近期有媒體報導蘋(píng)果即將推出基于UWB（Ultra WideBand，超寬帶）技術(shù)的電子追蹤器AirTags（Apple Tags），并預測2020年出貨量將達千萬(wàn)等級，甚至有可能成為繼目前十分火爆的TWS產(chǎn)業(yè)之后下一個(gè)聚焦熱點(diǎn)，前景十分看好。
(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò ))
根據曝光的消息，AirTags應該是一個(gè)小小的圓形白色物件，通過(guò)藍牙和iPhone等其他蘋(píng)果硬件設備配對，并將利用iPhone 11系列當中的超寬帶U1芯片實(shí)現更加精準的室內追蹤；它還將具有增強現實(shí)組件，使您可以通過(guò)將相機對準按鍵或其他物品可能存在的區域來(lái)定位物品。這是目前上其他同類(lèi)產(chǎn)品所無(wú)法比擬的。
AirTags 本質(zhì)上是一種基于UWB技術(shù)的近距離尋向和高精度定位產(chǎn)品，通過(guò)提供短距離測量功能，這款設備將增強iOS的尋找功能和增強現實(shí)（AR）應用的用戶(hù)體驗。由于蘋(píng)果巨大的產(chǎn)業(yè)引導能力，該報導在業(yè)界引起不小的反響。
為更好了解室內定位技術(shù)分類(lèi)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，本文將就其原理進(jìn)行基本介紹，并就高精度定位技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。
一 室內定位市場(chǎng)
室內定位就是指在室內環(huán)境中實(shí)現物體或人的位置定位。近年來(lái)，隨著(zhù)室內定位技術(shù)精度的提高，室內定位為零售、制造、醫療、機器人等行業(yè)提供十分準確的位置信息數據，成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的重要基礎。不可否認的是，未來(lái)是物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，而室內定位技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò )的底層基礎，自然能夠獲得更大的市場(chǎng)機遇。
據統計，普通人有80%時(shí)間是在室內度過(guò)，而在眾多的數據中，位置數據是一個(gè)重要的維度，未來(lái)50%以上的信息都與位置數據相關(guān)。要采集位置數據就需要依賴(lài)定位技術(shù)，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，定位技術(shù)的各項性能指標也得到了長(cháng)足的進(jìn)步，基于定位技術(shù)的相應市場(chǎng)也正在逐漸開(kāi)啟。
室內定位應用廣泛，大概有三類(lèi)市場(chǎng)：
政府類(lèi)應用：公、檢、法、司、機關(guān)等
工業(yè)類(lèi)應用：貨品倉庫、智能工廠(chǎng)、地鐵、隧道、礦井等；
商業(yè)類(lèi)應用：商場(chǎng)、博物館、體育館、展覽館、圖書(shū)館、地下車(chē)庫等；
消費類(lèi)應用：防丟器、跟隨器等；
據Market&Markets的調查數據顯示，未來(lái)幾年，室內定位的全球市場(chǎng)將以42.0％的年復合成長(cháng)率增長(cháng)，市場(chǎng)規模預計從2017年的71億1000萬(wàn)美元擴大到2022年的409億9000萬(wàn)美元。特別是以蘋(píng)果為代表的手機企業(yè)將高精度定位系統引入手機生態(tài)系統后，原本TO B 的商業(yè)模式將快速過(guò)度到TO C的市場(chǎng)，這必將引起新一輪市場(chǎng)的快速增長(cháng)。
預計2018 ~ 2022年期間，室內定位技術(shù)將廣泛滲透進(jìn)入智能制造、智能建設、養老醫療、公共安全、物流運輸等行業(yè)應用，逐漸成為追蹤和定位服務(wù)的主流技術(shù)。
二 室內定位技術(shù)簡(jiǎn)介
定位技術(shù)方面，GPS技術(shù)應用最成熟也最廣泛，但它不支持室內定位。室內外區域定位常用到的技術(shù)有Wi-Fi、RFID、ZigBee、紅外線(xiàn)、藍牙和UWB超寬帶技術(shù)，各種技術(shù)有各自的特點(diǎn)，如下表所示：
