Ladda ner artikeln här (länk, pdf). Fler tekniska rapporter finns på etn.se/expert

Med Bluetooth Low Energy 5.1, den senaste generationen av Bluetoothstandarden, har intresseorganisationen bakom Bluetooth (Bluetooth SIG) banat väg för ännu mer exakt lokalisering. Analysföretaget ABI Research uppskattar att det kommer att säljas så många som 431 miljoner Bluetoothprodukter år 2023 som stödjer positionering [Bluetooth Market Update 2019].
Förutom avståndsbestämning via signalstyrkan, RSSI, erbjuder specifikationen också riktningsbestämning som kan avgöra vilken vinkel signalen kommer ifrån. Tillsammans ger det möjlighet att positionera ett objekt med några centimeters noggrannhet vilket öppnar en rad möjligheter både i konsumentsegmentet och för industriella tillämpningar.

Bluetoothbaserade positioneringstjänster kan baseras på närhet (korta avstånd) eller positionering med avstånd och vinkel. Den förstnämnda används exempelvis på museer för att leverera information om ett föremål men kan också användas för att hålla reda på nyckelknippan. En blåtandsfyr (beacon) placeras vid det aktuella objektet eller fästs i nyckelringen. Telefonenen skickar sedan ett meddelande när den ”hittar” fyren.

Den andra typen av positioneringssystem bestämmer positionen inom ett väldefinierat område, som ett lager, ett museum eller en flygplats. Den vanligaste tillämpningen är realtidsspårning (RTLS) och inomhuspositionering (IPS).

Med realtidsspårning kan flera personer eller objekt utrustas med taggar och därmed spåras inom ett givet område. Tekniken passar för tillämpningar där man vill hålla reda på personer, material eller maskiner i en lokal.

System för inomhuspositionering är jämförbara med GPS men fungerar i avskärmade utrymmen. Permanent installerade blåtandsfyrar skickar ut meddelanden med jämna tidsintervall som kan tas emot av mobiler som sedan räknar ut sin position med hjälp av avståndet till dessa. Besökarna i en shoppinggalleria eller på en flygplats kan använda tekniken för att lättare ta sig dit de vill komma.

Tidigare baserades alla Bluetoothbaserade lokaliseringssystem på signalstyrkan (RSSI). Genom att utgå från en referensnivå och sedan mäta signalstyrkan går att räkna ut avståndet på några meter när (mellan 1 och 10 meter).

Att kunna bestämma riktningen är en ny funktion i Bluetooth 5.1 som även äldre tjänster baserade på enbart avstånd kan dra nytta av i och med att det underlättar lokalisering av ett objekt.

För att kunna avgöra vilken riktning en signal kommer ifrån måste antingen mottagaren (AoA, angle of arrival) eller sändaren (AoD, angle of departure) ha ett antal antenner (en matris). I bägge fallen är det mottagaren som avgör vilken riktning signalen kommer ifrån.

Dock är algoritmerna som används för att avgöra riktningen inte en del av specifikationen för Bluetooth 5.1. Rent praktiskt använder man triangulering för antingen AoA eller AoD i kombination med avståndsbestämning baserad på mottagen signalstyrka, RSSI. Det går att bestämma positionen med några centimeters noggrannhet.

I en AoA-baserad tillämpning är sändaren en blåtandsfyr med en enda antenn, exempelvis en mobil eller enkel tag. Ett antal permanent installerade mottagare som alla är utrustade med flera antenner vardera (antennmatris) kan avgöra vilken riktning signalen kommer ifrån. AoA-tillämpningar passar särskilt bra för att spåra objekt i automatiserad produktion eller i ett lager. Noggrannheten blir också bättre om man använder blåtandsfyrar i exempelvis ett museum.

I en AoD-tillämpning skickas signalen sekventiellt till de olika antennerna i blåtandsfyren. I detta fall kommer den framtida mobilen att ta emot de sekventiella signalerna med sin antenn. Om blåtandsfyrens position är känd kan mottagaren bestämma sin position relativt den. Funktionen gör att AoD-baserade tillämpningar passar särskilt bra för inomhuspositionering som flygplatser. I motsats till dagens lösningar får användaren inte bara positionen utan också riktningen till destinationen.

Oberoende av vilken metod som används är en av de viktigaste faktorerna för att riktningsbestämningen ska bli bra antalet antenner och hur de placeras. Om man bara sätter dem i en rad får man en endimensionell vinkel. Använder man mer avancerade mönster går det att bestämma vinkel i både horisontell och vertikal led.

Bluetooth SIG har dock inte tagit fram några rekommendationer för utformningen av antennmatrisen även om det troligen kommer att ändras när det finns fler profiler som inkluderar tjänster för spårning av position.

Med den senaste versionen av Bluetooth, 5.1, och dess möjlighet till lokalisering, har Bluetooth SIG öppnat för spårning med hög noggrannhet vilket möjliggör en rad nya tjänster. Dock finns det ett antal saker man måste ta hänsyn till inklusive reflektioner av signalen och flervägsutbredning. En ideal konstellation består av ett tillräckligt stort antal permanent installerade blåtandsfyrar som har fri sikt till taggen oberoende av var den befinner sig. Man måste också ta hänsyn till polarisationen när man använder mobiltelefoner eftersom riktningen på polarisationen är omöjlig att styra. Det begränsade utrymmet i mobiltelefonen medför att det bara kommer att finns en antenn. Det gäller även de kommande åren. Därför kommer mobilerna bara att vara användbara som sändare i AoA-baserade tillämpningar eller som mottagare i AoD-baserade tillämpningar.