[BLE] BLE 5.1 室內定位

作者： -
在 BLE 5.1 中加入了對角度估測的支援,
此功能可以廣泛利用於室內定位的範疇, 提供公尺以下之定位精確度,
此定位功能利用多天線之技術, 估計目標裝置相對之角度,
又可以分成以下兩種估計之架構: AoA (Angle of Arrival) 和 AoD (Angle of Departure).


來自: https://www.rohde-schwarz.com/ae/solutions/test-and-measurement/wireless-communication/
wireless-connectivity/bluetooth/bluetooth-direction-finding/bluetooth-direction-finding_251246.html

在 AoA 的架構下, 移動裝置需要單一天線, 並發送一特殊訊號 (DF-enabled packet),
固定裝置 (BLE Gateway, BLE GW) 擁有多根天線, 進行角度之估測,
在 DoA 的架構下, 移動裝置依然透過單一天線傳輸,
但是此時, 特殊的 DF-enabled packet 由 BLE GW 發出, 角度之估測則在移動裝置進行,

在 BLE 5.1 的架構下, 裝置必須發送一特殊訊號, 
也就是上述的 DF-enabled packet, 其中 DF 為 Direction Finding  的縮寫,
此訊號的特色為包含一串 Constant Tone Extension (CTE) 訊號,
用以提供固定的波型 (waveform) 和頻率 (frequency) 的訊號,
以供接收端進行 IQ 的分解 (顯示收到訊號的的強度和相位改變),
進行之後之角度估測.

https://www.bluetooth.com/wp-content/uploads/2019/05/BTAsia/1145-NORDIC-Bluetooth-Asia-2019Bluetooth-5.1-Direction-Finding-Theory-and-Practice-v0.pdf

在角度估測部分, 以 AoA 為例,
移動裝置發出 DF-enabled packet, 而 BLE GW 依序從不同天線接收, 
因此, 每根天線可以解出目標訊號的不同相位數值,
假設天線距離夠小 (小於半波長), 兩兩天線之間的相位差即可換算出角度,
然而, 需要注意的是, 在 BLE 5.1 的定位架構下,
純粹採用 IQ 的估計以及相位差作為觀察數值, 
而相位, 為一循環數值, 在 0-360 度之間進行變換, 
因此, 我們無法知道此訊號經過多少個週期到達 BLE GW, 並回推距離,
考慮到我們只有角度之資訊, 在此定位框架下, 
我們需要多個具直視路徑的 BLE GW 進行協同定位, 才可到達較佳的定位結果,
同時, 天線陣列的擺放方式, 也會嚴重的影響整體定位效能.


參考資料:

留言

張貼留言

熱門文章

LTE筆記: RSRP, RSSI and RSRQ

作者： -
圖片
在一般通訊系統中, 我們常用 RSSI (Received Signal Strength Indication) 來表示訊號強度,  其單位為 (dBm), 可以轉換成功率大小 (mW): https://en.wikipedia.org/wiki/DBm [註] dBm 的原意即是: (dB) reference to (m)W, 因此, 1 W = 10*log10(1000mW) = 30dBm. 在 LTE 通訊系統中, 除了 RSSI 之外, 又額外定義了兩個用以標示訊號強度的數值: RSRP 和 RSRQ 以下, 我們將介紹 RSRP, RSRQ 和 RSSI 的不同： Reference Symbol Received Power (RSRP) RSRP 為 UE 量測 Reference Signals (RS) 的平均訊號強度, DRS 為基地台在下行訊號中, 於固定 RB (Resource Block) 上傳送的訊號, 由於這些訊號具有特定的傳送格式, 接收端便可以解出這些控制訊號的強度, 對於不同的相鄰基地台, 甚至是同一基地台不同的天線, 可以透過不同的 RS 配置, 讓使用者得知不同目標的量測數值, 如下圖所示: 紅色為 RS, 不同基地台或天線使用不同的 RS 排列方法, 可分開量測 來自: https://api.semanticscholar.org/CorpusID:22030582 RSRP 的回報由 UE 進行 Measurement Report, 回傳給基地台, 其中, 關於 Measurement Report 的設置定義於 RRC 的規範中, 我們之後有機會再提, RSRP 的量測, 通常在換手 (handover) 時進行量測, 用以指出目標基地台的訊號強度, 其中, UE 所量測的數值, 將藉由下表進行轉換 (訊號強度 (dBm) - (-140)), 並回報給 eNB 作為換手的決策使用: (3GPP Reference: TS 36.133) RSSI (Received Signal Strength Indication)  RSSI 是 UE 接收到的 wide-band 訊號強度, 包含 DRS 以及其他 RB 的訊號強度 (第一張
閱讀完整內容

