本博客的作者是 LitePoint 的 Eve Danel。在本篇博文中，您将了解到蓝牙、超宽带和 Wi-Fi 规范在改善定位功能方面的更新。

蓝牙、超宽带和 Wi-Fi 的最新标准更新引入了更加准确的全新定位功能，无线设备设计人员可利用这些功能来支持新的室内定位应用。在本篇博文中，我们将回顾这些方法，并比较它们各自在提供改进功能方面的优势。

在主要用于室外应用的 GPS 和其他卫星技术精度不够或者受到建筑物或其他障碍物阻挡的情况下，可使用这些定位功能来精准定位人或物体。虽然其他室内定位系统可以检测到物体的位置，但其精度只能达到几米的量级，这意味着这些系统不能用于许多需要更高精度的应用中。

蓝牙和 Wi-Fi 均已广泛用于许多室内定位的部署。这些技术早期版本的定位功能主要基于接收信号强度指标 (RSSI)。这种方法可以通过测量接收信号的强度来确定发射器和接收点之间的距离，然后根据相应的信号衰减进行定位计算。RSSI 方法的精度受多种因素的限制，主要是发射器和接收器之间是否存在导致衰减的障碍物。如果存在障碍物，那么测量精度会相应降低。如果信号强度测量值未经校准，那么其精度也会降低，从而导致位置计算出现几 dB 的误差。

另外，RSSI 方法本身也不是十分安全，可能会受到“中间人”(MITM) 攻击。当攻击者放大传输信号以使发射器看起来比实际更近时，就会发生这种攻击。

下一代定位技术的目标是达到更高的安全水平，以及低至几十厘米的精度。微定位开启了新一代的用例，允许用户以极其精确的方式与所处环境和周围物体交互。

蓝牙低功耗 5.1

最新加入的蓝牙 5.1 标准增加了几个定向增强功能，可提供传入信号的角度信息。这项标准指定了两种方法：提供到达角 (AOA) 信息和提供离开角 (AOD) 信息。（阅读本博客，了解我们为何需要这些测量值的完整说明。）

在定向方面，蓝牙 5.1 设备可以传输特殊格式的数据包，蓝牙 5.1 接收器使用至少有 2 根天线的天线阵列，以根据天线之间的相位差、信号波长和天线之间的距离来计算入射角。

将 RSSI 信息与 AOA 或 AOD 相结合，可以更精确地确定设备位置。

图 1：蓝牙低功耗 5.1 定向

超宽带 (UWB)

基于 IEEE 802.15.4z-2020 HRP ERDEV（增强型测距设备）修订的超宽带 (UWB) 可提供高精度和安全定位。

UWB 不使用信号强度，而是使用飞行时间 (ToF) 来估算距离。

ToF 测量信号从发射器到接收器所花费的传播时间。无论环境如何，信号都以光速传播。基于时序的距离估算更加稳健，而且不像前面介绍的 RSSI 方法那样容易受环境的影响。

由于无法在不增加延迟的情况下截获信号并重新传输，而且，包含采用 AES-128 加密的加扰时间戳序列 (STS) 的帧提供了额外的安全层，因此，UWB 对前面介绍的中间人攻击具有更强的抵抗能力。

（阅读本博客，全面了解 UWB 及其工作原理）

图 2：UWB 飞行时间

Wi-Fi IEEE 802.11az

IEEE 802.11az 下一代定位 (NGP) 标准完成在即，这项标准基于 IEEE 802.11mc 标准版本中的精细定时测量 (FTM) 功能构建。与使用信号强度来估算距离的 RSSI 方法不同，FTM 使用往返时间信息来估算启用 Wi-Fi 的站点和接入点之间的距离。

802.11az 标准旨在通过 NGP 改进传统 FTM，NGP 使用了与 802.11ax/Wi-Fi 6 标准一致的多项增强功能。Wi-Fi 联盟还在努力开发 R2 项目，这是基于 NGP 的下一代 Wi-Fi 定位。

图 3：Wi-Fi 定时测量往返时间

FTM 使用飞行时间测量距离，其机制与之前所述的 UWB 的 ToF 非常相似。Wi-Fi 客户端站点和接入点交换一系列消息，其中包含离开时间和到达时间的时间戳，因此可得出往返时间。往返时间机制不需要同步设备上的时钟。

802.11az 旨在通过利用 802.11ax 标准中的最新功能来改进传统 FTM。

• 为提高精度，802.11az 将使用更宽的信道带宽，Wi-Fi 6 的信道带宽最高可达 160 MHz，但 802.11be (Wi-Fi 7) 可以扩展到 320 MHz，因为更宽的带宽可提供更高的分辨率。为了更好地适应多路径效应，将会利用 MIMO 信号特性。
• 为提高协议效率，802.11az 重复使用 802.11ax PHY 空数据包 (NDP) 帧，这些帧已针对波束成形探测进行定义。时间戳基于 HE 测距空数据包 (NDP) 帧或 HE 触发 (TB) 响应测距 NDP 的交换。
• 此外，802.11az 还利用了 Wi-Fi 6 的多用户功能，当将基于触发器的测距与上行链路和下行链路 OFDMA 结合使用时，AP 可以利用单次传输有效地从多个站点获得测距信息。此功能极大地减少了交换测距信息所需的开销，还提高了对更多站点的可扩展性。
• 802.11az 引入了 PHY 和 MAC 层安全增强功能，以防止针对测距消息的欺骗和窃听。

测试相关问题

无论采用哪种无线定位技术，都需要经过精心的设计验证测试才能确保最佳性能。LitePoint 的无线测试产品组合拥有为这些技术提供支持的适当解决方案。

IQgig-UWB™ 测试仪是一款全集成式一体化测试解决方案，非常适合测试支持 UWB 的设备的物理层。这款仪器不但支持所有必需的发射器和接收器测试，还具有特定的机制来测试 UWB 测距，并通过精确的触发和响应机制来校准和验证 ToF 和 AoA 测量值。

IQxel-MW 7G 旨在满足 Wi-Fi 6/6E 最高达 7.3 GHz 的 Wi-Fi 连接测试需求，并支持包括蓝牙 LE 5.1 在内的蓝牙设备标准测试。

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