低功耗蓝牙（BLE）-- 寻向（DIRECTION FINDING）（AOA/AOD）篇

BLE 设备可以通过传输测向功能的数据包（常说的CTE包），让对端设备获得自己的方向。使用来自多个发射器的方向信息和提供它们位置的profile-level信息，BLE 设备进而可以计算出自己的位置。

注意：仅Uncoded PHY 支持此特性。

1. ANGLE OF ARRIVAL (AOA)

BLE 设备可以通过使用单个天线发送带有测向功能的数据包，让对端设备获取方向信息。

由射频开关和天线阵列组成的对端设备在接收部分数据包的同时切换天线并捕获 IQ 样本。 IQ 样本可用于计算使用天线阵列的不同元素接收的无线电信号的相位差，进而可用于估计到达角 (AoA)。

图 1.1 Angle of Arrival method

假设一个接收端的天线阵列由两个天线组成，间隔距离为 d。发射端设备使用单个天线来发射信号。如图1.2所示，可以从输入信号波阵面绘制一条垂线，该线延伸到最远天线 (antenna2) 与最近天线（天线 1）的交点。该直角三角形的相邻边表示相对于两个天线之间该波阵面的入射角的路径差。到达两个天线的信号的相位差 ψ 为

ψ = (2πd cos(θ))/λ

其中 λ 是信号的波长，θ 是到达角，所以

θ = arccos((ψλ)/(2πd))

注意：距离 d 是接收设备用来计算到达角的profile-level信息

图 1.2 Measuring the angle of arrival

2. ANGLE OF DEPARTURE (AOD)

由 RF 开关和天线阵列组成的设备可以通过传输启用测向功能的数据包、在传输过程中切换天线来检测其偏离角 (AoD)。

对等设备使用单个天线接收这些数据包，并在这些数据包的一部分期间捕获 IQ 样本。方向的确定基于 LE 无线电信号在天线阵列的发射元件和接收单天线之间的不同传播延迟。传播延迟可通过 IQ 测量来检测。任何具有支持 AoD 功能的单天线接收 LE 无线电都可以捕获 IQ 样本，并借助指定发射机天线布局的配置文件信息，计算传入无线电信号的入射角。

图 2.1 Angle of departure method

考虑一个具有天线阵列的发射器设备，该天线阵列由两个天线，相隔距离 d。接收器设备使用单个天线来接收信号。来自天线 1 的信号和来自天线 2 的信号到达接收机的相位差 ψ 为

ψ = (2πd cos(θ))/λ

其中 λ 是信号的波长，θ 是出发角，所以

θ = arccos((ψλ)/(2πd))

注意：距离 d 是发送设备与接收设备交换的profile-level信息，以便接收设备计算出发角。

图 2.2 Measuring the angle of departure

参考文献：Core Specification 5.3 – Bluetooth® Technology Website