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2016年12月蓝牙技术联盟发布蓝牙5.0标准，相比于蓝牙4.2，蓝牙5.0有以下特点：

1、更快的传输速度，新版本的蓝牙传输速度上限为2Mbps，是之前蓝牙4.2LE版本的2倍；

2、更远的传输距离，蓝牙5.0的有效传输距离最远300米，是蓝牙4.2LE的4倍；

3、更低的功耗，蓝牙5.0针对物联网进行了很多底层优化，力求以更低的功耗和更高的性能为智能家居服务。

时隔两年后，2019年1月，蓝牙技术联盟（SIG）公布蓝牙5.1标准，相比蓝牙5.0，蓝牙5.1增加了测向功能定位，以此，基于蓝牙AOA（Angel of Arrival）和AOD（Angel of Departure）技术的定向测向功能，可达到厘米级的定位精准。

上一篇文章介绍了基于蓝牙AOA的到达角度定位原理，本文重点介绍基于蓝牙AOD的离开角度定位原理。

在蓝牙5.1协议中，若启用蓝牙AOA到达角定位时，发送端需发送一个固定频率扩展信号（Constant Tone Extension：CTE），接收端接收CTE时按照一定的顺序切换不同的接收天线。而在蓝牙离开角AOD定位中，发送端发送CTE时按照一定的顺序切换不同的发送天线，而接收端只是用一个天线。

如果理解起来有难度的话，我们先从电磁波寻向理论基础讲起，蓝牙发射端发射的电磁波信号被多个蓝牙接收端接收时，会存在相位差（两束相同频率的信号发生时相差的度数），如下图所示：

信号的相位在向三维空间传输过程中会从0到360度（0-2*PI）连续变化。在不同半径圆上有两个不同位置天线一和天线二，两者接收到的正弦波信号的相位是不一致的，存在相位差，如下图所示：

不同位置，会得到不同正弦波信号相位，如上图的蓝色点。若求P1与P2之间的距离，利用公式：r=C*t（C代表电磁波传送速度，也即光速，t代表传送时间）

利用正弦波周期距离公式，传送时间等于若干个整数正弦波周期加上不到一个正弦波周期的小数正弦小周期，得出公式：t=K*T+ uT=r/C; （T表示正弦波周期，k表示整数，u表示小数）

变换公式：r=C*(K*T+u*T)

当两个天线足够近时（小于半波长），可消除相位差的整周期模糊，也即两者之间的K值相等。以此得到，p1和p2两者之间的距离差公式：

r1-r2=C*(u1*T-u2*T)=C*T*(u1-u2)=λ*Δφ

其中Δφ,也即u1-u2为相位差，C*T是信号波长λ，蓝牙频率为2.4GHz，波长在12.5cm左右。从公式中可得出，如果知道P1和P2两点之间的距离，可计算出P1和P2之间的相位差。反之，亦然。

以最简单的一个接收端同时接收两个发射端天线为例，如下图所示：

其中λ为发送信号波长、Δφ为天线1和2接收到同一信号的相位差，θ为待求的信号到达角度（AoA），d为两个天线间的距离，由图示关系可得：

θ=arccos(λΔφ/2πd)

在二维平面上，有两个接收端能够形成AOD的到达角θ，而在三维空间中，则是以θ的锥体。如下图所示：

若要确定发射点在三维空间的具体坐标，需要用到点阵天线组合才能得到计算出具体坐标的位置。点阵天线获取发射点方位角的计算方式并不复杂，利用正交天线阵列，同时有三个接收点天线收到发射终端发射的信号时，即可得到唯一的方向角；如下图所示：

实际应用中，一般常用线阵、矩形阵、圆阵等不同的天线阵列进行信号检测。线阵是一维的，所有天线位于一条直线上，只能计算一个角度。矩形阵和圆阵可以获取二维角度（方位角和俯仰角）。

