超寬帶是一種短距離的無線通信技術(shù),但是同時它也可以應(yīng)用在室內(nèi)定位當(dāng)中,跟藍(lán)牙和WIFI定位方法不同,位置信息并不是基于信號強度(RSSI)進行計算,而是通過無線信號的飛行時間(ToF)計算的。信號飛行的速度是光速(固定值),所以只要知道飛行時間就可以計算出兩個設(shè)備的距離。
超寬帶設(shè)備分為兩種角色:標(biāo)簽和基站;例如在人員定位場景,每個人會佩戴有一個標(biāo)簽,基站會分布在被定位區(qū)域的多個位置。
TDoA和ToF兩種方法比較
1、電池壽命
到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù),標(biāo)簽定位一次只需要發(fā)送一次數(shù)據(jù),發(fā)送一次所用的時間<200us,從而可以將電池的壽命延長數(shù)年。
飛行時間測距(ToF),標(biāo)簽必須發(fā)射和接收,定位一次需要跟至少三個基站實現(xiàn)測距,需要實現(xiàn)至少9次的數(shù)據(jù)交互,所以功耗會大大降低。
結(jié)論:到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù)更優(yōu)。
2、可伸縮性(系統(tǒng)容量)
到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù),分為上行TdoA和下行TDoA。
上行TDoA,標(biāo)簽只需要發(fā)射一次,按照有效數(shù)據(jù)12個字節(jié)計算,發(fā)射時間<151us,所以理論上容量可以達(dá)到單區(qū)域同時定位6622個標(biāo)簽,但是根據(jù)ALOHA理論,保證盡可能小的沖撞情況下,只能18%的標(biāo)簽同時工作,也就是6622*18% = 1192個標(biāo)簽可以正常工作。
下行TDoA,標(biāo)簽不需要發(fā)射,只需要接收,標(biāo)簽容量可以做到無限,但是標(biāo)簽功耗會大,而且所有的數(shù)據(jù)在標(biāo)簽匯集,需要標(biāo)簽自身解算或者傳送到服務(wù)器計算。
飛行時間測距(ToF),得到一次測距數(shù)據(jù)需要至少3次數(shù)據(jù)交互,得到一次定位數(shù)據(jù)需要至少9次數(shù)據(jù)交互;標(biāo)簽和其他標(biāo)簽之間如果希望不沖突,需要做好時間分配;理論上可以支持100個標(biāo)簽同時工作,但是根據(jù)經(jīng)驗,需要留出測距的保護時間,所以一個標(biāo)簽定位刷新率5赫茲的情況下,同時工作的標(biāo)簽不會超過10個。
結(jié)論:到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù)更優(yōu)。
3、可擴展性(區(qū)域大小)
到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù),以三角形或者四邊形為最小單位,同步方式可以做到主基站同步從基站,而且主基站也可以同步其他主基站,這樣只需要注意基站在現(xiàn)場布局形狀,就可以做到無限基站的擴展;而且增加的基站不會對其他現(xiàn)有的基站造成任何影響。
飛行時間測距(ToF),同樣可以做到無限擴展區(qū)域,但是因為該方法測距過程的復(fù)雜性,因此需要現(xiàn)有基站的配合才可以使用。
結(jié)論:到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù)更優(yōu)。
4、物料成本
到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù),標(biāo)簽因為只需要發(fā)射,不需要接收,所以可以省掉接收和發(fā)送的無線切換開關(guān)以及周邊的場效應(yīng)管等器件;
飛行時間測距(ToF),標(biāo)簽發(fā)送和接收都需要,因此成本要高一些。
結(jié)論:到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù)更優(yōu)。
5、定位精度
到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù)和飛行時間測距(ToF)均可以達(dá)到<30厘米的精度。
到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù)需要基站之間進行同步,相對來說比較依賴溫度的變化,如果基站使用的是普通晶振,定位精度會差一些;如果使用TCXO(溫補型晶振),定位精度跟飛行時間測距(ToF)差別不大。
結(jié)論:到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù)和飛行時間測距(ToF)持平。
6、系統(tǒng)健全
到達(dá)時間差(TDoA)技術(shù),定位一次需要基站發(fā)射一次同步包,標(biāo)簽發(fā)射一次定位包,因此只是存在兩次的交互過程即可實現(xiàn)定位。
飛行時間測距(ToF),標(biāo)簽與單個基站需要3次數(shù)據(jù)交互,定位一次需要至少三個基站交互,總共9次收發(fā)過程,增加了測距的時間,容易受到干擾,造成測距和定位的成功率會下降。
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