【導讀】如何讓建築智能起來？在這方麵人們已經做了諸多嚐試，比如在照明
、門禁
、空調
、能源管理等方麵引入更多自動化的功能
，現在可能還要增加一個新的選項——室內定位。

對於“定位”，大家並不陌生。在戶外活動時

，人們已經習慣了通過GPS、北鬥等全球衛星定位係統確定自己或者被監測對象的精確地理坐標，並在此基礎上衍生出了導航
、資產追蹤等應用和服務。可是一旦被監測對象進入了室內，衛星定位就失靈了，這時就需要室內定位技術來接棒。

室(shi)內(nei)定(ding)位(wei)的(de)原(yuan)理(li)，其(qi)實(shi)和(he)戶(hu)外(wai)衛(wei)星(xing)定(ding)位(wei)的(de)原(yuan)理(li)很(hen)相(xiang)似(si)，都(dou)是(shi)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)移(yi)動(dong)的(de)被(bei)測(ce)物(wu)與(yu)多(duo)個(ge)固(gu)定(ding)參(can)照(zhao)點(dian)之(zhi)間(jian)的(de)位(wei)置(zhi)關(guan)係(xi)

，並(bing)基(ji)於(yu)專(zhuan)門(men)的(de)算(suan)法(fa)計(ji)算(suan)出(chu)被(bei)測(ce)物(wu)的(de)精(jing)確(que)位(wei)置(zhi)。不(bu)難(nan)理(li)解(jie)，完(wan)成(cheng)這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)
，需(xu)要(yao)三(san)個(ge)核(he)心(xin)技(ji)術(shu)要(yao)素(su)：

標簽設備

通常是指“附著”在被測人或物體上的通信模塊
，其作用是通過發射或接收信標信號，完成定位係統的識別和測量工作。在衛星定位中，這種“標簽”就是帶有GPS或北鬥功能的手機或車載定位/導航設備；而在室內定位中
，則是隨被測對象移動的各種無線通信組件。

定位基站（定位器）

也就是定位係統中位置相對固定的參照點。在GPS和北鬥定位係統中，衛星顯然就扮演著這一角色
；而在室內定位中，也需要在相應的空間內部署這樣的定位器，以及時獲取標簽設備的特征信息並確定其準確位置。

通信方式

為了實現定位

，就需要在定位基站和標簽之間數據傳輸方式


，交互距離和方向等信息，這時就需要無線技術來幫忙了。其中，射頻技術（如藍牙、UWB、Wi-Fi等）
，肯定是當仁不讓的主角
，有時我們也能看到超聲波的身影。值得一提的是
，基於可見光的通信（VCL）也開始加入這一賽道的角逐（我們將在後文詳述），這也讓室內定位的技術選項更為豐富。

圖1：室內定位在倉儲管理中的應用

（圖源：安森美）

PoE技術：助力定位基站快速部署

嚴格來講
，室內定位技術可以分為兩種體係——實時定位（Real-Time Location System, RTLS）和室內定位（Indoor Position System
，IPS）。這兩者主要的區別在於：RTLS是在標簽設備上部署信標，由位置固定的定位基站不斷“偵聽”信標發出的信息，並將其傳輸給定位引擎進行定位計算，這種方式適用於對敏感人或物的實時追蹤；而IPS則正好相反，它的信標是部署在固定的定位基站上
，而由移動的標簽設備去“偵聽”這些信標
，進而計算出自己的位置，因此IPS更適合於室內導航應用。

bulunshinazhongfangshi

，dingweijizhandoushishineidingweixitongzhongbukehuoquedeyaosu，erqieweileyouhuadingweijingduyijifugaifanwei，weilaidingweijizhanbushudeshulianghuigengduo，miduhuigengda，erqieyexuyaojuyoulianghaodekekuozhanxing。

