本部落格作者是 LitePoint 的 Eve Danel。 在本篇博文中，您將瞭解到藍牙、超寬頻和 Wi-Fi 規範在改善定位功能方面的更新。

藍牙、超寬頻和 Wi-Fi 的最新標準更新引入了更加準確的全新定位功能，無線設備設計人員可利用這些功能來支援新的室內定位應用。 在本篇博文中，我們將回顧這些方法，並比較它們各自在提供改進功能方面的優勢。

在主要用於室外應用的 GPS 和其他衛星技術精度不夠或者受到建築物或其他障礙物阻擋的情況下，可使用這些定位功能來精準定位人或物體。 雖然其他室內定位系統可以檢測到物體的位置，但其精度只能達到幾米的量級，這意味著這些系統不能用於許多需要更高精度的應用中。

藍牙和Wi-Fi均已廣泛用於許多室內定位的部署。 這些技術早期版本的定位功能主要基於接收信號強度指標 （RSSI）。 這種方法可以通過測量接收信號的強度來確定發射器和接收點之間的距離，然後根據相應的信號衰減進行定位計算。 RSSI 方法的精度受多種因素的限制，主要是發射器和接收器之間是否存在導致衰減的障礙物。 如果存在障礙物，那麼測量精度會相應降低。 如果信號強度測量值未經校準，那麼其精度也會降低，從而導致位置計算出現幾 dB 的誤差。

另外，RSSI 方法本身也不是十分安全，可能會受到「中間人」（MITM） 攻擊。 當攻擊者放大傳輸信號以使發射器看起來比實際更近時，就會發生這種攻擊。

下一代定位技術的目標是達到更高的安全水準，以及低至幾十釐米的精度。 微定位開啟了新一代的用例，允許使用者以極其精確的方式與所處環境和周圍物體交流。

藍牙低功耗 5.1

最新加入的藍牙5.1 標準增加了幾個定向增強功能，可提供傳入信號的角度資訊。 這項標準指定了兩種方法：提供到達角 （AOA） 資訊和提供離開角 （AOD） 資訊。  （閱讀本博客，瞭解我們為何需要這些測量值的完整說明。 ）

在定向方面，藍牙 5.1 設備可以傳輸特殊格式的數據包，藍牙 5.1 接收器使用至少有 2 根天線的天線陣列，以根據天線之間的相位差、信號波長和天線之間的距離來計算入射角。

將 RSSI 資訊與 AOA 或 AOD 相結合，可以更精確地確定設備位置。

圖 1：藍牙低功耗 5.1 定向

超寬頻 （UWB）

基於 IEEE 802.15.4z-2020 HRP ERDEV（增強型測距設備）修訂的超寬頻 （UWB） 可提供高精度和安全定位。

UWB不使用信號強度，而是使用飛行時間 （ToF） 來估算距離。

ToF 測量信號從發射器到接收器所花費的傳播時間。 無論環境如何，信號都以光速傳播。 基於時序的距離估算更加穩健，而且不像前面介紹的 RSSI 方法那樣容易受環境的影響。

由於無法在不增加延遲的情況下截獲信號並重新傳輸，而且，包含採用 AES-128 加密的加擾時間戳序列 （STS） 的幀提供了額外的安全層，因此，UWB 對前面介紹的中間人攻擊具有更強的抵抗能力。

（閱讀本部落格，全面瞭解 UWB 及其工作原理）

圖 2：UWB 飛行時間

Wi-Fi IEEE 802.11az

IEEE 802.11az 下一代定位 （NGP） 標準完成在即，這項標準基於 IEEE 802.11mc 標準版本中的精細定時測量 （FTM） 功能構建。 與使用信號強度來估算距離的 RSSI 方法不同，FTM 使用往返時間資訊來估算啟用 Wi-Fi 的網站和存取點之間的距離。

802.11az標準旨在通過NGP 改進傳統 FTM，NGP 使用了與 802.11ax/Wi-Fi 6 標準一致的多項增強功能。 Wi-Fi聯盟還在努力開發 R2 專案，這是基於 NGP 的下一代 Wi-Fi 定位。

圖 3：Wi-Fi 定時測量往返時間

FTM使用飛行時間測量距離，其機制與之前所述的 UWB 的 ToF 非常相似。 Wi-Fi 用戶端網站和接入點交換一系列消息，其中包含離開時間和到達時間的時間戳，因此可得出往返時間。 往返時間機制不需要同步設備上的時鐘。

802.11az 旨在透過利用 802.11ax 標準中的最新功能來改進傳統 FTM。

• 為提高精度，802.11az 將使用更寬的通道頻寬，Wi-Fi 6 的通道頻寬最高可達 160 MHz，但 802.11be （Wi-Fi 7） 可以擴展到 320 MHz， 因為更寬的頻寬可提供更高的解析度。 為了更好地適應多路徑效應，將會利用 MIMO 信號特性。
• 為提高協定效率，802.11az 重複使用 802.11ax PHY 空數據包 （NDP） 幀，這些幀已針對波束成形探測進行定義。 時間戳基於 HE 測距空數據包 （NDP） 幀或 HE 觸發 （TB） 回應測距 NDP 的交換。
• 此外，802.11az 還利用了 Wi-Fi 6 的多使用者功能，當將基於觸發器的測距與上行鏈路和下行鏈路 OFDMA 結合使用時，AP 可以利用單次傳輸有效地從多個網站獲得測距資訊。 此功能極大地減少了交換測距資訊所需的開銷，還提高了對更多網站的可擴充性。
• 802.11az 引入了 PHY 和 MAC 層安全增強功能，以防止針對測距消息的欺騙和竊聽。

測試相關問題

無論採用哪種無線定位技術，都需要經過精心的設計驗證測試才能確保最佳性能。 LitePoint 的無線測試產品群組擁有為這些技術提供支援的適當解決方案。

IQgig-UWB™ 測試儀是一款全集成式一體化測試解決方案，非常適合測試支援UWB的設備的物理層。 這款儀器不但支援所有必需的發射器和接收器測試，還具有特定的機制來測試 UWB測距，並通過精確的觸發和響應機制來校準和驗證 ToF 和 AoA 測量值。

IQxel-MW 7G 旨在滿足 Wi-Fi 6/6E 最高達 7.3 GHz 的 Wi-Fi 連接測試需求，並支援包括藍牙 LE 5.1 在內的藍牙設備標準測試。

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