矩形阵或圆形阵列天线通过多个角的边线交点就可以定位目标位置，再结合发射端设备安装的高度，即可精准计算接收端设备所在的位置，定位精度可达30cm，如下图所示：

再次回到蓝牙5.1标准，针对AoA和AoD测向定位，蓝牙5.1核心规范增加了一个定频扩展 (CTE) 字段，该字段是一个位序列，持续时间在16微秒到160微秒之间。只有以1Mbps 的速率（强制速率，也可选择2Mbps）运行的蓝牙LE支持CTE。CTE字段包含一系列经过调制的1位，必须使用恒定波长以一种频率发射，以便测量接收信号的相位。因此，信号不受白化的影响（白化是一种对信号进行加扰以确保不会出现长串 1 或 0 的过程）。

在蓝牙5.1中，AoD发射器设备的天线阵列至少有两个天线，一般为圆阵型天线阵列，发送端发送CTE时按照一定的顺序切换不同的发送天线，而接收端只是用一个天线。

常见问题解答：

问题一：相较于蓝牙AOA定位，蓝牙AOD定位有哪些优势？

答：蓝牙AOD定位的接收端可集成在设备端，也即直接可通过具备蓝牙5.1功能的手机上，这样定位的并发量将不变限制。2，由于计算不在发射端，以故蓝牙AOD的发射设备可采用电池供电，方便安装与部署。

问题二，相较于蓝牙AOA定位，蓝牙AOD定位有哪些劣势？

答：蓝牙AOD接收端也即设备端，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。

问题三，蓝牙AOD定位，相较于UWB定位，有哪些优势与劣势？

答：蓝牙AOD和UWB超宽带定位同样都能做到厘米级定位，定位精度均可达到30cm；

1、相较于UWB而言，蓝牙AOD设备更通用，比如具备蓝牙5.1的手机就可利用蓝牙AoD达到厘米级定位；

2、在一些空旷的环境中，比如钢厂，化工厂，隧道，由于场景较空旷，UWB传输的距离更远，采用UWB定位要比蓝牙AoD的成本要低；

3、在一些房间较多的环境中，比如看守所，办公室，医院等场所，由于UWB必须四个一组才能精准定位，而AOD定位只需一个AOD基站即可，此环境中采用蓝牙AoD定位的成本要低不少；总的来说，蓝牙AOD定位更适合于房间较多，遮挡物较多的环境，而UWB更适合空旷的环境中定位；

4、蓝牙5.1向下兼容蓝牙4.x，蓝牙AOD定位可融合基于信号RSSI的蓝牙4.x定位，高低精度搭配，在一些场所更有性价比。

问题四，蓝牙AoD定位基站/信标是如何部署的？

答：蓝牙AOD定位基站/信标也即定位的发射端，分为两种方式部署：

1、水平离地部署，这和蓝牙AOA基站一样，单基站的覆盖范围是部署高度的1.5倍，如果部署高度为4米的话，基站的覆盖半径为6米；

2、贴地安装部署，这种方式定位终端一般佩戴的高度在1米左右，与AOD信标/基站的距离不超过4.5米，也即两两信标的间隔不能超过10米。

问题五，蓝牙AoD定位对于蓝牙RSSI定位有哪些优劣势？

答：1、蓝牙AOD定位精度高，一般为30cm的定位精度；基于蓝牙4.x的RSSI定位，定位精度最高为2米，做不到厘米级

2、基于蓝牙4.x的RSSI定位由于不需要阵列天线，成本要远远低于蓝牙AoD定位。

问题六，蓝牙AOD定位的抗干扰性如何，容易受金属、玻璃等环境影响吗？

蓝牙AOD是基于蓝牙信号的离开角定位，蓝牙是2.4GHz频段，在金属比较多的环境中，容易受金属的干扰发生多径反射，导致定位不准时有发生。准确的讲，蓝牙AOD和蓝牙AOA一样在金属、玻璃等环境中，定位精度会下降，但也能达到1米内的定位精度。

问题七，蓝牙AoD定位有哪些常见的应用场景？

蓝牙AOD定位是厘米级的精准定位，在一些高精度的定位场所，比如医院、办公楼，制造业等等。这些场所显著的特点就是房间多，遮挡物多，采用蓝牙AOD定位比较合适。

如果您对蓝牙AOD定位有任何疑惑或者不同的见解，可以留言或联系我们哟~