定位基站部署時，需要重點考慮兩個功能：一是數據通信
，比如定位器需要將數據傳輸給定位引擎
，考慮到數據傳輸的可靠性，往往需要通過有線通信（如以太網）來完成；ershidianyuangongdian，youyuzhexiedingweijizhanxuyaochangqiyunzhuan，qiesuizhexingnengtishenghegongnengkuozhan
，qiduiyugonglvdexuqiuyehuiyuelaiyuegao。ruguoshiyongdianchigongdianjiuhuizengjiahouxudeweihugongzuoliang
，yewufamanzugonglvtishengdeyaoqiu，yincibingbushiyouxuanfangan。ruoyaotongshimanzushujutongxinhedianyuangongdianlianggegongnengyaoqiu，yitaiwanggongdian（PoE）顯然是一個理想的解決方案。

通過單一網絡同時支持數據傳輸和電源供電兩個功能，是PoE主要的優勢，它避免了為部署定位基站而開牆打洞、布設配電網絡的麻煩。今天最新的IEEE 802.3bt PoE標準，已經可以支持90W的功率，可以滿足絕大多數以太網聯網設備的供電需求
，也包括室內定位基站。而且由於PoE被歸類為低功率範疇，由網絡工程師架構即可，無需強電技術人員的介入，這也大大增強了定位基站部署的便利性。

為了滿足IEEE 802.3bt這一最新PoE標準的應用開發要求
，安森美（onsemi）推出了NCP1095和NCP1096大功率PoE-PD控製器
，其可提供高達90W的功率，甚至可以支持專有的100W+應用。

這兩款PoE-PD控製器將PoE係統所需的檢測

、分類和浪湧保護功能都集成在一個器件內，而且還支持IEEE 802.3bt新增的Autoclass能量管理特性，使得PD受電設備能夠將其特定的功率需求傳遞給PSE供電設備，以實現更精準的控製，並符合最新PoE規範的要求。

圖2：NCP1095和NCP1096大功率PoE-PD控製器

（圖源：安森美）

可以說，采用上述安森美的芯片解決方案，可以將定位基站快速打造為支持PoE功能的受電設備，以獲得PoE帶來的便利性和靈活性，讓室內定位基站可以根據需要部署到任何一個角落。

低功耗藍牙SoC：加速標簽設備開發

聊完了定位基站
，下麵我們來看看標簽設備。作為與被測對象如影隨形的電子模塊
，標簽的設計需要滿足兩個要求：首先在性能上
，要盡可能支持最新的技術標準，以實現更優的定位精度；其次，由於是“綁定”在移動的人或物上的
，其通常需要電池供電，因此低功耗、小型化的需求也是一個硬指標。

rushangwensuoshu，muqiankeyongyushineidingweidewuxianjishuyouhenduo
，tamenyegejutese
，manzubutongyingyongxuqiu。eryaolunkaifashengtaizuichengshu，yingyongfugaimianzuiguangfandejishu，kendingfeilanyamoshule，qiedigonghaolanya（BLE）的低功耗特性更是有口皆碑。在其他IoT應用中積累的大量設計經驗，也可以移植到室內定位應用中
，有助於打造出理想的定位標簽解決方案。

傳統的藍牙室內定位是基於RSSI信xin號hao強qiang度du測ce量liang原yuan理li。簡jian單dan地di講jiang，就jiu是shi根gen據ju接jie收shou到dao的de無wu線xian電dian信xin號hao強qiang度du與yu傳chuan輸shu距ju離li對dui應ying關guan係xi，估gu算suan出chu被bei測ce物wu體ti的de遠yuan近jin
，再zai根gen據ju標biao簽qian與yu多duo個ge定ding位wei器qi之zhi間jian的de距ju離li換huan算suan出chu準zhun確que的de位wei置zhi信xin息xi，一yi般ban來lai講jiang這zhe種zhong方fang式shi的de定ding位wei精jing度du在zai1至10米之間。

