利用Bluetooth®低功耗技术进行定位跟踪

Bluetooth Low Energy（LE）がバージョン 5.2 以降に進化した状況で、最も重要な進歩の一つは、屋内での資産の動きや位置の追跡に使用されるテクノロジーである位置追跡です。

Bluetooth方向探知方式には、コネクションレスモードとコネクション指向モードの両方があり、さまざまなアプリケーションで使用できる汎用性を備えています。この適応性により、ワイヤレス通信や位置情報サービスに新たな可能性を開き、将来は大きな進歩が期待されます。

この技術の主な市場の一つは小売業であり、大型店舗では顧客がどのように店内を移動しているかを十分に把握することにより、販売の可能性を最大限に高めることができます。

資産追跡は、小売業だけでなく産業効率にも大きな影響を与える可能性があります。マテリアルハンドリング車両を監視するために導入し、無駄な時間を減らして効率を向上させることができます。また、複雑なデジタルツインを駆動して、仮想環境での動きを正確に再現することができます。

資産追跡は効率の改善だけに注力しているのではなく、安全性の確保にも重要な役割を果たしています。倉庫や配送センターでは、追跡タグを使用することで、従業員と産業用ロボットが安全に共存でき、ロボットが従業員の動きを追跡することで、衝突の可能性を排除できます。

システム設計の基本原則

位置検出システムを構築するには、小売店、倉庫、病院、空港、その他の種類の建物など、建物内にアンテナアレイを設置します。このアレイにより、高精度の位置測定が可能になります。

使用する方法は、到着角（AoA）または出発角（AoD）のいずれかです。どちらも同じ無線周波数（RF）信号測定を使用しますが、信号処理とアンテナ構成はそれぞれ異なります。

通常、システムは、Bluetooth送信機（AoAタグ）、受信機／アンテナアレイ（AoAロケータ）、角度と位置を計算するシステムの3つの主要要素で構成されます。動作するために、AoAタグはコンスタントトーン拡張（CTE）信号を送信します。

このCTE信号は球状が拡大するように広がり、アンテナで受信されます。信号の波長／周波数と受信機間の距離が分かっているので、比較的単純な三角法を使用して信号の角度を計算し、各アンテナに到着する信号の位相差に基づいて送信機の角度を計算できます。

代替方法と精度の向上

2組のアンテナで検出を2回行うと、高い精度でAoAタグの正確な位置を三角法で測定することができます。

角度測定を必要としない代替方法として三辺測量があります。これはBluetooth 5.4のチャネルサウンディング（CS）機能または超広帯域（UWB）を使用した飛行時間（ToF）距離測定に基づきます。

CSは高精度距離測定（HADM）としても知られており、多くの人がRSSIベースの距離測定に代わる非常に正確な方法であると考えています。

オンセミのRSL15 AoAソリューション

オンセミのRSL15は、産業、医療、AoAなどの超低消費電力アプリケーション向けに最適化されたBluetooth 5.2認証のセキュアなワイヤレス・マイクロコントローラです。このデバイスは最大48 MHzで動作するArm® Cortex®-M33プロセッサをベースにしており、暗号化されたセキュリティを備えています。業界最小の消費電力を実現しており、送信時のピーク電流はわずか4.3 mAで、GPIOウェイクアップ待機中のスリープ モードではこれが36 nAまで減少します。小売店や臨床現場から製造業の施設や配送センターに至るまで、幅広い追跡アプリケーションの要求を満たすように設計されています。

オンセミのAoAソリューションは、広告主（AoAタグ）とスキャナ／ロケータの両方でRSL15を使用しています。この実装には、RSL15とオンセミのソフトウェア開発キット（SDK）を使用するか、より統合が進んだソリューションには、RSL15を統合した村田製作所の2EG RF SIPモジュールを使用します。

システム内では、広告主がCTE信号を生成し、それをスキャナが受信します。結果として得られたIQサンプルは、PC上でローカルに、またはクラウドで実行されているアプリケーションに送信され、スキャナとタグの間の角度を計算するのに使用されます。これらの角度はデカルト座標に変換され、2次元または3次元にマッピングされます。

両アプリケーションのサンプルコードは、オンセミのウェブサイトから無料で入手できます。また、バッテリ寿命に基づいて通信プロトコルを選択できる消費電力見積もりツールも用意されています。

このプロジェクトに参加している他のオンセミのパートナーは、CoreHWとUnikieです。CoreHWは、最大16個のシングルエンドアンテナポートを備えたアンテナアレイボードを提供しています。アンテナ選択用のAoA／AoDスイッチがあり、RFおよびデジタル制御信号の接続が可能です。

Unikieは、タグのリアルタイム追跡用に設計されたBluetooth Low Energyローカリゼーションエンジンを提供します。このエンジンにより、エッジサーバ上でもクラウドでもデータを処理できるようになり、柔軟性と費用対効果の両方が同時に達成されます（図4）。

APIは、容易に企業システムとシームレスに統合し、高度なデータモデリングへのアクセスを可能にします。これにより、物質の流れ、利用率、行動パターンについての理解を深めることができ、位置情報サービスや資産管理における著しい進歩を達成します。

結論

Bluetooth LEによる方向探知が成功するには、ソリューションが長続きし、手頃な価格であることがきわめて重要です。業界で最も低消費電力のセキュアBluetooth LE MCUにより、オンセミの技術は、AoAの未来のイノベーションを可能にする最先端に立っています。 

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