使用无线技术进行定位并不新鲜。然而，多年来，在确定了新的基于位置的用例后，所需的精确度水平已经发生了变化。

例如，一个GPS系统可以达到大约5到20米的精度，这取决于信号条件。这在开车寻找特定建筑物时是足够的，但GPS的精确度水平不能满足寻找商店里的特定货架或在博物馆参观时指向正确的绘画的需要。

今天基于接收信号强度的蓝牙和 Wi-Fi 定位系统可以提供足够水平的室内定位，例如检测几米内物体或人的接近程度。然而，下一代技术旨在解锁更高水平的精度，达到亚一米到几厘米的精度——也称为微定位。它开启了新一代用例，允许用户与环境中的各种参与者进行非常精确的交互，从免提访问控制到资产跟踪等等。

基于蓝牙 5.1 核心规范、基于 IEEE 802.15.4z 的超宽带和基于 IEEE 802.11az 的 Wi-Fi 下一代定位的系统提供了解锁这些下一代定位应用的潜力（图 1）。

图1.蓝牙通过超宽带支持，从定位精度低到一米以下。

蓝牙5.1如何提供微定位？

蓝牙 SIG 于 2019 年发布，更新了蓝牙 5.1的蓝牙核心规范，包括对测向的增强。在 5.1 版本之前，蓝牙已经广泛用于室内位置跟踪部署中，使用一种称为接收信号强度指示器 (RSSI) 的技术根据测量的路径损耗来估计发射器和接收器之间的距离。

但是，接收器只能检测到发射器位于圆形区域内，而没有关于输入信号方向的信息。蓝牙 5.1 规范通过提供角度信息为传入信号增加了方向性。可以使用到达角 (AoA) 或离开角 (AoD) 蓝牙 5.1 方法（图 2）来实现资产跟踪或寻路应用系统。

图2. 蓝牙测向是通过检测蓝牙设备的到达角度来完成的。

方向基于输入信号的角度。对于测向，蓝牙 5.1 设备传输附加有恒定音调扩展 (CTE) 字段的数据包。CTE 字段是具有可变持续时间的未调制 1 位序列，可简化接收器上的相位计算。蓝牙 5.1 接收器使用具有至少两个天线的天线阵列，并根据天线之间的相位差、信号波长和天线之间的距离计算入射角。

结合 RSSI 测量，角度信息使设备能够比单独使用 RSSI 方法更准确地确定其位置。

基于蓝牙 5.1 的系统的准确性取决于多种因素，包括阵列中的天线数量和天线方向图，以及根据相位 I/Q 信息确定角度的后处理算法。站点的拓扑结构也很重要，因为障碍物会降低 RSSI 和相位精度。然而，通过部署多个定位器进行三边测量，可以大大改善测量。

根据实施情况，基于蓝牙 5.1 的系统应该能够实现低至数十厘米的亚米级精度。在撰写本文时，所有主要芯片组制造商都已添加对蓝牙 5.1 的支持。

超宽带（UWB）如何实现微定位？

UWB 并不是一项新技术。正如 IEEE 标准 802.15.4 中定义的那样，它于 2000 年代初首次部署。当时，它面向高速传输 USB 替代品，但从未实现广泛的商业采用。近年来，为了测距目的，IEEE 802.15.4z 修正案对 MAC 和 PHY 层进行了改进。

与蓝牙不同，UWB 不使用信号强度来评估距离；相反，它使用飞行时间 (ToF)。ToF 测量信号从发射器到接收器的传播时间。由于 RF 信号以光速传播而与环境无关，因此与蓝牙中使用的 RSSI 方法相比，基于 ToF 的距离估计对环境更具鲁棒性（图 3）。

图3. 飞行时间提供距离信息。

UWB 不同于蓝牙和 Wi-Fi。它不使用调制正弦波来传输信息；相反，它利用调制脉冲序列。UWB 脉冲的持续时间非常短，大约为 1 纳秒。信号的特性使该技术更能适应室内区域典型的多路径环境，因为与蓝牙或 Wi-Fi 相比，UWB 的短脉冲更容易受到反射信号的损害。

UWB 的 ToF 测量可以补充角度信息，以提供更精确的定位。与上文针对蓝牙 5.1 AoA 所描述的类似，UWB 锚接收器采用两个或更多天线的天线阵列。该计算使用每个天线的到达时间和天线间距信息来确定输入信号的角度。

基于 UWB 技术的系统可以达到 10 厘米范围内的精度，具体取决于环境。在撰写本文时，几家主要芯片组制造商提供 UWB 解决方案，几家智能手机制造商采用该技术证明了其发展势头。

通过 Wi-Fi 802.11az 进行微定位

Wi-Fi 802.11az下一代定位 (NGP) 标准是所讨论的最新且最不臭名昭著的技术，即将完成（目标于 2022 年）。与蓝牙一样，Wi-Fi 技术已经使用基于 RSSI 的方法来提供定位已有一段时间了。但是 NGP 标准建立在称为精细定时测量 (FTM) 的 Wi-Fi 功能之上，

FTM 使用往返时间 (RTT) 信息来估计支持 Wi-Fi 的站点和接入点之间的距离。RTT 机制采用出发时间 (ToD) 和到达时间 (ToA) 时间戳。802.11az 标准旨在通过利用 802.11ax (Wi-Fi 6) 标准（图 4）中的最新功能改进传统 FTM 。

图4. Wi-Fi 精细定时测量往返时间。

为了提高准确性，802.11az 的增强功能利用了新一代中可用的更宽的信道带宽，因为 Wi-Fi 6 信号支持高达 160 MHz 的信道带宽和 Wi-Fi 7 高达 320 MHz。更宽的带宽提供更高的分辨率，而 MIMO 操作提供更好的多径效应恢复能力。

为了提高协议效率，NGP 使用 802.11ax 标准中已经定义的空数据包 (NDP) 帧进行波束成形探测。新标准还利用了 Wi-Fi 6 的多用户功能。当使用基于触发的测距和上行链路和下行链路 OFDMA 时，接入点可以在单个传输机会中有效地从多个站点获取测距信息。这显着降低了交换测距信息所需的开销，并提高了对更多站的可扩展性。

在撰写本文时，可用于使用 802.11az NGP 技术的商业定位解决方案的数据有限。然而，在Wi-Fi 测距上发布的测试数据显示，在可以达到分米精度的视线和非视线环境中，性能很有希望。

下一代微定位技术比较

在比较三种技术的定位精度时，UWB可以达到厘米级定位的最高精度。基于蓝牙 5.1 的系统应该能够达到亚米级精度，而基于 802.11az 的 Wi-Fi 部署应该能够达到分米级精度。请记住，在讨论定位精度时必须考虑许多因素。环境、系统设计、天线路径延迟和其他参数会降低标称精度。

除了定位精度之外，还有许多因素会影响投资新定位技术的决定，而这些标准取决于应用。例如，安全性、功耗、成本、现有基础设施、传输范围和互操作性可能会影响决策。

无论选择何种技术，都需要仔细的设计验证测试以确保最佳性能，并最终实现成功部署。