為了進一步提高定位精度，在藍牙5.1規範中特別引入了尋向功能。具體來講就是在獲取藍牙設備之間距離數據的同時，還可以通過測量到達角度（AoA）和離開角度（AoD）等方向信息，計算出更精確的位置數據。據藍牙技術聯盟估算

，此舉可以將藍牙室內定位精度提升到厘米級！借助藍牙技術廣泛的影響力，這無疑會在室內定位市場激起巨大的漣漪，讓更多的開發者對藍牙室內定位產生濃厚的興趣。

圖3：藍牙尋向AoA和AoD方法原理圖

（圖源：藍牙技術聯盟）

藍牙室內定位應用的興起，必然會帶旺市場對藍牙標簽的需求。安森美的RSL10多協議藍牙片上係統就是一個非常適合於藍牙標簽開發的技術平台。

圖4：RSL10多協議藍牙SoC

（圖源：安森美）

在低功耗方麵，RSL10 SoC專門設計用於1.2V和1.5V電池供電的應用，提供超低功耗無線連接，可在1.1V到3.6V的電源電壓範圍內工作，無需外部DC/DC轉換器。同時，RSL10采用雙核架構以及2.4GHz收發器，可靈活地支持帶有尋向功能的BLE技術和2.4GHz專有或定製協議。

圖5：RSL10多協議藍牙SoC係統框圖

（圖源：安森美）

在提供硬件芯片的同時，安森美也在不斷完善基於RSL10 SoC的生態開發係統。比如，安森美與Quuppa合作，將RSL10出類拔萃的低功耗特性與Quuppa強大的智能定位係統（Quuppa Intelligent Locating System™）相結合，基於獨特的AoA測向方法和定位算法實時跟蹤標簽設備

，可在充滿挑戰的環境中實現厘米級的測量定位精度，為設計開發超低功耗、實(shi)時(shi)可(ke)靠(kao)的(de)室(shi)內(nei)資(zi)產(chan)追(zhui)蹤(zong)應(ying)用(yong)，提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)理(li)想(xiang)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。而(er)且(qie)，與(yu)之(zhi)配(pei)套(tao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)開(kai)發(fa)套(tao)件(jian)和(he)軟(ruan)件(jian)資(zi)源(yuan)，以(yi)及(ji)交(jiao)鑰(yao)匙(chi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，更(geng)是(shi)能(neng)夠(gou)讓(rang)藍(lan)牙(ya)定(ding)位(wei)標(biao)簽(qian)的(de)開(kai)發(fa)和(he)部(bu)署(shu)愈(yu)發(fa)靈(ling)活(huo)和(he)快(kuai)捷(jie)。

圖6：Quuppa智能定位係統架構

（圖源：Quuppa）

可見光通信：引領室內定位新模式

上文我們談到了定位基站和標簽設備的發展趨勢、設計要求，以及創新的賦能技術。下麵讓我們將目光聚焦在通信方式這個要素上。

顯而易見
，在為室內定位解決方案選擇通信技術時
，藍牙等射頻技術往往是優先考慮的選項，這主要是因為射頻技術具有傳輸距離長
、技術成熟、應用範圍廣等優勢。不過，基於射頻技術的解決方案並不“完美”
，特別是隨著室內定位應用的拓展，其短板也會逐漸暴露出來。

比bi如ru說shuo，如ru今jin射she頻pin頻pin譜pu越yue來lai越yue擁yong擠ji，特te別bie是shi在zai空kong間jian有you限xian的de室shi內nei環huan境jing中zhong，擁yong擠ji的de射she頻pin頻pin譜pu意yi味wei著zhe來lai自zi相xiang鄰lin頻pin率lv的de幹gan擾rao會hui很hen大da
，解jie決jue這zhe個ge問wen題ti就jiu要yao考kao慮lv額e外wai的de屏ping蔽bi和he濾lv波bo功gong能neng，因yin而er會hui增zeng加jia設she計ji成cheng本ben。此ci外wai，在zai一yi些xie特te殊shu的de環huan境jing中zhong——如有爆炸風險的石油
、天然氣和采礦等行業，或者是醫療和飛機等對於電磁幹擾特別敏感的場所——射頻通信的應用是受限的，這時要部署室內定位係統，就需要其他技術來補位了。

