蓝牙室内定位技术原理全解（RSSI/AoD/AoA）

本文完整解析三种蓝牙室内定位技术原理：RSSI（接收信号强度）、AoA（到达角）、AoD（出发角）。

快速回答：①RSSI 基于信号衰减测距，精度 1~2 米（主动式 2~3 米、被动式 2~3 米、主被动一体 2~5 米），成本低、部署简便，分三种模式——主动式（终端接收信标信号，用户小程序导航）、被动式（网关扫描标签，后台监控）、主被动一体（工卡转发信标数据，减少网关数量）；②AoA 是蓝牙 5.1 引入的到达角技术，通过多天线阵列测相位差推算信号方向，精度 10~30 厘米，适用于资产/人员高精度定位；③AoD 是出发角技术，发射端天线阵列切换发射、接收端计算角度，实现复杂度高于 AoA，目前主流仍用 AoA。

定位系统对于现代的生活成了必不可少的，几乎每人手机里的导航软件都可用作定位导航，如果你留意过，会发现手机的导航软件在室外里可以很准确告诉你走哪条路，但是一旦到了室内建筑里比如大型商场或者地下停车场，就没办法导航的很清楚了，这是因为手机里的定位导航使用的是全球定位导航系统（GPS），类似的还是有北斗导航系统（BDS），原理都是基于手机接受来自卫星的信号获取定位，而一旦手机进入室内环境，建筑体的遮挡和反射都会影响卫星信号，故而无法实现室内定位。

难道在室内就无法定位了吗？因为室内导航系统的需求还是很多的，比如上面提到的商场里，还有各类大型活动场馆，因为建筑物的遮挡对于不熟悉的人员难免不会迷失方向，在这类场景里有可以帮助人员定位是十分有必要的。

当然不是了，目前室内定位技术是基于BLE（低功耗蓝牙），对于不同需求端的可以使用不同定位原理：RSSI（接收信号强度指示）、AoA（到达角）和AoD（出发角）。蓝牙室内定位广泛应用于智慧仓储、智慧办公、智慧楼宇、智慧医疗、智慧零售、智慧场馆、智慧校园等在内的产业物联网领域。

RSSI 定位

无线电的传输过程是有衰减的，这样传播的距离越远能量也就越弱，基于这种特性就可以判断距离了，这也就是RSSI（Received Signal Strength Indication）接受信号强度，信号强度通常以dBm为单位。RSSI越大，距离越近，RSSI越小，距离越远。当然，接收设备需要事先了解发送设备的发射功率。例如，同一位置设备A的发射功率为0dBm，设备B的发射功率为10dBm，接收设备所读取的两个设备的RSSI值必然不同，因此判断它们的距离也会有差异。

基于RSSI的定位精度通常仅为1-2米。这样的精度仅能将目标定位到一个区域范围内，想要进一步提高精度较为困难。采用RSSI定位时，设备一致性要求较高。在相同环境和距离下，不同广播设备的RSSI值差异应尽可能小，且波动相对稳定。目前，基于RSSI的定位系统分为主动式、被动式以及主被动一体式三种类型。

1.1 主动式RSSI蓝牙定位

主动式又叫终端侧RSSI蓝牙定位系统，原理是通过RSSI值来确定蓝牙终端设备和蓝牙信标（Beacon）之间的相对位置，由信标发射信号，蓝牙终端设备接收，定位精度在米级（2-3米），可以实现路径规划、语音导航、反向寻车等功能，可集成于微信小程序、APP之中。

定位过程：

1 、在定位区域部署蓝牙信标，一般需要至少3个信标，信标会每隔一定的时间广播数据包到周围；

2 、当终端设备（智能手机、平板等）进入信标广播覆盖范围，会扫描接收到信标广播出来的数据包（包含MAC、RSSI等信息）；

3 、终端设备通过定位算法以及云端后台地图引擎数据库，即可在地图上标记出设备当前位置。

1.2 被动式RSSI蓝牙定位

被动式又叫RSSI蓝牙探测定位系统或网络侧RSSI蓝牙定位系统。依托于基于RSSI的蓝牙定位引擎算法、蓝牙网关、蓝牙定位标签（手环、工卡、Beacon信标等），可实现2~3米左右的定位精度。

定位过程：

1 、蓝牙定位标签（手环、工卡、Beacon信标等）工作在信标广播状态，将自身的MAC地址、电量、RSSI、心率等信息进行广播；

2、 蓝牙网关（4G/Wi-Fi/RJ45三种通信方式）扫描到蓝牙定位标签的广播信息，将相关信息传输到中央定位引擎，中央定位引擎对有关信息进行计算，获取到蓝牙定位标签的位置信息；

