信,通過ToF(到達(dá)時(shí)間)、TDoA(到達(dá)時(shí)間差)和AoA/DoA(出發(fā)角與到達(dá)角)三種定位模式,其定位精準(zhǔn)度可達(dá)到10厘米“厘米級(jí)別”,覆蓋范圍可覆蓋在10-200米之間,還同時(shí)擁有時(shí)延低的特點(diǎn)。
UWB技術(shù)憑借厘米級(jí)別的精準(zhǔn)測(cè)距能力及其安全性,在聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)跟蹤中有著亮眼的表現(xiàn),Apple在2021年發(fā)布的AirTag就采用了UWB技術(shù)擴(kuò)展了Apple生態(tài)系統(tǒng)中的 “查找”功能,通過UWB進(jìn)行手機(jī)與物品之間的連接感應(yīng),進(jìn)行精準(zhǔn)查找。
在應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境中對(duì)于人員定位管理上,UWB技術(shù)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、工廠以及地下礦井隧道的工作環(huán)境中,在醫(yī)療環(huán)境中,通過UWB定位系統(tǒng)對(duì)醫(yī)護(hù)人員和病患進(jìn)行位置的監(jiān)測(cè),提高醫(yī)療救助率;在工廠對(duì)于材料、設(shè)備等移動(dòng)物品進(jìn)行定位管理;對(duì)于地下礦井工作者,UWB定位技術(shù)保障了人員工作時(shí)生命的安全。
在汽車行業(yè)領(lǐng)域,目前市面上存在著各種形式的無鑰匙技術(shù),UWB技術(shù)在汽車行業(yè)也進(jìn)行著嘗試,例如,寶馬、奔馳、蔚來、比亞迪等平臺(tái)都在致力于UWB數(shù)字鑰匙的研發(fā)應(yīng)用。寶馬在其一些較新的車型,iX中已有使用UWB進(jìn)行無鑰匙進(jìn)入的技術(shù),UWB數(shù)字鑰匙將在未來汽車行業(yè)被廣泛應(yīng)用。
UWB技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷十多年的時(shí)間發(fā)展一直沒有實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,所以隨著UWB技術(shù)向大規(guī)模商用過渡,為了全面發(fā)展UWB可互操作、通用和互聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng),F(xiàn)iRa(Fine Ranging)聯(lián)盟于2019年8月成立。
UWB其最主要的吸引力在于它極高的位置和方向精度,可以精確定位物體的位置,誤差僅有幾個(gè)厘米,達(dá)到厘米級(jí)別的精準(zhǔn)距離,定位精準(zhǔn)度上大大高于藍(lán)牙技術(shù)。在UWB技術(shù)擁有高精度定位功能的情況下,低功耗藍(lán)牙(BLE)憑借其在待機(jī)和連接狀態(tài)下都能保持較低的功耗性能,是藍(lán)牙技術(shù)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
各憑本事
藍(lán)牙技術(shù)與UWB作為短距離通信技術(shù)上兩種廣泛應(yīng)用的技術(shù),都各自展示了技術(shù)的優(yōu)勢(shì),在不斷的較量中也都在擴(kuò)大其應(yīng)用場(chǎng)景。
FiRa聯(lián)盟最新發(fā)布的FiRa 2.0針對(duì)FiRa物理層(PHY)和媒體訪問控制層(MAC),支持下行到達(dá)時(shí)間差(DL-TDoA)測(cè)距規(guī)范、動(dòng)態(tài)加擾數(shù)據(jù)幀、通過單向測(cè)距(OWR)提高到達(dá)角(AoA)測(cè)量精度、競(jìng)爭(zhēng)式測(cè)距和物理層的安全配置的技術(shù)規(guī)范,將UWB擴(kuò)展到消費(fèi)市場(chǎng)和工業(yè)市場(chǎng),包括:厘米級(jí)精度的個(gè)人室內(nèi)導(dǎo)航、尋物/尋人和工廠中的資產(chǎn)追蹤,以及智能遙控的應(yīng)用,但關(guān)于陣列天線布局的增加仍是個(gè)問題。
隨著市場(chǎng)對(duì)高精準(zhǔn)度定位服務(wù)的需求日益成長(zhǎng),藍(lán)牙技術(shù)廣泛地應(yīng)用在醫(yī)療健康、商超零售、倉儲(chǔ)物流等各場(chǎng)景上,對(duì)藍(lán)牙技術(shù)上的延遲、數(shù)據(jù)傳輸、高精度定位等方面有著期待。
雖然定位在藍(lán)牙技術(shù)上只是一條分支線,但是藍(lán)牙在高精度定位方面,更新出現(xiàn)了一種新型的藍(lán)牙定位模式-藍(lán)牙信道探測(cè)(CS)在未來將會(huì)成為低功耗藍(lán)牙的新發(fā)展方向。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟表示將在下半年進(jìn)行將推出藍(lán)牙信道探測(cè)技術(shù),藍(lán)牙信道探測(cè)(CS)是一項(xiàng)通過分析不同頻率的射頻信號(hào)相位變化提升測(cè)距精度的機(jī)制,不需要增加陣列天線,只需通過單天線就可實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的安全、高精度精準(zhǔn)測(cè)距。
結(jié)語
兩種無線通訊技術(shù)在傳輸距離、傳輸速率、功耗、系統(tǒng)成本、穩(wěn)定程度和安全性能的對(duì)比下,給市場(chǎng)的需求選擇帶來多樣的可能性。
關(guān)于兩種技術(shù)之間的選擇,這從不都不是個(gè)單選題。隨著UWB與藍(lán)牙技術(shù)的不斷進(jìn)步,以及應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展,兩者之間的融合越來越多,兩種技術(shù)的集成模式將成為主流,繼續(xù)在無線通信的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。