刘延 从AirTag说起 聊聊未来的室内定位技术

本文提交给SOOMAL读者，转载于非SOOMAL合作平台，请至少得到作者的口头同意。本文2500字，货款600元结算。感谢柳岩的支持。希望文章内容能对大家有所帮助，欢迎更多网友积极投稿。

在最近的发布会上，苹果发布了长期难以生产的AirTag。价格不便宜，但是用来解决一个问题:商品的室内定位。据苹果官网介绍，AirTag利用蓝牙+UWB技术实现室内定位，蓝牙技术进行短距离感应搜索，UWB技术进行精准搜索。

户外定位技术已经非常成熟——基站可以粗略定位，民用GPS/北斗可以精确到米，手机陀螺仪的方向可以辅助判断。室内定位一直是个难题。如果你在一个大商场里转身，人们可能会迷路。由于室内GPS信号无法搜索，需要额外的设备来实现米级定位。目前主流的应用方式是UWB和蓝牙，这是AirTag上的两种定位方式。除了这两种方法，还有基站、Wi-Fi、vSLAM等等。本文将简要介绍这些方法。

超宽带定位

利用窄脉冲信号，UWB技术可以实现ToF+GPS，类似于实现高精度定位。简单来说，手机发射信号，用于监测的小基站接收信号，信号到达不同监测点时，根据单位时间差定位无线信号发射源。只要室内有三个基站，就可以通过到达时间差定位。

这种定位方式的主要问题是芯片供应商少且相对昂贵，待机功率相对较高。毕竟UWB芯片属于宽带通信，功率相对高于目前主流的低功耗窄带蓝牙。目前能够量产的UWB芯片只有三家:苹果、恩智浦和十堰，包括恩智浦和十堰内部的其他UWB芯片设计厂商。目前正在设计的UWB芯片技术还停留在22-28nm的平面工艺，而主流产品还处于65-90nm工艺的成熟工艺。毕竟不如水果丰富。为了降低功耗，财大气粗的苹果疯狂地在U1芯片上放了一个14nm的FinFET工艺，大部分时间只能实现通过蓝牙进行AirTag定位，通过UWB精确定位的功能。

由于这两个问题，UWB技术缺乏消费者硬件支持。UWB定位技术成熟，难以在消费市场大规模推广。目前主要用于监狱、医院、养老院等成本相对不敏感的场所。苹果只能自己重新设计芯片。但由于苹果的封闭性，即使下游领域想在室内增加UWB定位基站，也无法选择恩智浦或Decawave现有的工业级成熟产品，只能等待苹果的oautp.0。

蓝牙定位

目前蓝牙定位技术可以分为两大类，分别基于蓝牙4.2和蓝牙5.1。前者精度较低，方案成熟，成本较低。后者自2019年开始应用，精度更高，方案成熟度更低，成本更低。

与UWB定位相比，蓝牙定位应用广泛。蓝牙芯片的供应商很多，价格便宜，功耗低。一块电池可以轻松袖手旁观一年甚至更长时间，而且所有手机基本都配备了蓝牙功能，不需要额外的费用。比如在北京和单车共享，我只能在一些区域的指定地点停车，否则车不会锁，即使锁了也要收取额外的调度费。即使关掉手机，还是会提示停车位置不正确。这种电子围栏技术是基于蓝牙定位技术。

基于蓝牙4.2系列的定位可以理解为基于距离的定位，即通过定位终端传输蓝牙信号，在几个定位节点测量蓝牙信号的强度，根据蓝牙信号的强度和定位节点的位置定位终端，称为RSSI。

这种应用可以做一些精度要求比较低的室内定位，比如在地下停车场找车。

AoA和AoD的定位原理2019年1月，蓝牙联盟将蓝牙AoA/AoD技术写入最新的蓝牙5.1标准。目前对终端天线要求不高的AoA技术主要用于定位。

AoA的全称是到达角。在这种定位技术中，蓝牙终端发射信号，接收器通过多根天线接收。因为从每个天线到蓝牙终端的距离不同，所以形成了相位差。通过相位差和天线距离计算它们之间的角度关系，进而实现定位。该方法最多可以实现厘米级定位，接近UWB技术的理论值。

与UWB技术相比，蓝牙AoA技术的芯片供应商更多，下游终端也更多。但相关技术自2019年正式发布以来，目前应用较少，主要难点在于天线设计和距离算法。目前能提供解决方案的厂商不多，可能需要时间推广。领先的海外制造商是来自芬兰的前诺基亚团队Quuppa。国内也有一些创业企业开始涉足这个领域。该技术在技术指标上与UWB技术相当，成本较低，因此在医院、监狱等场景得到了应用。得益于设备的普及和蓝牙的低待机功耗，这项技术也开始进入工业和商业场景。比如一些工业企业就采用了这种方法来提高员工的安全性，北京SKP和郭波也相继采用了这种技术来辅助室内定位。

其他定位方法

除了UWB和蓝牙，室内定位还包括4/5G基站定位、视觉定位和Wi-Fi定位。但这些都不是主流，就简单说说。

基站定位

在2020年冻结的R16标准中，增加了5G NR基站定位技术和多RTT定位。3G、4G时代，手机基站分布相对稀疏，但进入5G时代后，基站数量大幅增加，理论上可以通过5G基站实现定位。其定位精度约为站距的1/4~1/3。它可以简单满足商场流量统计和个人基本定位导航的需求。但这种方法需要手机同时接收三个以上基站的精确波束，由于5G基站数量不够密集，目前难以大规模实现。

视觉定位

视觉定位称为vSLAM，它是基于几何成像原理，用相机以不同角度拍摄，形成场景的三维建模。最常见的应用是扫地机器人。如果选择使用激光雷达，成本会居高不下；如果选择纯摄像头方案，其建模和算法要求会很高，定位效率会很低。目前主要应用于部分工业场景，如自动汽车、扫地机器人等。

无线定位

Wi-Fi定位是通过将房间划分成n*m个小网格，然后依次记录小网格中几个路由器发送的Wi-Fi信号强度，即特征值来实现的。手机进入这个地方后，将测得的特征值与数据库中的值进行比较，根据匹配算法得到终端位置。前期工作量巨大，后期场稍有变化就会导致特征值的变化，需要重新采集。所以，Wi-Fi定位还没有普及。

摘要

AirTag巧妙地结合了蓝牙和UWB定位技术，用于防止物品丢失。然而，未来的定位技术可能远不止于此。至少目前来看，基于蓝牙的定位技术正在迅速普及。国内运营商和大型厂商也在根据自身情况提高室内定位精度。希望室内定位能尽快普及，在商场找点吃的，免得挨家挨户看门牌号。