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室内定位技术盘点,5G“乍到”前景如何?

因GNSS卫星定位无法在室内发挥作用,室内定位技术以UWB(超宽带)、Wi-Fi、蓝牙、RFID、红外、超声波等短距离无线通信技术为主。同时,与室外定位“一统天下”的格局不同,室内定位呈“百花齐放”的场景。

室内定位技术,主要用于车辆定位、商超货品定位、综合性医院设备跟踪、智能巡检、电子围栏、消防救援、监狱人员位置监控等领域,市场前景广阔。41eesmc

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室内定位,市场潜力大

《国际电子商情》预计到2020年,在大数据、万物智能化及政策支持等综合因素推动下,全球室内定位的市场规模将达到200亿美元。因室内定位目前尚处于起步阶段,相关企业的先发优势将助其在市场爆发时获得回报。41eesmc

首先,从政策上来看,国家各部门已经陆续发布室内定位发展规划,如国内司法部发布了《十三五全国司法行政信息化发展规划》、江苏省发布《开展化工(危险化学品企业)“智能化二道门”建设的通知》等。41eesmc

其次,从市场前景来看,据某调研机构预测,全球室内定位市场将由2017年71.1亿美元增长到2022年的409.9亿美元。41eesmc

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再次,从竞争格局来看,目前国内室内定位技术厂商较少,UWB、蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等方案的供应相对缺乏,龙头厂商和强势品牌也均未出现。41eesmc

最后,从生态上来看,目前,因室内定位技术还处于市场渗透阶段,上下游产业链才初步成型,需要技术服务等进一步推动产业发展。41eesmc

室内定位技术大PK

目前,市场上出现的室内定位技术很多,比较主流的除了市场占比最高的UWB(35%)之外,还有蓝牙/Zigbee、Wi-Fi、LoRa等通信技术,5G技术在2019年开始崭露头角,未来有望通过融合其它定位技术而加入室内定位的阵营。41eesmc

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室内定位并不限于人/物的导航,还可对人或物进行定位管理,而“定位精度”是衡量其商业价值的重要指标,可分成三类:41eesmc

一是精准定位(亚米级),如UWB定位精度在10-50cm;41eesmc

二是米级定位,如蓝牙iBeacon定位精度约1-3米;41eesmc

三是区域级定位,也称房间级定位,如RFID、Wi-Fi(3至10米)、ZigBee(3至5米)等。下面针对各大技术一一分析。41eesmc

1.超宽带(UWB)技术41eesmc

超宽带(UWB)定位技术利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并利用三角定位或“指纹”定位方式来确定位置。41eesmc

从应用来看,UWB是目前市场规模最大应用最为成熟的室内定位技术,这主要得益于其“数据带宽、定位精度、安全性、抗干扰、功耗”等优势特点。但UWB劣势也很明显,难以实现大范围室内覆盖,建设成本高于RFID、蓝牙等技术。UWB的代表公司有英国Ubisense、美国Time domain、中海达子公司联睿电子、清华系公司清研讯科等。41eesmc

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2、Wi-Fi技术41eesmc

目前,Wi-Fi是相对成熟且应用较多的技术,2012年,谷歌将Wi-Fi引入地图和室内定位,一年内覆盖了北美和欧洲超过一万家大型场馆,而我国百度、高德、四维、智慧图等也在研究Wi-Fi室内定位技术。41eesmc

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Wi-Fi的优势在于“普及性高、定位成本低、可实现复杂的大范围定位”,但因其精度只能达到2米左右,仅适用于人/车定位导航。代表公司有WIFISLAM、Sensewhere、图聚智能。41eesmc

3、蓝牙技术/ZigBee41eesmc

蓝牙根据测量终端设备信号强度及借助指纹定位算法进行定位。iBbeacon是苹果公司制定的专用于蓝牙定位的一种协议,定位精度在2-3米,部分技术商可实现米级以下定位。41eesmc

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蓝牙定位具备“安全性高、成本低、功耗低、设备体积小、易大范围普及”等优点,其定位精度较Wi-Fi稍微高出一些。目前的主要问题在于beacon需要大量更换电池的任务繁重。代表公司有Estimote、寻息电子。[!--empirenews.page--]41eesmc

ZigBee跟蓝牙类似,不在此赘述。LoRa最大的优势在于覆盖范围广(可达3000米),但其室内定位精度跟Wi-Fi、蓝牙相差无几。除此还有RFID、红外、超声波等室内定位技术。41eesmc

4、RFID:41eesmc

其利用射频信号进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。RFID可在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,传输范围大,且标识体积较小,造价低。但其不足在于,不具有通信能力,必须与其它辅助技术结合使用,目前主要应用于紧急救援、资产管理、人员追踪等领域。41eesmc

