室內停車場找車難?藍牙5.1這個新技術將可以解決你的問題

生活中我們常常有這樣的體驗,開車到了一個停車場停車之後,由於在忙其他的事情,常常導致「短暫性失憶」而忘記了車停在了哪裡。對於不少缺乏「路感」的朋友,停車場對於他們來說是一個大迷宮,找車浪費個半小時是家常便飯的事情。

停車場尋車難?藍牙5.1提供的新思路

傳統的透過車鑰匙控制鳴笛的方式可以在較短距離尋車,車鑰匙透過 RFID 的方式發送指令到車,訊號較好的感應區間是在10多米左右(空曠場地可以稍遠)。

進入智慧網聯汽車時代,為了給車主提供更好的便利性,避免人肉記住停車位的麻煩,越來越多的尋車方式被挖掘——懶惰是科技進步的驅動力。

一方面聯網後的汽車可以將自己的 GPS 位置訊息上傳至雲端,以便用戶在手機 APP 上查看自己的車輛位置。另一方面,基於遠端控制的鳴笛閃燈功能解除了車鑰匙鳴笛在距離方面的侷限性。

然而,基於衛星定位的 GPS 只適合車輛在室外的場景,到了封閉的室內停車場只能提供車輛的大致位置,誤差可達數百米。而對於一些地下停車場,由於沒有蜂巢式網路訊號的覆蓋,遠端鳴笛控制功能則可能處於失效狀態。

室內停車地點辨識的解法

現在也有部分大型的商場停車場安裝上了基於監視器的車輛位置辨識方案。比如手機綁定賣場的服務,並綁定車牌訊息,車輛在停車場停車後,停車場的監視器辨識到車牌訊息便會給你推送一條停車位置的訊息,便於你稍後尋車。

停車場尋車難?藍牙5.1提供的新思路

在不依賴於停車場建設的通用尋車方案方面,部分智慧行車紀錄器產品提供了基於監視器的遠端即時查看功能方便尋車,然而這同樣也較大依賴於蜂巢式網路的訊號覆蓋。

而現在最新的解決辦法,則是藍牙。

藍牙5標準的發布以及今年一月份新發佈的藍牙5.1標準,其中長距離模式(Long Range Mode)和測向功能(Direction Finding)等幾個新特性,為尋車問題提供了一種新的解決思路。

停車場尋車難?藍牙5.1提供的新思路

藍牙5技術在空曠場地的理論最大傳播距離可達1公里左右,相對於4.0的版本有較大的提升。在藍牙5之前,提高藍牙傳播距離的唯一辦法是透過提高無線電波的傳輸電流,這對產品的電消會有較大的影響並不適用於有低功耗要求的產品。

藍牙5相對之前的版本在低功耗模式下除了提供了2Mbps的高速模式,還引入了125kbps和500kbps的長距離模式,透過降低傳輸速率來提高傳輸距離,其中500kbps相對125kbps會有更高的電流消耗。

提高距離而不增加電耗的方式除了降低傳輸速率,另一個 trick 是使用誤差校正。藍牙5使用了一種 FEC(Forward Error Correction)編碼來做傳輸誤差校正,使用冗餘傳輸多餘的數據位來幫助糾正損壞的數據位。舉個例子,一種簡單的 FEC 編碼可以定義為當你要發送一個二進位數據"0"時,在鏈路上實際發送4倍的數據位比如「0000」,顯然增加了位數會降低傳輸速率,但它提供了一種糾錯的能力,當傳輸出現一個 bit 的數據損壞,對端收到「0010」時仍然可以大概率確定它傳輸的數據是「0」。在藍牙5中實際使用的 FEC 編碼為 Hamming 編碼,如下圖。

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Nordic 半導體使用 nRF52840開發板對藍牙5長距離的測試數據顯示,對於使用1Mbps的PHY,無連接狀態下(BLE廣播)訊號強度減小為0的距離為654.92米,對於使用長距離PHY@125Kbps,無連接模式下訊號強度減小為0的距離為1300米。建立 BLE 連接後的測試結果相近。Silicon Labs 的B GM13P 模組規格標明配合長距離 PHY 使用最大可達600公尺的範圍。

Gary Sims 在應用層面使用同樣的開發板在現實生活中做了個主觀感受的測試,在如下圖超過100米的一個場地上兩端的藍牙5開發板仍能成功建立連接進行數據傳輸。測試同時表明金屬性質的建築障礙物的對藍牙的無線傳輸速率影響非常大。

停車場尋車難?藍牙5.1提供的新思路

藍牙5.1標準中一個重要的特性是引入了AoA(Angle of Arrival,到達角)和AoD(Angle of Departure,出發角)測向方法。AoA 是藍牙接收器 Rx 測量藍牙發送器 Tx 相對自己的角度,而 AoD 則是藍牙發送器 Tx 測量自己相對於藍牙接收器 Rx 的角度。

AoA 方法的基本原理在於藍牙晶片開放藍牙射頻端的載波振幅和相位值收發(I/Q值),透過天線陣列來計算到達角度,事實上在 AoA 進入藍牙5.1標準前已有晶片廠商研發產品支持該定位方法。如下圖(來源:TI CC2640R2),Pt 為發射器,接收器的兩個天線同一時間接收到的訊號相位不同(天線之間距離小於波長)。

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假設相位差為Φ,天線之間距離為d,則按下圖的幾何關係可以換算出到達角θ=arcsin(λΦ/2πd),其中λ為波長。

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透過 AoA 方法,藍牙接收器可以測算出發送器的方位訊息,使用兩個接收器同時進行 AoA 測向則可以測算出發送器的準確位置(兩條射線交點),如下圖(來源:TI CC2640R2)。實際應用場景中,由於噪音,障礙物反射及訊號屏蔽的存在,AoA 定位會遇到更多的挑戰,透過增加天線來多點測算減少誤差是一種常用的方法。另外使用二維的矩陣天線陣列或圓形的天線陣列可以測量出包含相對高度訊息的三維空間角度。

停車場尋車難?藍牙5.1提供的新思路

結合藍牙5的長距離模式和 AoA 定位,車聯網手機應用可以為車主提供便捷的室內尋車和導航功能,提高用車體驗。

  • 本文授權轉載自:36kr

 

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