有眾多技術(shù)可以實(shí)現室內定位，其中包括RFID、紅外線(xiàn)、藍牙Beacon、Zigbee，Wi-Fi、UWB及AOA-BLE，每種技術(shù)都有其長(cháng)處和不足，其中高精度定位領(lǐng)域主要是UWB 及最新BLE 5.1 所支持的AOA/AOD技術(shù)；下面分別就這兩種技術(shù)進(jìn)行詳細說(shuō)明。
2.1 UWB 定位技術(shù)
UWB定位系統在室內定位市場(chǎng)中占據30% ~ 40%的市場(chǎng)份額。制造產(chǎn)業(yè)中的資源利用和工作流優(yōu)化，使企業(yè)對基于UWB技術(shù)的實(shí)時(shí)定位系統的應用需求日益增長(cháng)，促進(jìn)了UWB技術(shù)在定位精度方面的進(jìn)步，提升了市場(chǎng)競爭力。
UWB是一種寬帶短距離的無(wú)線(xiàn)脈沖通信技術(shù)，在室內高精度定位技術(shù)方面，UWB被視為最有發(fā)展前途的技術(shù)之一，其擁有精度高、抗多徑干擾能力強（多徑：是指RF信號通過(guò)不同路徑到達同一接收端）、保密性高等特點(diǎn)而被廣受關(guān)注。
UWB技術(shù)最大問(wèn)題：
1. 成本高
此前，UWB定位技術(shù)主要在企業(yè)級應用市場(chǎng)推廣，雖然性能優(yōu)越，不過(guò)比較小眾。此次蘋(píng)果在其新品手機中植入UWB芯片，將會(huì )正式開(kāi)啟UWB在消費級的應用市場(chǎng)，對整個(gè)UWB定位產(chǎn)業(yè)的擴大與成熟有很大的幫助。目前UWB定位技術(shù)最讓人詬病的就是費用太貴，而手機植入后，也將會(huì )對成本下降有很明顯的促進(jìn)作用，讓外界對UWB定位技術(shù)有了很高的期待。
2. 功耗大
由于工作頻段在3.1GHz～10.6GHz 超高頻范圍，且帶寬高達500MHz，其功耗為普通藍牙模塊的10倍以上，因此較難集成到普通電池供電設備中。
3. 發(fā)射功率受限，覆蓋范圍小
美國FCC關(guān)于UWB設備發(fā)射功率的要求：在3.1GHz～10.6GHz頻段上FCC對發(fā)射場(chǎng)強的功率限制為：測量帶寬1MHz時(shí)，距離3m處場(chǎng)強最大為500μV/m，即－41.3dBm。如果帶寬為500MHz， 則信道內絕大發(fā)射功率不得超過(guò)：-43.3+10log（500）=-14.3dBm；此功率為EIRP（全向輻射功率），考慮到天線(xiàn)增益與空間衰減可近似抵消，因此UWB發(fā)射機帶內發(fā)射功率不得超過(guò)-14.3dBm。
此功率僅為傳統藍牙發(fā)射設備（6dBm）的1/100左右（注：對于無(wú)線(xiàn)發(fā)射功率，20dB相對于100倍），因此其有效覆蓋范圍相對于其他設備大打折扣，這也是Apple Tags 僅僅能夠支持近距離聯(lián)絡(luò )的原因。
2.2 AOA-BLE 定位技術(shù)
AOA-BLE定位基本原理
AOA(Angle of Arrival )定位系統由標簽端（或被定位目標）及定位器組成，其中定位器包含由天線(xiàn)陣列及高速定位引擎?；贏(yíng)OA定位的的基本原理是標簽發(fā)射無(wú)線(xiàn)信號到定位器，定位器中天線(xiàn)陣列在不同時(shí)間點(diǎn)收到同一信號源發(fā)出的無(wú)線(xiàn)信號，通過(guò)分析到達時(shí)間差，借助定位器中所嵌入的定位算法（例如MUSIC算法），通過(guò)運算可以計算出標簽對定位器的方位角于俯仰角，再配合信號強度估計，可以精確對目標進(jìn)行兩維平面定位（兩個(gè)以上定位器可對同一目標進(jìn)行空間定位）。
在2019年藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group)推出的低功耗藍牙核心規范BLE 5.1中，基于A(yíng)OA/AOD測向功能(Direction Finding)的空中數據接口規范已經(jīng)正式納入其中，這使得搭載了低功耗藍牙技術(shù)BLE5.1的裝置（包括手機、各種職能終端）可發(fā)射定位數據包給定位器（AOA，室內定位），或者偵測藍牙定位器所發(fā)出的導航信號（AOD，室內導航），從而提供厘米等級的定位/導航精準度。
作為一項定位技術(shù)，藍牙已成手機中的標配是其最大的優(yōu)勢，借助手機已有的生態(tài)環(huán)境將該技術(shù)進(jìn)行大規模推廣已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。本次藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth Special Interest Group)協(xié)議標準的更新，通過(guò)藍牙AOA/AOD定位可將定位精度提升到亞米級。此外，再結合藍牙本身的優(yōu)勢，使得整個(gè)室內定位行業(yè)對藍牙定位技術(shù)及相關(guān)市場(chǎng)都充滿(mǎn)了期待。
