5G、蓝牙与UWB点火 室内定位商机不容小觑

现代人离不开智慧手机，也离不开手机带来的各项生活便利，出门在外什么都可以不带，但手机一定不能忘，透过智慧手机的GPS（Global Positioning System）全球定位系统，走路、开车都不必担心迷航。可惜，室内环境复杂多变，不论是无缐或卫星，在传递讯号的过程中难免受建物结构影响，无法精确定位，这时需要IPS（Indoor Positioning Systems）室内定位系统补位。

2022年室内定位市场规模近410亿美元

2013年苹果(Apple)在全美零售店启用iBeacons室内定位方案，透过蓝牙低功耗技术，让不同地理位置的到店访客能够即时取得商品资讯，在资讯推播的过程中同时传达有关检测升级、自助结帐服务等讯息，实现店内一站式导购的行销目的。

数年内，室内定位出现各种应用场景，除了广告推播与导购，还包含资产管理、车位管理、导航、安全监测等需求，室内定位更深入民众生活，生活资讯、轨迹管理、位置共用都与室内定位有关，不仅可以透过Zenly等定位App查找目标人事物位置，甚至疫情期间查找「防疫足迹」也离不开定位，总之，精准定位与分析已融入零售、物流、城市规划、休闲活动等应用领域，当定位无所不在，商机欲小不易。

市调公司Markets and Markets预测，2017年室内定位技术市场规模约达71.1亿美元，2022年可望成长至409.9亿美元，年复合成长率(CAGR)达42%，至于最有意愿规划部署室内定位系统的应用场景包含机场、酒店、医院、办公大楼及各大商场。除了苹果，Google、三星、微软、IBM等手机及电脑大厂也相继投入室内定位市场。

猎户科技共同创办人暨执行长柯承佑观察，室内定位在B2B的最新应用包含智慧工厂、工地室内定位等领域，前者如自主移动机器人 (Autonomous Mobile Robot；AMR)定位需求，后者如精准定位避免发生工安意外。在智慧制造的应用上，精准定位可提供工厂、仓库与库存、工具、机器人即时资讯，进而提高生产过程的安全性，建筑业或採矿业者也相当仰赖精准定位，藉定位单一工人位置以防止他们进入危险区域，万一不幸发生紧急状况，救援人员可以透过精准定位掌握自己及被救援者的具体位置及状态，避免伤亡与损失扩大。

图一 : 猎户科技共同创办人暨执行长柯承佑。(Source：猎户科技)

至于室内定位在B2C的最新应用上，精准定位可以协助外送平台提供更多精准服务，创造新的商业模式与更多获利。比方下单者在101大楼的57楼，临时移动到30楼，外送平台业者可以透过即时精准定位取得下单者最新位置，抵达101大楼后询问下单者是否改送30楼，而下单者也无须停留在原地等待，机动性更高。

至于大型公共场域的精准定位，如机场导航，可以设计更多商业模式，扩大精准室内定位的应用。柯承佑认为，近2年疫情爆发也衍生新的室内定位需求及商机，以桃机疫调为例，如有一人确诊，可以根据确诊者的移动轨迹持续追踪，从移动轨迹判別哪些人可能需要被匡列，使用者如果想知道自己走过的地方是否出现过染疫者，也可以透过室内定位追踪。

室内定位解决方案优缺点比较 混合式成本降低40%

为改善室内定位服务品质，多家业者採用蓝牙Beacon、Wi-Fi、RFID、ZigBee等技术，虽有一定成效，但受限于传输距离、精准度、佈建及维护成本，室内定位商用化进展速度稍嫌缓慢。

室内定位技术与解决方案大分四类：蓝牙、Wi-Fi、无缐讯号定位及惯性定位演算法，各有优劣。蓝牙定位需要在场域内装置数万颗讯号发射器（Beacon），还需搭配接受器(Tag)，由于硬体佈建及后续维护成本高，加上单一装置损坏就可能影响精准度，多数业者认为「不划算」，影响使用意愿；Wi-Fi需要建置基地台，而且室内环境对准确度干扰较大，装置耗电快，而且耗电量可观。

无缐讯号定位需在场域内先建立无缐讯号（如蓝牙、Wi-Fi）特徵资料库，再据此比对定位目标的讯号位置，虽然不须投资额外的硬体设备，但后续资料库建置相当耗时，也需要投入大量人力，埝高成本；惯性定位演算法则是使用微机电感测元件(如陀螺仪、加速度计)，能侦测定位目标的方向与动作，透过方向与位移数据演算所在位置。

柯承佑指出，前述技术在应用上产生不少问题，因此猎户科技建构新的混合型室内外定位解决方案，结合无缐讯号定位(适用于讯号稳定地区)与惯性定位演算法(可以在无讯号环境下使用)，讯号分佈不均的工厂内部以及室内外场地交错的环境都适用。一般定位的误差范围为±5米范围，若採用行动装置惯性传感器进行移动惯量补偿，可以修正Wi-Fi覆盖率不足的问题，同时将预测精准度提高至±2米。

柯承佑进一步说明，无缐讯号定位适用蓝芽与Wi-Fi，能大幅缩短建立无缐讯号特徵资料库所需时间，无需事先连接定位目标即可执行运算，正确率逾90%。惯性定位演算法改量公式可以成功克服传统演算法定位精准度随时间下降的缺点，精准度提高约51%，而且可以在不同场景微调参数，误差可控制在3公尺内，「过去定位架构以硬体为主轴，混合型室内外定位解决方案则是以软体为主轴，建置、导入及维护成本相对较低，约可省下40%的费用。」

