從AirTag說起，聊聊未來的室內定位技術

最近釋出會上，蘋果釋出了難產已久的AirTag，價錢算不上便宜，但卻用來解決一個問題：物品的室內定位。根據蘋果官網說明AirTag采用了藍芽+UWB技術實作室內定位，采用藍芽技術用於近距離感應尋找，UWB技術用於精確尋找。

室外定位技術已經非常成熟了——基站可以粗略定位，民用GPS/北鬥可以精確到米級，外加手機陀螺儀的方向輔助判斷。室內定位一直是個老大難的問題，在大商場轉個身，人可能就找不見了。室內GPS訊號搜尋不到，實作米級定位就需要額外裝置。目前主流套用方式即為UWB和藍芽，也就是AirTag上的兩種定位方式，除了這兩種以外，還有基站、Wi-Fi、vSLAM等方式。本文將對這些方式進行簡單介紹。

UWB（超寬頻）定位

UWB定位成本偏高、定位準確性高、芯片供應商少。這種定位方式我們在之前的科普文淺析超寬頻技術和套用中已經闡述過了。其原理是：

這種定位方式的主要問題是， 芯片供應商少且相對貴，待機功率相對有點高。 UWB芯片畢竟還是屬於寬頻通訊，相較於目前主流低功耗的窄帶的藍芽，其功率相對較高。目前UWB芯片能規模化量產的主要只有三家：蘋果、NXP、Decawave（現已被Qorvo收購），包括NXP和Decawave以內的其他UWB芯片設計廠商，目前設計中的UWB芯片工藝也都停留在22-28nm的平面工藝上，而主流產品還在65-90nm制程的成熟工藝。畢竟還是不如果子有錢。為了降低功耗，財大氣粗的蘋果喪心病狂地給U1芯片上了14nm FinFET工藝，也只能實作AirTag絕大部份時候采用藍芽定位，精確尋找用UWB定位的功能。

這兩個問題的結果是， UWB技術缺少消費級硬體支持 。UWB定位技術成熟，卻難以在消費級市場大規模鋪開套用，目前主要套用於成本相對不敏感的監獄、醫院、看護等場所。蘋果也只能親自動手，重新設計芯片。但蘋果的封閉性，導致即使下遊領域希望在室內增加UWB定位基站，也不能選擇現有NXP或是Decawave方案的工業級成熟產品，只能靜待蘋果開放授權。

藍芽定位

目前藍芽定位技術主要可以分為兩類，基於藍芽4.2和基於藍芽5.1。前者精度較低，方案成熟，成本也較低；後者從2019年才開始套用，精度較高，方案成熟度較低，但成本也較低。

相較於UWB定位，藍芽定位套用要廣泛的多。藍芽芯片供應商多，芯片便宜，且功耗低，一塊電池可以輕松待機一年甚至更長，而所有手機也都基本帶了藍芽功能，無需額外成本。比如，我在北京，共享單車在部份地區只能在指定地點停放，否則車會鎖不上，即使鎖上了也會收取額外排程費，我即使關掉手機，也依然會提示停放位置不正確。這種電子圍欄技術就是基於藍芽定位技術。

基於藍芽4.2系列的藍芽定位技術準確度相對較低，通常精度在1-3公尺。

基於藍芽4.2系列的定位可以理解為基於距離的定位，即透過定位終端發射藍芽訊號，在數個定位節點（信標，Beacon）測量藍芽訊號強度，根據藍芽訊號的強弱和定位節點的位置對終端定位，專業名詞叫RSSI。

這種定位相對來說原理較為簡單，成本也較低。主要問題在定位精度，信標間距為6公尺時，定位精度只能達到2公尺，如果信標間距再大一倍達到12公尺時，定位精度只有5公尺了，其實用價值會大幅下降。AirTag日常也是使用這種技術，即透過周圍蘋果裝置實作定位。

這種套用可以做一些對於精度要求相對較低的室內定位，例如地下停車場找車。

基於藍芽5.1的AoA定位技術精度相對較高，可達分米級。

2019年1月，藍芽聯盟將藍芽AoA/AoD技術寫入了最新的藍芽5.1標準。目前主要套用於定位的，是對終端天線需求較低的AoA技術。

AoA全名叫Angle of Arrival，到達角。這種定位技術是藍芽終端發射訊號，而接收器透過多天線接受，因為各個天線到藍芽終端的距離不同，因此形成了相位差，透過相位差和天線距離，計算相互之間的角度關系，進而實作定位。這種方式最高能達到厘米級的定位，和UWB技術的理論值接近。

藍芽AoA技術相較於UWB技術，其芯片供應商更多、下遊終端普及更多。但由於相關技術在2019年才正式釋出，其目前套用偏少，主要難點在於天線設計和距離演算法，目前能提供解決方案的廠商並不多，因此要想普及可能還需要時間。海外走的最靠前的廠商叫Quuppa——來自芬蘭，前諾基亞團隊。國內也有一些初創型企業已經開始涉足這個領域。 這種技術指標上可以和UWB技術媲美，成本上更低，因此在醫院、監獄等場景已經開始套用了。受益於裝置的普及和藍芽待機功耗低，這項技術也開始進入工業和商業場景，例如部份工業企業采用這種方式提升員工安全性，商業上北京SKP、國博就陸續采用了這種技術輔助室內定位。

其他定位方式

室內定位除了UWB和藍芽以外，還有4/5G基站定位、視覺定位、Wi-Fi定位。但這幾種都不是主流，簡單聊聊就行。

基站定位

在2020年凍結的R16標準中加入了5G NR基站定位技術，Multi-RTT定位。3G和4G年代，手機基站分布相對比較稀疏，但進入5G年代後，基站數量大增，理論上即可透過5G基站實作定位。其定位精度約為1/4~1/3站間距。可以簡單滿足商場人流量統計及個人基本定位導航需求。 但這種方式需要手機同時收到3個以上基站的精確波束，由於5G基站數量還是不夠密集，在目前難以大規模實作。

視覺定位

視覺定位叫做vSLAM（同步定位與地圖構建），即基於幾何影像原理，透過網路攝影機在不同角度的拍攝，形成場景的三維建模。這種最常見的套用，就是掃地機器人。如果選擇采用雷射雷達，成本則會居高不下；如果選擇純網路攝影機方案，其建模及演算法要求會非常高，且定位效率偏低，目前主要用於偏工業場景，如自動小車（AGV，又叫AMR）、掃地機器人等。

Wi-Fi定位

Wi-Fi定位是實作原理是將室內劃分成n*m個小格子，然後依次記錄小格子內的數個路由器發出的Wi-Fi訊號強度，即特征值。等手機進入這個地方以後，將測量出來的特征值和柯瑞的值比對，根據匹配演算法得出終端位置。前期工作量巨大，後期場內有一點點變化，都會導致特征值變化，需要再重新采集一遍。因此Wi-Fi定位暫未普及。

總結

AirTag巧妙的結合了藍芽和UWB的定位技術，用於物品防丟。但未來的定位技術可能遠不止於此，至少從目前來看，基於藍芽的定位技術正在快速普及。國內營運商和大廠們，也在根據自身情況，提升室內定位精度。希望室內定位能盡快普及，這樣去商場尋個吃的，就不用一家家看門牌號了。