為滿足室內定位市場不斷成長的需求，藍牙SIG在日前推出藍牙5.1，並將尋向功能(Direction Finding)正式納入規格中，使搭載了藍牙技術的裝置可偵測藍牙訊號方向，提供公分等級的定位精準度。新規格的推出可望為藍牙在定位市場的發展注入新的動能，而相關IP與晶片商也陸續推出相應的解決方案，搶攻室內定位服務的龐大商機。
尋向定位成藍牙5.1最大亮點
藍牙SIG亞太區資深區域經理李佳蓉表示，從垂直應用和消費性市場的角度來說，尋向功能是本次規格更新的最大亮點，藍牙SIG也希望能透過更精準的定位服務，讓消費者感受到藍牙5.1技術對生活帶來的正面影響。
2013年蘋果推出基於藍牙低功耗(BLE)的信標(Beacon)裝置iBeacon，可進行地標訊息傳送、室內導航以及資產追蹤，開啟藍牙在定位服務的應用大門。藍牙5.0以前的Beacon定位服務，大多是基於接收訊號強度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)原理，可偵測訊號源的訊號強度，並概算出物體間的距離。雖然目前藍牙Beacon已可支援許多種室內定位的應用，但都只能提供概略的估計值，無法精準定位物體位置，也使得市場的開拓受到限制。而為更加滿足應用市場的需求，藍牙5.1規格正式將基於到達角(Angle of Arrival, AoA)/接收角(Angle of Departure, AoD)定位法的尋向功能納入規格中。
ABI Research研究分析師Henrique Rocha表示，即時定位系統(RTLS)和室內定位系統(IPS)的市場潛力無窮，而隨著基於AoA/AoD技術的尋向功能正式成為藍牙5.1標準的一部分，藍牙技術便可提供公分級精度的改良式定位服務，再加上藍牙技術在裝置互通性支援、成本與功耗方面固有的優勢，可預見藍牙5.1將成為室內定位應用的首選技術。
事實上，除了尋向功能之外，藍牙5.1也強化了GATT快取(GATT Caching)機制，並導入隨機化廣播頻道指引(Advertisement Channel Index)與定時廣播同步傳輸(PAST)新功能。不過，對於這些功能討論大多聚焦在開發者間的溝通。
簡單來說，新的GATT快取機制可以使用戶終端在沒有更新的情況下，跳過原先尋找服務(Service Discovery)的步驟，實現更快的連接時間與更低的功耗。而隨機化廣播頻道指引提供廣播頻道(37,38,39)中亂數替換使用，使得廣播設備不再須要按照索引數字的順序來選擇廣播頻道，除了可讓通道的運用更靈活，也能降低數據封包發生衝突的可能性。定時廣播同步傳輸則利用了BT5.0中定時廣播的功能，讓一個較不需要低功耗的裝置進行同步程序，並透過藍牙點對點連接傳送同步資訊到另一個要求低功耗的裝置。例如，智慧型手機可從電視端掃描AUX_SYNC_IND資料封包，然後傳輸至與其相連的智慧手表，這樣手表就能夠借助週期性廣播和掃描，獲取電視端的數據。
主流室內定位技術
目前室內定位方案大多是基於RSSI、收訊時間(Time of Arrival, TOA)/收訊時間差(Time Difference of Arrival, TDOA)以及AoA/AoD這幾種定位原理，再透過個別的接收器/發射器配置方式，來估算物件的距離或是方位。
RSSI主要是透過計算接受訊號的強弱，來判斷訊號的距離。另外，還可搭配三邊測量法進一步定位物體所在的位置。藍牙5.0以前的Beacon定位解決方案就是基於RSSI原理，可偵測訊號源的訊號強度，並概算出物體間的距離。RSSI的優勢在於硬體構造簡單，只須支援基本的發射/接收功能，並偵測訊號強度，整體布建成本低。然而，RSSI訊號容易因障礙物遮蔽而受到干擾，導致定位失準，誤差值約3~5公尺。
TOA/TDOA定位法都是利用訊號傳輸的時間，來判斷訊號的距離。TOA會透過訊號傳輸的時間推算出接收端與各個發射端間的距離，再透過三邊測量法計算出接收端所在的座標。而TDOA原理與TOA相同，只是接收端與發射端的角色互換。超寬頻(Ultra-wideband, UWB)定位方案即是基於TOA或TDOA原理。然而，TOA/TDOA實作上的困難在於，訊號傳播的速度非常快，1微秒的時間誤差就可能導致數百公尺的距離誤差。除了要能精準地測得訊號傳輸的時間，設備間的同步率是一大挑戰。
AoA/AoD則是透過天線間的距離、相位差計算角度，偵測出裝置的方位。以AoA應用來說，發射端只需要安裝單一天線，週期性發射特殊的數據封包；而接收端則須設置兩個以上的天線陣列，天線各別接收裝置所發送的數據封包。發射訊號通過陣列時，接收裝置會根據陣列中各個天線和發射天線之間距離的不同，發現訊號相對方位的差異。當訊號在陣列中的主動式天線間進行交換，接收裝置便藉此擷取其中的IQ樣本，並根據IQ樣本資料計算出相對的訊號方向。AoD的原理相同，只是硬體配置與運作模式相反，AoD的發射端需要天線陣列，而接收端只需要單一天線。
