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Bluetooth 5.1 Direction Finding mit Angle of Arrival

Bluetooth 5.1 verfügt über eine Funktion zur Richtungserkennung eines eingehenden Signals (Direction Finding). Dies ist eine wichtige technologische Entwicklung für die Positionsbestimmung in Innenräumen. Mit der Peilfunktion wird die Richtung eines eingehenden Signals mit Hilfe der Angle of Arrival Technologie bestimmt. Nachfolgend geben wir einen Einblick darüber, wie die Positionierung mit Bluetooth 5.1 unter Verwendung von Angle of Arrival funktioniert, welche Ortungsgenauigkeit mit dieser Technologie realisiert werden kann und für welche Anwendungsszenarien sie am besten geeignet ist.


Technologie

Mit Direction Finding kann neben der Messung der empfangenen Signalstärke (Received Signal Strength Indication, RSSI) zusätzlich die Messung der Richtung eines eingehenden Signals bei der Positionsbestimmung berücksichtigt werden. Dies verbessert die Ortungsgenauigkeit und eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungsszenarien.

infsoft nutzt einen Nordic nRF52833 Chip in Kombination mit einer intern entwickelten phasengesteuerten Antenne, die auf 8 Antennen für Bluetooth 5.1 Direction Finding basiert. Wenn ein Signal von einem BLE 5.1 Tag bzw. Beacon eingeht, schaltet die phasengesteuerte Antenne kontinuierlich zwischen den 8 Antennen durch. Der Nordic nRF52833 Chip misst die Phasenverschiebung jeder der 8 Antennen. Die Daten werden zu einem infsoft Locator Node gesendet und von dort in die infsoft Cloud hochgeladen, wo basierend auf der Phasenverschiebung der Einfallswinkel der Signale berechnet wird.

Mit dem berechneten Winkel von mindestens zwei phasengesteuerten Antennen kann ein Schnittpunkt bestimmt werden, welcher durch eine X- und eine Y-Koordinate definiert wird. Unter Einbeziehung der georeferenzierten Standorte der phasengesteuerten Antennen kann aus der X- und Y-Koordinate eine Position im Raum ermittelt werden.

Bluetooth 5.1 Direction Finding


Anwendungsszenarien

Die Lösung funktioniert besonders gut in offenen Gebäudestrukturen wo es keine Hindernisse zwischen BLE Tag bzw. Beacon und phasengesteuerter Antenne gibt. In einem Umfeld, in dem zum Beispiel aufgrund vieler Wände eine Störung oder Reflexion des Signals erwartet werden kann, wird der berechnete Einfallswinkel und somit auch die Positionsbestimmung immer ungenauer.

Daher eignet sich die Technologie weniger für den Einsatz in Büros oder Krankenhäusern, sondern besser für Anwendungsfälle im industriellen Umfeld, wo eine direkte Sichtverbindung zwischen Sender- und Empfängerhardware gewährleistet ist. Assets können dann sowohl im zwei- als auch im dreidimensionalen Raum mit einer Genauigkeit von unter einem Meter lokalisiert und verfolgt werden.


Phasengesteuerte Antenne von infsoft

Um eine präzise und zuverlässige Positionierung in Innenräumen mittels Bluetooth 5.1 und Angle of Arrival zu gewährleisten, entwickeln wir intern eine phasengesteuerte Antenne. Diese befindet sich im Moment in der Beta-Testphase und wird voraussichtlich ab Q3/2020 verfügbar sein.


Lesen Sie mehr zu Bluetooth Low Energy und Beacons auf unserer Website.

Falls Sie weitere Fragen haben, kontaktieren Sie uns gerne.


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