5、红外:41eesmc

红外定位是通过室内光学传感器接收到的红外线发射器发出的特定红外线后进行定位。红外定位精度为5-10米。该定位技术功耗较大且常常会受到室内墙体或物体的阻隔的影响,且传输距离较短,定位系统复杂度高,整体有效性和实用性较其它技术仍有差距。41eesmc

6、超声波:41eesmc

超声波定位目前大多数采用反射式测距法。根据发射超声波到参考节点响应回波的时间差计算与参考节点之间的距离,通过三角定位方法计算出待测目标的位置。41eesmc

超声波定位整体定位精度较高,可达厘米级,且结构简单,缺陷在于传输过程中衰减明显从而影响其定位的有效范围,且超声波频率受多普勒效应和温度影响,同时需要大量基础硬件设施,成本较高。代表公司是Shopkick。41eesmc

综合而言,在室内定位的众多方案中,难以确定哪种技术才是室内定位的最佳方案。同时,室内定位具备几大方面的发展瓶颈:41eesmc

·室内环境复杂41eesmc

室内环境布局复杂多变,障碍物很多,包括家具、房间和行人等。同时室内环境干扰源多,灯光、温度、声音等干扰源都会对定位造成一定影响。41eesmc

·缺乏统一的规范41eesmc

室内定位技术众多,各种技术都有自己的局限性,彼此间又在一定程度上存在互相竞争。市场相对混乱,极大地影响了室内定位行业的发展。41eesmc

·精度与成本难以兼顾41eesmc

目前,高精度室内定位技术均需要昂贵的额外辅助设备或前期大量的人工处理,这些都大大制约了技术的推广普及。低成本的定位技术则在定位精度上需要提高。在提供高精度定位的基础上降低成本也是室内定位的一个方向。41eesmc

5G将给室内定位带来哪些改变?

5G因“高带宽、低延时、广覆盖、高容量”等优势注定被用于高端应用场景,5G网络的理论下行速度可达10Gb/s(相当于下载速度1.25GB/s)。室内定位需要5G这位“高富帅”吗?答案是肯定的!41eesmc

5G通过获取手机和基站之间的信号传输时间以及手机相对基站的方位进行定位,即5G可支持TOF定位和AOA定位,以此实现单基站的三维立体定位。41eesmc

从精度方面来说,5G的“大带宽特性”有效弥补了UWB与蓝牙等现有窄带定位技术之间的1-3米定位精度的空白。41eesmc

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相比之下,5G室内定位技术的优势表现为四个方面:(1)丰富的定位技术支撑;(2)更多的传感器接入;(3)高速、低延时的数据传输;(4)提供云端部署能力,节省部署成本。41eesmc

事实上,蜂窝技术定位有迹可循,1G至4G时代均有定位的应用,但因定位精度低而未被广泛普及。如4G时代的定位,因基站的覆盖密度较低误差高达100米到上千米。可见,基站数量越多,密度越高,定位精度也就越高。41eesmc

相比4G,5G基站的覆盖更加密集,路灯、街道、写字楼里都可能布满5G天线,故5G将实现密集组网,用户信号可被多个基站同时接收到,这将有利于多基站协作实现高精度定位。41eesmc

目前,5G室内定位技术尚处于研究阶段,2019年,北京邮电大学邓中亮团队、联通网研院与天津滨海联通合作,完成了基于5G通导融合的室内混合智能定位测试。本项目技术基于5G通信网络无线虚拟网格差分定位、共频带融合测量方法(TC-OFDM)等一系列关键技术,实现“能通信就能精确定位”,将现有基站测距精度从数十米缩短到5厘米,利用通信网络和手机终端定位精度可达亚米级。41eesmc

业界人士表示,与窄带通信技术室内定位“单打独斗”不同,“融合定位”将是5G高精度定位的主要趋势,5G技术将与室外卫星导航及室内短距离无线通信技术如蓝牙、Wi-Fi、UWB等在不同场景下进行高度融合使用,以实现定位精度的最大化。因此,未来5G定位系统将是一个包含广域覆盖网、超密集组网(UDN)、专有无线系统、WLAN系统等多种定位网络形态的异构定位系统。41eesmc

具体而言,当用户从一个场景移动到另一个场景时,能够及时发现场景变化并快速适应新场景。比如室内环境采取Wi-Fi融合带内信号、PDR的方式;在超宽带(UWB)的优先环境条件下采用UWB方式等;在室外环境下可以结合多种卫星定位系统提升定位精度。可见,5G时代的到来,将给室内定位技术带来新的变革。41eesmc

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王琼芳
有着十多年半导体行业工作经验,主要负责《国际电子商情》杂志/网站/微信等平台的内容运营,擅长行业深度报道与产业趋势分析,重点关注半导体IC及分销与供应链。
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