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这篇客座专栏由 Ciaran Connell 撰写,他是 DecaWave 的首席执行官——提供 802.15.4a 标准的芯片,支持物联网和实时定位系统。

这几天,室内定位这个概念很火爆。苹果发布了 iBeacon,在店内和商场内添加位置信息。谷歌正在频繁发布谷歌室内地图的新场馆,有数十家创业公司正在发布在商场,医院,机场和办公室内部的解决方案,遍及全球。新的室内定位创业公司每隔几个星期就会冒出一家,更多的人使用他们手机当中的 GPS,希望这能够在室内也一样好用。

大多数的室内定位系统都是基于已有的无线网络来运营的,比如 wifi 或者蓝牙技术。这样的原因很简单,现在已经被部署的无线技术,在手机或者其他设备的连接,比使用还没有在市场上广泛应用的无线技术要容易得多。

但是,在室内的定位操作,如果想要通过现有的 wifi 或蓝牙来完成,有着不可逾越的局限性。wifi 和蓝牙都是窄带的无线技术,他们都有非常特别的传输内容限制,不可以用作测量距离的准确度,同样也伤及了受到干扰的时候,这些测量的可靠性。这意味着,窄带无线信号能够用来衡量距离,探测位置,但是它的精确度和可靠性是有限的。

新标准的兴起

国际标准化组织 IEEE 的 802.15.4a 是一个全新的无线标准,这是从超宽带(UWB)以及其他宽带频宽的顶部移植而来的。802.15.4a 是特别设计,以应付来波时间(time-of-arrival)的计算支持。通常这意味着一种克服多径传播(multipath propagation)的方法。这可以用在位置定位上面,提供了蓝牙所面临的很多挑战的解决方案。宽带的脉冲将会比窄带更短,波形也会更加锐利,这导致了低噪音,和更加精确的来波时间计算。宽带同样有一个频率范围更小的传输过程,减少了信号干扰的机会。

第一个例子是我们所谓信号长度(symbol length),这个图表比较了一个信号在窄带和超宽带之间传播的不同:

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因为超宽带的信号更短,任何一个超宽带信号开始和停止的标志都将会变得更加精确。

第二个例子是窄带和超宽带系统如何处理这种情况:有信号到达的多种路径,包括反射和干扰。窄带不断叠加的信号很有可能会互相影响,而超宽带信号将会区分的很明显,而保持它们各自的信号强度。

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以上这些因素都使得 802.15.4a 协议提供更加精确的来波时间的测量,并且将位置精度提升到五厘米见方之内。这使得探测一个位置的准确度最高可以容错到十厘米范围内。这种定位技术是完全基于与 802.15.4a 标准相兼容的系统之上。

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802.15.4a 技术已经标准化有几年时间了。但只是在最近,才在硬件方面到达市场。第一个移植了该标准的芯片,是在今年 11 月 7 号发布的,而第一个使用这些新芯片的应用程序,将会随着硬件项目的发布而分发。但在这条路上可以期待超宽带被智能手机和其他的消费移动设备所支持。

在工业发布层面上,平均级别开放了一个很大范围的广泛的应用支持。高精确度定位可以支持医疗类的应用。当人们站在药店货架当中,就可以精细地挑选,而不需要像以往那样只有在药房,分类的药品才能被自动分拣。它还可以用来监视医务室的工作人员,每隔几分钟就必须去洗手。还可以监视医疗设备库房的存储,以及距离机器人最近的部件等等。

高精确度的地理定位同样可以开发全新的消费应用。想象一个在商店以内的购物应用,不仅知道你是在第四排货架当中流连,而且知道你是在最贵的啤酒前面,而不是选择便宜的啤酒;或者在某个知名品牌的饮料,而不是商店自产品牌的可乐前面驻足流连。或者如果你的社交网络应用知道,你跟你的朋友坐在相邻的位置上;或者如果你的学校安全系统知道,你曾经在某一层楼梯的东面呼叫求助,而不是在楼梯的另一端救援。所有以上这些应用,如果到定位精度能够精确到十厘米见方的时候,都会变得更加有效。

今天的定位系统精度能够达到 5 到 7 米,如果这足以满足你的需求的话,那么窄带的定位系统可能已经够用。但是如果你真的想知道某一个设备具体的位置在哪里,而又想使这种定位变得精确和可靠,那么高准确性的室内定位即将到来。随着新的无线标准的应用,数据传输协议将会真正地适合位置定位技术。(编译:书航)

原文;A new wireless protocol supporting highly accurate location positioning