BLE低功耗蓝牙或可检测的社交距离

蓝牙耳机的自动连接，文件的空中传输，地铁的温度检测器等。都属于空间感知的范畴，而相关技术的研发让我们的生活越来越便捷。研发背后有哪些技术；d .空间感知及其应用？今天，让我们来看看。

空间感知已经成为电子产品需要培养的新技能。有了它，我们不仅可以知道被测物体是否存在，有时还可以知道Ta是谁，以及Ta的距离、位置甚至轨迹。人们对可能由此衍生的新应用充满期待。

但是，现在有一个更现实的需求，那就是在新冠肺炎疫情还在肆虐的时候，如何利用空间感知技术帮助人们确认和保持社交距离。这个要求很容易理解，就是当两个人之间的距离小于指定的阈值(例如2m)时，检测设备会自动发出警告，让用户远离对方。

如果更详细地描述了这样的设计要求，相关要点应包括以下内容：

具有足够的测量精度、视野和范围，并最大限度地减少误报的发生。

功耗应足够小，以满足设备长期使用的需要。

小型化，可以满足佩戴性的要求，也可以集成在一个标签中，方便携带，最大限度减少用户的异物感。

接入方便，成本低，不仅包括设备(如标签)本身的成本，还包括配套基础设施的成本以及后续的运维成本。

除了简单的距离测量外，可能还需要具备获取其他相关信息的能力，或者对被测对象进行持续跟踪，以收集足够的数据，对其行为进行准确分析。

现在需求已经放在那里，围绕“社交距离检测”命题的各种技术也是八仙，他们展示了自己的神奇力量，给出了不同的解决方案。目前实现上述设计思路的技术路径有哪些？今天我们来盘点一下。

BLE低功耗蓝牙

如果要测量社交距离，首先想到的技术方案可能是低功耗的BLE蓝牙。其中一个主要原因是BLE技术的普及程度非常高。根据BIG的预测，预计到2021年将有130亿个支持蓝牙的物联网设备投入使用。这使得BLE计划非常便于实施。再加上BLE固有的低功耗和安全特性，接近检测非常适合。

BLE通过接收信号强度指示器(简称RSSI)的方法测量距离，即根据两个设备(或用户)的通信信号强度与距离的关系计算距离。当两个设备(或用户)之间的距离低于某个设定值时，会触发后续动作(如报警)。这样的BLE应用有很多，将其移植到社交距离检测的新场景中并不难。

然而，原则上，传统RSSI的测量精度是有限的，通常在3-10米的范围内，这对于一些要求更高精度的检测任务来说可能难以实现。此外，BLE使用的2.4GHz频段非常拥挤，信号间干扰也是一个潜在的问题，这是BLE方案的缺点。值得注意的是，在蓝牙5.1规范中，增加了测向功能，这将使ble获得更精准的定位能力，未来与同领域其他技术相比仍有一定的努力。

超宽带

考虑到BLE等传统无线技术无法满足更高测量精度的要求，超宽带作为一种新的空间感知技术，近年来发展迅速。

基于超宽带802.15.4a/z标准，利用2ns脉冲信号，通过飞行时间(ToF)和到达角(AoA)计算距离和位置，测量精度可达10cm以内。此外，与那些工作在2.4千兆赫频谱的窄带无线方案不同，超宽带是一种工作在6-8千兆赫频谱、带宽为500兆赫的方案，因此它具有固有的抗干扰能力，即使在具有挑战性的射频环境中也能提供非常稳定的连接。而且，在802.15.4z标准中，UWB在信号的PHY包中加入了加密、随机数等保护机制，在安全性上也有较为突出的优势。当这些特征加在一起，UWB几乎成为一个“完美”的精确和安全的测距解决方案。

值得一提的是，目前在很多UWB空间感知解决方案中，考虑到作用距离和功耗的要求，经常与BLE 3354结合使用。例如，在社交距离检测中，BLE通常处于开启状态，扫描并检测邻近区域，然后在发现目标物体时激活超宽带进行精确测距和定位。

在市场上，开发者可以很容易地获得这种包含UWB的商业解决方案。考虑到目前手机内置UWB功能已经成为一种趋势，未来用户和市场对基于UWB的解决方案的接受度将不断提高，获得和使用解决方案的门槛将进一步降低。

超声波的

其实在距离测量这件事上，上面提到的这些无线解决方案只能算是后来者，超声波技术才是这个领域当之无愧的“老司机”。但具体到社交距离检测的应用，传统超声波传感器虽然精度高(可达厘米级)，但体积大，只有180视场，在功耗方面的表现并不突出。如果你想在空间感知的新领域获得一席之地，你必须创新。

为满足这一需求，TDK集团子公司Chirp Microsystems研发了超声波飞行时间(ToF)传感器CH101，将压电超声换能器(PMUT)、DSP和低功耗CMOS ASIC集成到一块尺寸仅为3.5 mm 3.5 mm的芯片中，PMUT发射超声波脉冲，接收物体反射的回波计算距离，精度可达1cm。

与传统超声波传感器相比，CH101极其紧凑，可集成到可穿戴标签、员工徽章等产品中。并且其运行功耗仅为0.7mW——，普通UWB芯片在接收模式下的功耗约为4。

00mW——这样的低功耗特性，使得一个小型近距离感应标签充电一次就能连续工作数天。如果需要支持360°的视场，用两个传感器就能实现。

可以说，CH101微型超声波传感器在尺寸、准确性、功耗等方面，与其他技术方案相比，都具有明显的优势。而且与无线方案相比，它还具有更低的误报率，这是因为无线技术可能会穿透墙壁或玻璃隔断，在人员彼此靠近但有物理隔离的情况下产生误报，而超声波传感器则不存在这个问题。

由此可见，凭借对于传统超声波技术的改造，低功耗超声传感器也是社交距离检测的一个重要技术选项。

地磁方案

上文也提到过，除了精准测量两个设备（用户）之间的距离，在确保安全社交时，还有一个需求就是要对用户建立持续、全局性的监测和洞察，这样才能在出现感染者时，对其可能的密切接触者进行科学的评估和筛选。实现这一功能，就需要将单纯的测距，扩展为室内定位。

如果是用无线通信技术来实现室内定位和用户追踪，为了提高精度就必须增加信标的数量，如果要扩大覆盖区域，还需要安装更多的的无线收发器和中继器，成本无疑会成为一个大问题。

为此，TDK开发了一套基于地磁信息的VENUE位置信息解决方案。其方法是，先为指定区域内（如办公楼）创建地磁图，然后利用用户手机内置的地磁传感器提供的信息，再与智能手机中的加速度计和陀螺仪等惯性传感器的信息相融合，进而对用户进行精准定位，定位的精度大约为2米——这对于追踪感染人员的接触者来说已经足够了。

由于无需安装新的设备和终端，而是充分利用用户手机中已有的传感器，因此基于地磁的解决方案部署和实施的便利性是个大优势。这样一来，用户只需携带安装有特殊应用程序的智能手机，并将他们所在楼层的位置和移动轨迹与匿名身份识别信息结合在一起，即可实现监测。同时，地磁方案也可以和BLE、Wi-Fi无线通信方案进行融合，以获取更全面的数据，提升洞察力。

而且基于这些数据，不仅可以识别直接接触者，还能够根据用户的行动轨迹、位置和停留的时长形成可视化的热图，直观地对他们的感染风险进行判断。

文末互动

社交距离的检测，其实只是诸多空间感知应用中的一个场景，而对它的探索，恰恰可以使得人们对于空间感知技术和应用的理解更为深入，也为新技术向其他领域的渗透和移植积累更大的势能。