前述二种技术也可以按照场域属性自动切换，适合工厂室内外混和的制造业，可以在收讯良好之处使用无缐讯号定位，纪录起始点，室内、地下室则透过惯性定位演算法，从起始点推算实际位置。

成功案例包含桃园机场第二航厦，该案採用现场Wi-Fi讯号与定位装置内惯性感测器，全场域佈建0个额外接收器，平均误差1公尺内；盟立自动化(新竹厂)的自动化工厂战情系统人员定位同样採用现场Wi-Fi讯号与定位装置内惯性感测器，全场佈建0个额外接收器，平均误差2公尺内。

盟立自动化指出，场域内使用Wi-Fi可快速建立稳定可靠的通讯架构，搭配场域BIM建置，是较佳的人员定位解决方案。透过比较表得知，Wi-Fi sniffer同样採用Wi-Fi技术，但做法是在场域内佈署多个Sinffer以监听人员所携带的行动装置Wi-Fi讯号，藉此得知人员位置。

不过，如果想获得更高的精准度，必须每隔约3公尺佈署一个Sniffer，建置成本较高。人员定位若採Wi-Fi+惯性导航技术，所需佈置的无缐AP数量较少，搭配行动装置的惯性传感器的成本也不高，二者均属低成本装置，因此整体定位成本相对较低。

随着5G加入室内定位战局，未来可以透过室内定位技术搭配5G专网的方式扩大优势及应用场景，不过，柯承佑认为，即便5G加入，室内定位仍有不同的盲点需克服，「室内定位的发展限制在于基础设施，主要是沒有类似Google Map的室内定位地图可以彼此串联使用。」

以101大楼或北台北车站为例，虽然不同场域有环境因素及盲点需克服，但更重要的是需要前述二大场域提供地图，然而不同场域拥有者有不同的顾虑，所以不愿提供地图，「未来如果有类似3DPP这样的组织可以透过Open Data的方式提供地图，居间串联整合，有助加速室内定位发展脚步。」

室内定位观察指标：5G、蓝牙与UWB

目前的定位技术已将Wi-Fi、蓝牙、GPS及A-GPS等相关应用整合到一片小晶片中，有助全方位定位，而且节省成本及功耗。从技术面来看，未来精准室内定位可以透过多种技术蒐集即时资讯，如卫星系统、射频系统(如Wi-Fi、蓝牙、UWB、蜂巢)、MEMS感测器(如陀螺仪、加速计)等，其中，5G、蓝芽与UWB的未来发展对室内定位的影响值得观察。

5G的加入可能带动新的应用案例，3GPP已于2020年7月完成5G标准第二版规范Release 16，进一步强化5G技术基础，包含高精准度定位。Release 16支援多/单社区定位及终端定位，同时定义全新的定位参考讯号(PRS)，可应用于多种5G定位技术，如往返时间 (RTT)、到达角(AoA)与接收角(AoD)、到达时间差(TDOA)等，满足室内3公尺与室外10公尺内的5G定位精准要求。

蓝牙技术联盟(SIG)2019年发佈蓝牙核心规范5.1版导入全新寻向功能(Direction Finding)，可协助设备确认蓝牙的讯号方向，有助开发公分级室内定位、物品追踪、门禁等多元应用。SIG发佈的《2021年蓝牙市场最新资讯》则指出，市场对室内定位应用仍感兴趣，预计蓝牙医疗位置服务的部署量到2025年将成长5倍，达38万件；室内位置服务的部署量将成长2倍，而蓝牙即时定位系统的部署量将达51.6万件。

UWB超宽频(Ultra Wide Band)和蓝牙、Wi-Fi都是通讯协定，但UWB覆盖频段最低达3.1GHz，最高达10.6GHz，由于UWB拥有500MHz超大宽频，可以将定位精准度缩减至釐米等级，甚至将技术应用于雷达领域，定位过程仅在一瞬间，因此能即时准确地测量出设备的移动轨迹，相较之下，蓝牙覆盖频段只有2.402-2.480GHz，Wi-Fi在2.4GHz和5GHz下只有部分窄频道，难怪UWB成为市场关注焦点。

图二 : 小米10系列手机内建UWB晶片及阵列天缐。(Source：小米)

结语

回顾2013年苹果推出的低功耗蓝牙协议iBeacon室内定位方案不算成功，主要因为蓝牙定位精准度不足，抗干扰力也不够好。透过UWB超频宽技术，搭配U1晶片的iPhone 11、12系列可以精准定位并寻找AirTag，定位距离及方向。如今，UWB隶属于苹果位置技术（Location Technologies）团队，除了定位、连结，也需要与蓝牙、Wi-Fi、GPS、NFC等多项技术相配合。2020年苹果将UWB的「近场互动」功能开放第三方开发者，开发者可以利用连接埠即时测距、测向。

小米在2020年10月也推出UWB「一指连」功能，小米10系列和智慧设备加装UWB晶片，再结合自家研发的天缐排列与演算法，小米手机可以自动探测智慧居家设备，成为另类的智慧遥控器。

数据显示，UWB能以99%以上的可靠性达到公分级定位精准度，其他技术的精准度仅达公尺级，可靠性最高逾70%，未来UWB的发展值得观察，至于未来苹果等龙头业者是否将进一步开发及应用UWB技术于智慧型装置，相当值得期待。

刊头图(source: blippar.com)