基于A(yíng)OA-BLE 室內定位技術(shù)優(yōu)勢：
1） 兼容性好--兼容BLE5.1協(xié)議，具有廣闊的生態(tài)空間；
2） 功耗小--適合于包括手機在內的各種智能終端及物聯(lián)網(wǎng)設備；功耗不到UWB系統的1/10；
3） 標簽成本低—采樣普通的藍牙芯片或兼容藍牙廣播包的2.4GHz芯片便可搭建（或普通手機），BLE芯片成本不足UWB芯片的1/10；
4） 頻譜資源不受限制--工作在全球通用的2.4GHz ISM免費頻段，適應性強。
5） 核心芯片可控--國內藍牙芯片供應商眾多，相對于UWB芯片（DecaWave為主），完全自主可控；
三 室內定位技術(shù)發(fā)展趨勢
?。?）基于低功耗藍牙BLE的定位技術(shù)會(huì )被越來(lái)越廣泛應用。藍牙室內定位已發(fā)展一段時(shí)間，隨著(zhù)BLE5.1規范推出，BLE定位受到相當大的關(guān)注。目前基于該技術(shù)的信息推送應用在零售業(yè)已經(jīng)獲得相當大的響應，預期未來(lái)BLE室內定位技術(shù)會(huì )更多結合信息推送、移動(dòng)支付等應用，或被實(shí)踐在日常生活上提供個(gè)性化服務(wù)。
?。?）多種技術(shù)結合的混合定位方法，以滿(mǎn)足各種室內環(huán)境和應用場(chǎng)景的需求，并彌補單一技術(shù)的局限。
?。?）室內地圖和室內定位數據庫會(huì )迅速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)趨于成熟，以保證快速擴展的能力和定位性能的可靠性與一致性。
?。?）采用專(zhuān)用的定位引擎來(lái)處理定位、運動(dòng)檢測、傳感器數據分析、信息融合和地理圍欄（Geo-fencing）。
?。?）低功耗優(yōu)化，降低定位功能對移動(dòng)設備帶來(lái)的額外功耗以實(shí)現隨時(shí)隨地的精準定位。
四 室內定位領(lǐng)域上下游產(chǎn)業(yè)鏈
室內定位領(lǐng)域已經(jīng)形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，主要分為上游芯片產(chǎn)業(yè)、中游系統方案商、下游系統集成商。
4.1 上游的芯片產(chǎn)業(yè)
A、UWB芯片：
l 國外：Decawave
l 國內：國內暫時(shí)還沒(méi)有大規模生產(chǎn)UWB定位芯片的廠(chǎng)商
B、BLE5.1 芯片（帶AOA功能）：
l 國外：TI、SiliconLab、Dialog、Nordic、Cypress etc；
l 國內：磐啟微、泰陵微 etc；
4.2 中游的方案提供商
A、UWB：
l 國外： SKYLAB
l 國內：沃旭、星網(wǎng)云聯(lián)
B、BLE5.1（帶AOA功能）：
以BLE芯片為基礎，并結合自己的定位算法研發(fā)出AOA定位系統
l 國外：Quuppa、SiliconLab、TI
l 國內：磐啟微
4.3 下游的集成商
負責為終端客戶(hù)提供應用解決方案。集成商根據每個(gè)行業(yè)的具體情況，將AOA-BLE定位系統二次開(kāi)發(fā)，并和其他人員管理設備或者自動(dòng)化配套設備集成，研發(fā)出更適合這些行業(yè)的定位系統與設備。
終上所述，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，室內定位作為物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò )的底層基礎，具有很大的市場(chǎng)潛力。
五 總結
室內定位技術(shù)眾多，各種技術(shù)都有自己的特點(diǎn)，彼此間又在一定程度上存在互相競爭。高精度室內定位技術(shù)均需要比較昂貴的額外輔助設備或前期大量的人工處理，這些都大大制約了技術(shù)的推廣普及。低成本的定位技術(shù)則在定位精度上需要提高。在提供高精度定位的基礎上降低成本也是室內定位的一個(gè)方向?；赨WB 或AOA-BLE技術(shù)的兩種高精度室內定位系統是未來(lái)主流發(fā)展方向，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代具有廣闊的生態(tài)空間及發(fā)展潛力。未來(lái)的趨勢一定是多種技術(shù)融合使用，實(shí)現優(yōu)勢互補，以面對復雜環(huán)境。其中成本越低、兼容性越好、精度越高的技術(shù)越容易普及。