結合兩種定位原理 藍牙5.1精準度進化關鍵
Nordic區域銷售經理陳俊志解釋，藍牙5.1是在射頻物理層中導入訊號強度與IQ的資訊，再搭配硬體上陣列天線與軟體上的演算方式計算出相對位置。而過去的BLE Beacon定位技術主要是使用智慧手機接收多個信標所發送出來的訊號，並在手機中根據每個不同信標的訊號強度進行多角度演算取得定位資訊。
上述兩者的差異在於是否在硬體上使用陣列天線與射頻物理層中所多出來新定義訊號強度與相位的資訊，這也是主要定位精準度能夠提升的重要因素。要特別注意的是，藍牙5.1定位方案對距離的估算仍是基於RSSI技術。
天奕科技營運長王正彥特別指出，許多人會誤以為AoA/AoD尋向功能是一個全新的技術，但其實該技術早已被提出，技術發展已趨近成熟，應用市場上也已經可以看到基於AoA/AoD的定位解決方案，如目前該公司所提供給用戶的方案即是採用AoA/AoD技術。因此，本次規格更新最大的意義在於，藍牙SIG將此技術納入藍牙5.1的規格中，讓訊號發射與接收協定標準化，使裝置間的互通性更好。
藍牙5.1考驗硬體/軟體整合
導入尋向功能對於藍牙定位裝置設計上最大的不同在於，AoA/AoD接收器與發射器其中一個必須有兩組以上的天線陣列，並導入運算所需的演算法，才能進行方位判斷。因此，從既有的藍牙定位方案升級到藍牙5.1版本，須進行硬體設備更換。
談到藍牙5.1解決方案開發重點，Silicon Labs亞太地區資深市場經理陳雄基表示，要實現公分等級的精準度除了必須要有良好的天線系統，系統與演算法的整合也是關鍵。為此，該公司在藍牙5.1解決方案除了採用比市面上其他BLE方案更高階的處理器強化運算效能，也與系統整合商(SI)合作，優化整體定位系統。
而在定位系統的部分，天奕科技業務總監袁維廷說明，軟體系統可以分為三個部分，包括最底層的AoA/AoD演算核心，用來計算實際座標；接著則是應用層，開發要點是透過客製化服務滿足不同應用的需求；最後則是人工智慧(AI)分析，利用AI技術將收集來的定位資訊與數據整合，讓用戶根據座標與時間進行異常行為等更進階的分析。
藍牙5.1帶旺室內定位市場
藍牙定位服務可分為兩大類，第一類是近接(Proximity)方案，透過藍牙鏈路判定兩個裝置間的距離，常見的應用包含物件搜尋(Item Finding)和地標訊息(PoI Beacon)解決方案；第二類是藍牙定位系統，透過藍牙訊號判定裝置實際位置，需要較完善的基礎設施與系統布建，在實際應用上又可分為即時定位系統和室內定位系統。
李佳蓉指出，不論是哪種定位服務，定位精準度不夠高都是其在應用市場上的一大痛點。而導入尋向技術後，上述這些定位服務都能得到很顯著的強化，提供更好的用戶體驗。藍牙SIG預期，物流倉儲、工廠物料追蹤會是率先導入藍牙5.1技術的應用場域。以物流倉儲的應用為例，過去只能運用藍牙定位方案來找出物品所在的區域，而升級到藍牙5.1後，將可以透過距離與方位資訊，找出物品所在的貨架，大幅提升運作效率。
而對既有的AoA/AoD定位市場來說，藍牙5.1將尋向功能納入規格最大的益處在於，過去AoA/AoD定位方案也可能會選用藍牙來傳送訊號，但訊號傳輸並沒有標準化的協定，不同廠商間的裝置不見得能互通。必須在定位物件上安裝指定廠商的應用程式或信標，才能確保裝置能跟定位Beacon互通。而AoA/AoD技術納入藍牙標準後，搭載藍牙5.1介面的裝置，都可以與藍牙接收/發射Beacon溝通，不須再透過應用程式來綁定裝置，裝置間的互通性更好。
袁維廷表示，對於AoA/AoD服務提供者來說，技術納入標準後各家廠商都能依據藍牙規格將AoA/AoD技術導入其產品中，市場會變得更為競爭。但另一方面，裝置間更好的互通性、用戶對於藍牙技術的熟悉度，都會更有利於定位方案導入應用市場。因此，藍牙5.1規格的推出，對於原先RSSI以及AoA/AoD定位市場而言，都是重要的轉機。
室內/戶外定位技術互補 推升定位系統效能
從技術特性來看，藍牙傳輸距離較短，且無法在戶外大量建置發射點，所以較適合使用於室內。而GPS僅能透過接受衛星信號計算方位，所以適用於戶外定位。不過，GPS有一個較明顯的缺點是功耗大，接受器往往須使用較大容量的電池。對此，陳俊志指出，藍牙定位技術提升後，可與GPS進行整合，在不同場域中形成互補，裝置可先透過GPS在戶外先粗略取得大約定位資料，再透過藍牙5.1尋向功能計算較精細的定位縮小範圍或是使用者在室內的場域，藉此優化定位系統效能，同時降低功耗。
CEVA連接事業部行銷與業務總監Franz Dugand表示，從終端用戶的角度來說，不論是來自GPS、藍牙(或其他室內定位技術)的位置訊號的資料，未來都會被整合到智慧定位(Intelligent Mapping)解決方案中相輔相成，在個人導航和工業資產追蹤應用中都是如此。而因應此勢，該公司也會提供藍牙、Wi-Fi、GPS、NB-IoT和下一代5G行動技術IP方案組合，讓市場能更好地運用這些技術。