近年來，人們逐漸認識到，可見光通信（VLC）有望在室內定位領域大顯身手，為開發者提供一種全新的係統設計思路。

圖7：VLC係統使用的光譜範圍

（圖源：安森美）

所謂可見光通信（VLC），就是對LED燈具的光強度或頻率進行調製，利用其進行數據傳輸。具體到室內定位的技術方案：我們可以在室內每個LED燈具的鎮流器中嵌入唯一標識符或地址，並將其調製到LED驅動器中
，也就是說建築物內的每個燈具都可以傳輸一個與其確切位置相關的唯一代碼。這一由LED燈具發出的信號可被智能手機或是其他標簽設備上的攝像頭檢測到，通過簡單的算法對三個（或更多）燈具信號進行三角測量

，即可完成定位，定位的精度小於30厘米。

VLC室內定位可以帶來的好處還包括：

●    可見光頻譜涵蓋了430THz到790THz頻段，該頻段不受管製且完全可用。

●    光信號傳輸的及時性
，使其相比射頻通信具有更低的延遲，更適合於實時定位應用。

●    光雖然無法像射頻信號那樣穿透牆壁，但正是這種“局部特性”為其增加了獨特的安全性。

●    燈光的閃爍容易被接收器檢測到，而其頻率對人類視覺不會產生影響。

●    可在特殊的媒介中傳輸（如水）
，有助於開辟新的應用。

●    實現VLC不需要比LED燈具更高的功率

，可以很方便地與現有的LED照明係統，特別是基於PoE的智能照明係統融合在一起，安裝部署成本較低。

圖8：將基於PoE的智能LED照明係統作為室內定位的骨幹網

（圖源：安森美）

設計光VLC係統，高效率和小型化是兩個重要的考量因素，這對於缺乏經驗的人無疑是個挑戰性。以往
，室內定位應用的開發者與LED照明的交集並不多，因此在VLC方麵的經驗也有限，這就需要有一個功能全麵

、使用簡便的解決方案，來幫助開發者跨越VLC室內定位實現過程中的各種技術“鴻溝”。

安森美先進的光引擎NCL31000 LED驅動器恰好可以起到這個作用。該器件將可見光通信所需的所有功能集成到一個緊湊的IC中，具有PWM調光至零電流的97%高效LED驅動器，支持0.1%調光精度和高線性度
，非常適用於VLC室內定位應用。

同時，NCL31000還集成了兩個高效的DC-DC轉換器，用於為傳感器和MCU等係統供電；一個板載的模數轉換器（ADC）可以提供準確而詳細的診斷，並通過內置的I2C或SPI總線發送到本地MCU。此外
，NCL31000還具有出色的抗電磁幹擾（EMI）特性
，在測試中
，它的表現比CISPR15/EN55015的要求低14dB以上。

總之

，NCL31000這一“LED驅動器 + 電源管理”集成解決方案
，極大地優化了係統架構
，有助於開發者快速設計出高能效的VCL室內定位係統，為需求日趨多樣化的室內定位市場引入一種新模式。

圖9：NCL31000 LED驅動器框圖

（圖源：安森美）

本文小結

據Market&Market預測，全球室內定位市場將從2017年的71.1億美元擴大到2022年的409.9億美元，年複合成長率高達42％。在這高速成長市場的背後，新技術的推動和應用功不可沒。

順應這一市場趨勢
，安森美已經做好了布局，圍繞著室內定位方案的三要素——定位基站
、標簽設備和通信技術——推出了一係列針對性的產品和解決方案
，不僅能夠為當下的應用開發提供助力，也在積極引領VLC室內定位等“新概念”技術的探索和實現。

來源：貿澤電子

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