藍牙嵌入在大多數手機和無數消費電子設備中，主要用于音頻流和數據傳輸。這種無線技術還廣泛用于接近感應，接近感應使用從接收信號強度指示器 (RSSI) 測量得出的距離估值。

然而，RSSI 方法僅提供粗略的距離估值，因為精度受到許多因素的限制，例如環境障礙物導致的信號衰減、發射器功率和接收器校準。此外，由于接收器無法告知傳入信號的方向，因此設備的方向也是未知的；只能檢測到被跟蹤設備位于接收器周圍的一個圓形區域內。雖然 RSSI 方法在市場上被廣泛采用，但由于技術限制，其用途主要限制于粗略檢測。

藍牙 5.1 帶來新的定位功能

有許多用例需要高精度來實現室內定位，例如用于資產跟蹤的實時定位系統或室內定位系統 (IPS)，因此藍牙技術聯盟 (SIG) 在藍牙 5.1 核心規范中引入了定向增強功能。

與前幾代技術相比，藍牙 5.1 功能極大提高了定位精度，而且具有新的定向增強功能，可以確定到達角 (AoA) 或離開角 (AoD) 信息。根據實現方式和環境細節，藍牙 5.1 定向方法可提供亞米級的精度。如此高的定位精度讓無數新用例成為可能，包括醫療或工業環境中的資產或人員跟蹤、公共或私人場所的尋路、智能零售或者個人物品尋找。

現在來深入了解定向增強功能的工作原理。

到達角 (AoA)

到達角 (AoA) 設計用于資產跟蹤等應用，其中移動發射器使用單根天線發送藍牙 5.1 定向信號。利用此方法，固定接收器（配有包含最少 2 根天線的天線陣列）使用接收信號的角度來確定發射器的方向。角度的確定基于接收器的天線陣列檢測到的接收信號的相位差。

離開角 (AoD)

離開角 (AoA) 設計用于室內導航尋路等應用，例如，購物中心中的人想要定位商店。借助 AoD，移動接收器使用單根天線接收藍牙 5.1 定向信號。信號由固定發射器發射，此發射器通過至少由 2 根天線組成的天線陣列進行開關。接收器使用來自傳入信號的相位差確定發射器的方向。

定頻擴展信號 (CTE)

要在藍牙 5.1 中啟用 AoA 和 AoD 定向，必須測量接收信號的信號相位。為此，藍牙 5.1 包含了一個恒定音調擴展 (CTE) 字段，該字段是位于數據包末尾的一個位序列，持續時間在 16 微秒到 160 微秒之間。只有以 1 Mbps 的速率（強制速率，也可選擇 2 Mbps）運行的藍牙 LE 支持 CTE。CTE 字段包含一系列經過調制的 1 位，必須使用恒定波長以一種頻率發射，以便測量接收信號的相位。因此，信號不受白化的影響，白化是一種對信號進行加擾以確保不會出現長串 1 或 0 的過程。

測試藍牙 5.1 CTE

藍牙 SIG 更新了藍牙 PHY 測試規范，其中包含對這些全新定向功能的驗證。為 AoA 和 AoD 方法的發射器和接收器測試增加了新的測試用例，所支持藍牙數據速率（1 Mbps 和 2 Mbps）的各種組合，以及標準中支持的 1 微秒及 2 微秒開關和采樣時間。

總體而言，PHY 測試中增加了 23 個全新測試用例，可涵蓋 AoA 和 AoD。這些測試未采用跳躍模式，而是在單個頻率/信道上執行。下表總結了測試套件文檔中的測試用例和相應的部分：

CTE 是藍牙的新概念，測試用例旨在確保它可由發射器正確生成。在接收器端，測試驗證接收 CTE 的 IQ 測量值是否可用于準確推導出信號的相位。

具有定向功能的藍牙 5.1 設備仍然只需要一個收發器，但 AoA 接收器和 AoD 發射器需要多個天線才能測量相位差。由 2 個或更多天線組成的天線陣列由一個開關控制。

相位測量的準確度很大程度上取決于天線陣列的開關和采樣時間以及開關和采樣序列。

測試旨在確保來自被測設備 (DUT) 的 I/Q 采樣產生準確的相位測量結果，而測試儀則執行測試信號生成以及 DUT I/Q 采樣的提取和分析。測試儀驗證從 I/Q 數據采樣得出的測量相對相位值是否在規范限制內。此外，動態范圍測試通過改變不同天線上發射的信號大小來驗證接收器的動態范圍能力。

結語：

藍牙 5.1 中的 AoA 和 AoD 定向增強功能可以極大提高資產跟蹤或尋路等各種用例的定位精度。AoA 發射器和接收器功能以及 AoD 發射器和接收器功能的驗證測試對于確保成功至關重要。

注：

中文原作刊登于：https://www.ednchina.com/news/m8191.html

英語原文刊登于：https://www.everythingrf.com/community/bluetooth-low-energy-5-1-angle-of-arrival-and-angle-of-departure-test-considerations

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原文標題：藍牙低功耗 5.1 - 到達角和離開角的測試條件

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審核編輯：湯梓紅