比较 RTLS 中的通信协议：到达角与相位测距

随着物联网 (IoT) 行业的持续繁荣，许多公司已开始为商业用例开发实时定位系统 (RTLS)。在 RTLS 中可以使用多种协议来确定标记资产的位置。正在使用的一些较新的技术是相位测距和到达角 (AoA)。在本文中，作为 RTLS 的一部分，我们将探讨这两种技术以及每种技术的优缺点。

什么是相位测距技术？

相位测距通过测量从标签发送到信标的信号在几个不同频率下的往返相移来确定资产标签的位置。然后使用该相位信息来推断往返距离。由于低功耗 BLE 无线电可以高精度测量相位，因此与基于时间的系统（如 UWB）相比，该技术能够以低得多的成本实现测距技术。

一旦标签测量到至少四个信标（理想情况下大于 6 个）的范围，它就可以对其位置进行三边测量。所有这一切都发生在几百毫秒内。

什么是到达角 (AoA) 技术？

与相位测距类似，AoA 使用相位测量进行定位——然而，这就是相似之处。 AoA 不是测量从标签到信标的距离，而是估计从标签到定位器（接收标签信号的设备）的方位线。定位器通过利用天线阵列并在信号接收期间在元件之间切换来实现这一点。通过比较这些元件之间的相移，可以计算输入信号的角度。当来自标签的信号被多个定位器接收时，可以通过估计来自每个定位器的“射线”相交处来推断标签位置。

探索差异

既然您对相位测距和 AoA 有了大致的了解，让我们来探索这些 RTLS 通信协议的关键功能、优点和缺点。

1. 分辨率

   在 AoA 系统中，分辨率取决于与定位器的距离。这可以想象成车轮上的辐条；离轮毂越远，辐条之间的距离就越大。类似地，AoA 标签离定位器越远，位置分辨率就越粗糙。这对定位器放置施加了限制，例如它们不能安装在太高的天花板上。相比之下，相位测距系统的分辨率纯粹是信号带宽的函数，与距离无关，因此只需放置信标即可实现足够的覆盖范围并为标签提供良好的测距几何形状。

2. 成本

   为了测量角度，AoA 定位器需要一个相对较大的定制多单元天线阵列。由于这种硬件复杂性，AoA 往往比相位测距系统更昂贵。相位测距信标可以使用基本的全向天线（芯片或集成）。相位测距组件的相对简单性降低了用户的管理费用。

3. 安装

   通常用于计算 AoA 的算法称为 MUSIC（多信号分类）。从计算上讲，这是一个密集的过程——在资产标签或定位器上实施 MUSIC 是不可行的。这需要每个定位器回传样本以处理到“边缘处理器”或云。考虑到数据量，实现此目的的首选方法是通过有线以太网连接，这会增加定位器成本和安装复杂性。另一方面，相位测距标签计算它们自己的位置。他们不需要广泛的回程基础设施。通过使用低功耗广域网 (LPWAN) 链路进行回程，意味着无需电缆。

4. 多路径

   任何处理室内资产跟踪的人都知道金属物体可以反射信号。 Link Labs 使用相位测距系统所做的大部分工作都是为了最大限度地减少反射的影响。在这种情况下，AoA 没有真正的可比性。由于测距测量信号到达时间，它自然会区分多径。在基于角度的系统中，多路径更难识别。虽然 MUSIC 算法可以帮助区分多径，但它有一个明显的弱点：该算法假设任何接收到的信号都是不相关的（换句话说，信号不是来自同一源）。然而，多径反射是高度相关的，因为它们是同一信号的延迟版本。这需要使用补充信息（例如信号强度）来计算到标签的粗略距离，但众所周知，基于信号强度的距离测量是不准确的，尤其是在距离定位器较远的距离时。

5. 准确度

准确度可以说是 RTLS 最重要的指标，但也是最细微的。例如，以下是使用 Link Lab 的 OnSite XLE 相位测距系统的仓库位置精度的累积分布函数 (CDF)。

Y 轴代表百分位数——例如0.5 =50%——X轴代表一个参数——在这种情况下，系统精度以米为单位

为了提供切合实际的期望，我们指定了第 90 个百分位数的准确度（意味着在 90% 的时间内达到的准确度；这些是图例中指定的统计数据以及修复中使用的信标数量）——在这个例子中，它是约 1.2 米。但是，如果我们改为使用第 50 个百分位数作为我们的规格，我们可以说它的精度为 40 厘米。在比较系统精度规格时，基础方法相同是至关重要的，否则就不是一个公平的比较。毕竟，看上面的图，请注意时间的某些百分比毫米 达到了准确度。不那么谨慎的系统供应商可能会选择使用较低的百分位数来使他们的系统看起来比实际更准确——所以一定要问清楚在什么条件下测量了准确度，以及使用了哪些统计基准。

通过 AirFinder OnSite XLE 进行相位测距

在决定实施哪种资产跟踪解决方案时，了解相位测距和 AoA 之间的差异至关重要。也就是说，相位测距通常被认为是更好的整体技术。在 Link Labs，我们的 AirFinder Onsite Xtreme Low Energy (XLE) 使用相位测距技术在不影响标签电池寿命和成本的情况下为用户提供准确性。有关 XLE 的更多信息，请立即预订演示。