从AirTag说起，聊聊未来的室内定位技术

最近发布会上，苹果发布了难产已久的AirTag，价钱算不上便宜，但却用来解决一个问题：物品的室内定位。根据苹果官网说明AirTag采用了蓝牙+UWB技术实现室内定位，采用蓝牙技术用于近距离感应查找，UWB技术用于精确查找。

室外定位技术已经非常成熟了——基站可以粗略定位，民用GPS/北斗可以精确到米级，外加手机陀螺仪的方向辅助判断。室内定位一直是个老大难的问题，在大商场转个身，人可能就找不见了。室内GPS信号搜索不到，实现米级定位就需要额外设备。目前主流应用方式即为UWB和蓝牙，也就是AirTag上的两种定位方式，除了这两种以外，还有基站、Wi-Fi、vSLAM等方式。本文将对这些方式进行简单介绍。

UWB（超宽频）定位

UWB定位成本偏高、定位准确性高、芯片供应商少。这种定位方式我们在之前的科普文浅析超宽频技术和应用中已经阐述过了。其原理是：

这种定位方式的主要问题是， 芯片供应商少且相对贵，待机功率相对有点高。 UWB芯片毕竟还是属于宽带通信，相较于目前主流低功耗的窄带的蓝牙，其功率相对较高。目前UWB芯片能规模化量产的主要只有三家：苹果、NXP、Decawave（现已被Qorvo收购），包括NXP和Decawave以内的其他UWB芯片设计厂商，目前设计中的UWB芯片工艺也都停留在22-28nm的平面工艺上，而主流产品还在65-90nm制程的成熟工艺。毕竟还是不如果子有钱。为了降低功耗，财大气粗的苹果丧心病狂地给U1芯片上了14nm FinFET工艺，也只能实现AirTag绝大部分时候采用蓝牙定位，精确查找用UWB定位的功能。

这两个问题的结果是， UWB技术缺少消费级硬件支持 。UWB定位技术成熟，却难以在消费级市场大规模铺开应用，目前主要应用于成本相对不敏感的监狱、医院、看护等场所。苹果也只能亲自动手，重新设计芯片。但苹果的封闭性，导致即使下游领域希望在室内增加UWB定位基站，也不能选择现有NXP或是Decawave方案的工业级成熟产品，只能静待苹果开放授权。

蓝牙定位

目前蓝牙定位技术主要可以分为两类，基于蓝牙4.2和基于蓝牙5.1。前者精度较低，方案成熟，成本也较低；后者从2019年才开始应用，精度较高，方案成熟度较低，但成本也较低。

相较于UWB定位，蓝牙定位应用要广泛的多。蓝牙芯片供应商多，芯片便宜，且功耗低，一块电池可以轻松待机一年甚至更长，而所有手机也都基本带了蓝牙功能，无需额外成本。比如，我在北京，共享单车在部分地区只能在指定地点停放，否则车会锁不上，即使锁上了也会收取额外调度费，我即使关掉手机，也依然会提示停放位置不正确。这种电子围栏技术就是基于蓝牙定位技术。

基于蓝牙4.2系列的蓝牙定位技术准确度相对较低，通常精度在1-3米。

基于蓝牙4.2系列的定位可以理解为基于距离的定位，即通过定位终端发射蓝牙信号，在数个定位节点（信标，Beacon）测量蓝牙信号强度，根据蓝牙信号的强弱和定位节点的位置对终端定位，专业名词叫RSSI。

这种定位相对来说原理较为简单，成本也较低。主要问题在定位精度，信标间距为6米时，定位精度只能达到2米，如果信标间距再大一倍达到12米时，定位精度只有5米了，其实用价值会大幅下降。AirTag日常也是使用这种技术，即通过周围苹果设备实现定位。

这种应用可以做一些对于精度要求相对较低的室内定位，例如地下停车场找车。

基于蓝牙5.1的AoA定位技术精度相对较高，可达分米级。

2019年1月，蓝牙联盟将蓝牙AoA/AoD技术写入了最新的蓝牙5.1标准。目前主要应用于定位的，是对终端天线需求较低的AoA技术。

AoA全名叫Angle of Arrival，到达角。这种定位技术是蓝牙终端发射信号，而接收器通过多天线接受，因为各个天线到蓝牙终端的距离不同，因此形成了相位差，通过相位差和天线距离，计算相互之间的角度关系，进而实现定位。这种方式最高能达到厘米级的定位，和UWB技术的理论值接近。

蓝牙AoA技术相较于UWB技术，其芯片供应商更多、下游终端普及更多。但由于相关技术在2019年才正式发布，其目前应用偏少，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并不多，因此要想普及可能还需要时间。海外走的最靠前的厂商叫Quuppa——来自芬兰，前诺基亚团队。国内也有一些初创型企业已经开始涉足这个领域。 这种技术指标上可以和UWB技术媲美，成本上更低，因此在医院、监狱等场景已经开始应用了。受益于设备的普及和蓝牙待机功耗低，这项技术也开始进入工业和商业场景，例如部分工业企业采用这种方式提升员工安全性，商业上北京SKP、国博就陆续采用了这种技术辅助室内定位。

其他定位方式

室内定位除了UWB和蓝牙以外，还有4/5G基站定位、视觉定位、Wi-Fi定位。但这几种都不是主流，简单聊聊就行。

基站定位

在2020年冻结的R16标准中加入了5G NR基站定位技术，Multi-RTT定位。3G和4G年代，手机基站分布相对比较稀疏，但进入5G年代后，基站数量大增，理论上即可通过5G基站实现定位。其定位精度约为1/4~1/3站间距。可以简单满足商场人流量统计及个人基本定位导航需求。 但这种方式需要手机同时收到3个以上基站的精确波束，由于5G基站数量还是不够密集，在目前难以大规模实现。

视觉定位

视觉定位叫做vSLAM（同步定位与地图构建），即基于几何图像原理，通过摄像头在不同角度的拍摄，形成场景的三维建模。这种最常见的应用，就是扫地机器人。如果选择采用激光雷达，成本则会居高不下；如果选择纯摄像头方案，其建模及算法要求会非常高，且定位效率偏低，目前主要用于偏工业场景，如自动小车（AGV，又叫AMR）、扫地机器人等。

Wi-Fi定位

Wi-Fi定位是实现原理是将室内划分成n*m个小格子，然后依次记录小格子内的数个路由器发出的Wi-Fi信号强度，即特征值。等手机进入这个地方以后，将测量出来的特征值和库里的值比对，根据匹配算法得出终端位置。前期工作量巨大，后期场内有一点点变化，都会导致特征值变化，需要再重新采集一遍。因此Wi-Fi定位暂未普及。

总结

AirTag巧妙的结合了蓝牙和UWB的定位技术，用于物品防丢。但未来的定位技术可能远不止于此，至少从目前来看，基于蓝牙的定位技术正在快速普及。国内运营商和大厂们，也在根据自身情况，提升室内定位精度。希望室内定位能尽快普及，这样去商场寻个吃的，就不用一家家看门牌号了。