[WiFi] WiFi 網路的識別: BSS, ESS, SSID, ESSID, BSSID

作者： -
圖片
在 WiFi 網路中, 一個基本的識別方式就是 SSID (Service Set Identifier), 也就是我們口語中的 "WiFi 網路名稱", 然而, 此網路事實上是一個服務集合 (Service Set) 的概念, 而一個服務群集, 也可以對應到一個基本的無線網路, 包含: 一個 WiFi AP 以及多個 WiFi 使用者, 對於剛剛這種簡單的網路架構, 又稱為 BSS (Basic Service Set), 若是多個 BSS 都使用同一個 SSID, 則稱為 ESS (Extend Service Set), 如下圖所示: 來自: https://ppt.cc/fXIvex 對於 ESS 來說, 有兩個假設, 第一, 底下的 BSS 必須是相鄰 (有交疊範圍) 第二, 這些 BSS 有網路連線, (有線或是無線都可以) 這兩個假設是為了完成 ESS 的主要功能, 也就是換手 (handoff), 當裝置在同一個 ESS 下不同 BSS 範圍中移動時, 可不必重新連線就可以繼續傳輸. 這樣的流程事實上是由原本服務的 AP (BSS 1), 把使用者的資料轉傳到換手目標的 AP (BSS 2), 資料流程為: DS -> BSS 1 -> BSS 2 -> Sation, 也因此, 兩個 AP 之間必須連線, 同時切換時間也不能太久 (相鄰條件), 那麼在上述例子中, 如何知道 BSS 1 和 BSS 2 的差別呢? 在 WiFi 網路中, 為了完成這件事情, 所以就有了 ESSID 和 BSSID, ESSID 如上所述, 對應於 ESS 所使用的 SSID, 至於 BSSID (通常是 WiFi AP 的 MAC 位址) 來區分同個 SSID 下的網路. 反過來說, 同一個 WiFi AP 也可以擁有多個 SSID, 此功能稱為 VAP (Virtual AP), 此時, 一個 WiFi AP 會虛擬出多個 BSSID, 通常作法就是從原有的 MAC 位址往上加一, 作為多個不同的 BSSID. 這些 VAP 會對應到 WiFi AP 中的不同 VLAN 中, 因此, 我們可以給他們不同的網路設定, 例如: 流量, 安全性, 頻寬等,
閱讀完整內容

LTE筆記: 波束成型 (beamforming) 和天線陣列

作者： -
圖片
在5G的技術中, 其中一個新被引入的通訊技術就是波束成型 (beamforming), 波束成型技術可以大略的分成兩種: 第一種、藉由量測到的通道係數, 設計傳送參數 (precoder), 最佳化通道 第二種、透過多天線的相位偏移 (phase shifter), 決定電波傳遞強度模 在文章中, 會著重介紹第二種波束成型的架構, 在第二種波束成型的架構中, 所使用的是電磁波干射的物理特性, 簡單來說, 透過電磁波的建設性干涉與破壞性干涉, 我們就可以在某個方向上產生一個較強的訊號, 而在其他方向上減低此訊號的影響. 來自:  https://en.wikipedia.org/wiki/Phased_array 在上圖中, 我們可以發現這種波束成型架構的兩個需求: 1. 必須有多根天線服務同一筆傳輸訊號 2. 每個天線都必須要有一個相位調節器 (phase shifter)
閱讀完整內容