藍牙聯系人跟蹤已成為管理COVID-19大流行的一項重要技術。使用藍牙手環執行此任務比使用智能手機更可取，因為它們具有隱私優勢。

本系列的上一篇文章介紹了用于接觸追蹤藍牙手鏈的系統設計注意事項；在這里，我們將介紹所需的硬件和軟件構建塊。

一個簡單的手鐲硬件設計包括一個藍牙片上系統（SoC），一個天線和一個紐扣電池。SoC是手鐲的核心，??負責對收集的數據執行必要的計算，并操作藍牙無線電以與網關或智能手機進行通信以連接到服務器。它的至關重要的作用使SoC的選擇對于其余設計至關重要。

在確定選擇哪個SoC時，所使用的鄰近技術是必不可少的。接收信號強度指示器（RSSI）技術提供了一種簡單的接近度檢測解決方案，而實時定位系統（RTLS）技術則提供了更準確的接近度數據，并且增加了網關基礎設施的成本。半導體公司提供豐富的藍牙SoC解決方案。

天線還需要仔細設計，因為效率低下的天線會嚴重降低系統性能。RSSI技術使用信號強度來確定接近度，這意味著還應該仔細分析天線，并在路徑損耗方程中考慮天線以確定信號強度。天線類型很多，盡管在可穿戴解決方案（如手鐲）中可能需要使用柔性材料天線。柔性天線材料可以使手鐲變大并圍繞手腕折疊。

要考慮的另一個概念是天線分集：同一SoC使用多個天線。借助RF開關，SoC可以從多個天線收集測量值，并對測量值求平均，以構建信號矢量，或者將任何數學算法應用于RSSI接近度檢測。

紐扣電池為SoC和手鐲內的任何其他電子零件供電。有不同類型的電池技術，選擇取決于手鐲是否設計為一次性，可回收或可充電。例如，不能放置鋰離子電池，而堿性電池則非常適合此目的。如果目標手鐲是可充電的，則必須添加電源管理芯片。在此要做出的另一個決定是電池是否可更換。手鐲會被密封嗎？

盡管這些是簡單易懂的組件，但是您在初始設計中所做的選擇可能會對上市時間和成本產生重大影響。半導體解決方案提供商通常為產品設計師提供設計參考。利用設計參考可以加快設計過程并實現SoC的最佳性能。另外，半導體公司還提供系統級封裝（SiP）模塊，這些模塊將所有需要的組件集成到封裝內。

下表顯示了硬件組件如何影響RF性能。資料來源：Silicon Labs

軟件和云連接

意識是使人體印象深刻的原因。同樣，手鐲的硬件需要一個軟件來執行其奇跡。一些半導體公司向其藍牙軟件堆棧提供其芯片，從而加快了設計過程。除了藍牙軟件外，SoC還需要運行目標接近算法。

該軟件并不止于此。有服務器端以及云集成。部署正確的安全技術以保護用戶數據免受惡意攻擊者非常重要。構建正確的藍牙到云軟件對于保護用戶數據的隱私和安全至關重要。

云連接可能具有挑戰性，容易出現錯誤和潛在的啟動延遲，從而影響物聯網應用程序的成功。獲取和維護可靠的云連接并正確收集數據需要有效而安全地完成。開發人員面臨的另一個挑戰可能是不可靠的鏈接和連接性。

固件更新是產品維護的另一個重要部分，可以外包，或者開發人員可以使用已經具有用于添加云連接性的基礎架構的集成解決方案。后者可以為開發人員節省幾個月的框架開發時間。

RTLS：RSSI的替代方法

在構建用于接近度檢測的軟件時，RSSI的主要替代方案是RTLS，它與RSSI的不同之處在于其到達角（AoA）和離開角（AoD）解決方案。可以以節省時間的方式來設置RTLS軟件解決方案，該解決方案可提供亞表位置的準確性并具有高度的可移植性。RTLS位置測量使用雷達和相控陣技術的原理，如下圖所示。

RLTS技術可使位置檢測精度達到亞米級的水平。

從遠處接收同一波的天線陣列會產生多個波形，這些波形的不同路徑之間會根據接收波的方向發生相位變化。通過在設施中的已知位置使用兩個天線陣列或信標，可以在亞米精度內檢測設施中每個低功耗藍牙（BLE）標簽的位置。

關鍵是使用一些幾何技巧來估計來自兩個定位器的每個標簽的距離和角度。但是，由于多徑，極化和抖動變化，每個位置讀數都相當復雜。在這里，復雜的算法會介入以糾正錯誤，并將位置測量的精度提高到小于一米。

可靠性至關重要

藍牙手鐲已在多個國家/地區用于COVID-19公共衛生緊急情況，許多組織也正在考慮使用它們。在這種對時間敏感的危機中，必須非常緊急地評估這項技術的可靠性。需要評估接近檢測的可信度，并與解決方案一起披露。錯誤的否定會威脅到人類的生命，而錯誤的肯定會觸發不良的連鎖反應。

為了使人們安全地依賴此技術，他們需要意識到它的局限性。例如，已知RSSI可以檢測到幾厘米內的接近度。在實驗室環境中進行評估以及在不同環境下進行的現場實驗和比較分析都是全面分析系統可靠性的必要條件。從中立的角度評估系統的性能是其影響的基礎，尤其是由于缺少管理機構或標準化機構。

編者注：本文僅作一般參考之用，并概述了不斷發展的特定發展狀況。它不旨在也不應被解釋為公共衛生指南。—瑪吉德·艾哈邁德（Majeed Ahmad）

Asem Elshimi是Silicon Labs的IoT無線解決方案的RFIC設計工程師。

編輯：hfy