3、 终端显示软件将蓝牙定位标签的位置信息进行显示，可以实现实时位置跟踪、轨迹回放、电子围栏、心率监测等功能。

1.3 主被动一体RSSI蓝牙定位

主被动一体蓝牙定位系统，集成前台用户自主定位导航和后台实时定位监测功能于一体的室内定位系统。系统主要由蓝牙定位引擎算法，蓝牙网关、蓝牙工卡和Beacon信标等一系列蓝牙定位硬件，可以最大限度减少蓝牙网关的使用，节省用户部署蓝牙网关的成本，是低成本室内定位系统较好的选择，可实现2-5米以内的定位。

定位过程：

1 Beacon信标工作在广播状态，将自身的MAC地址、电量等信息进行广播出去；

2 蓝牙工卡扫描采集Beacon信标的广播信息，并将Beacon信标的广播信息通过蓝牙转发给蓝牙网关；

3 蓝牙网关收集工卡的信息，将蓝牙工卡转发出来的Beacon信息通过Wi-Fi或者RJ45方式（二选一）发送给定位服务器；

4 定位服务器根据蓝牙工卡和Beacon的信息，通过运行位置定位引擎算法，计算出蓝牙工卡的位置，终端显示软件将蓝牙工卡的位置信息进行显示，可以实现实时位置定位跟踪、轨迹回放、电子围栏等功能。

蓝牙AoA和AoD定位系统

RSSI定位原理具有简便，性价比高的特点，不过基于这类的定位精度不够高只能将定位的目标控制在1-2米范文以内，如果想要做到厘米级的高精度，需要使用蓝牙5.1协议的高精度的定位方法：到达角(AoA)和出发角(AoD)。

2.1 蓝牙AoA定位

蓝牙AoA定位是蓝牙5.1标准引入的，叫达角度测距(Angle-of-Arrival，简称AoA)，是一种基于蓝牙信号到达角度的蓝牙定位算法。其优点是定位算法通信开销低，定位精度较高。通过阵列天线感知发射节点信号的到达方向，计算接收节点（蓝牙AoA定位基站）和发射节点（蓝牙AoA标签）之间的相对方位或角度，然后再利用三角测量法或其他方式计算出未知节点（蓝牙AoA标签）的位置。

适用场景：资产标签定位，体育场人员定位，养老院定位系统；

监测技术：蓝牙到达角度定位计算；

涉及软硬件：蓝牙AoA定位基站、蓝牙AoA定位标签（工卡/手环）、蓝牙 AoA定位算法等；

定位精度：10厘米~30厘米；

功能实现：人员实时定位、施工人员数量统计点名、电子围栏、一键呼救、危险情况预警等。

2.2 蓝牙AoD定位

出发角度测距(Angle of Departure，简称AoD)，是一种基于蓝牙信号出发角度的蓝牙定位算法。发射端由射频开关和天线阵列组成，通过发射测向广播包，在发射过程中切换天线，使其出发角（AoD）可被检测到，接收端使用单个天线来接收这些广播包，并在这些包中捕获IQ（In-Phase and Quadrature）样本。方向的确定基于单个发射端天线阵列中的不同天线发射无线电信号到接收机天线收到的广播延迟，IQ测量可以检测广播延迟。任何具有支持AoD功能的单个天线的接收端都可以捕获IQ样本，并借助指定发射端天线布局的配置文件信息，计算无线电的入射角度信号。

蓝牙AoD定位的接收端可集成在设备端，也可集成在具备蓝牙5.1功能的手机上，这样定位的并发量将不变限制。由于计算不在发射端，蓝牙AoD的发射端可采用电池供电，方便安装与部署。接收端需计算蓝牙信号的离开角，这样会增加接收端的功耗与成本，定位终端的使用时长更短并且成本更高。

AoD相比于AoA，实现起来也相对复杂，目前主要的还是应用AoA方案来实现定位。

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云里物里是一家基于无线通信技术的产业物联网解决方案提供商，总部位于深圳，A股上市公司，拥有“云里物里”、“MINEW”和“MINEWSEMI”等多个品牌，提供产品研发、设计、生产和销售为一体的综合服务，可根据客户需求快速制定产品解决方案及生产计划；目前，公司已与多家全球500强企业建立了合作关系。

环境传感器、定位标签、资产管理标签、中继器、防丢器、物联网模组、物联网网关等智能硬件产品，及搭载物联网云平台系统的电子标签系列产品，广泛应用于智慧仓储、智慧办公、智慧楼宇、智慧医疗、智慧零售、智慧场馆、智慧校园等在内的产业物联网领域。