CN111917496B - 蓝牙rssi信号处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝牙RSSI信号处理系统，在利用传统的滤波算法的基础上，结合低功耗蓝牙芯片本身的特点，根据当前的参考频段及非参考频段间的信标广播包信号差值，对频段间的信号强度自动补偿，通过各个频段信号强度的细节区分和补偿，使处理后的信标广播包信号更加有利于改善定位效果，减少底层数据采集的波动，即使由于低功耗蓝牙芯片的差异造成了各个频段上信号强度有差异，也不会影响到实际的定位稳定性，降低了低功耗蓝牙芯片出厂校验的难度，为产品快速量产和降低成本具有较大的优势；在同样硬件和射频性能，同样定位算法机制的情况下，该蓝牙RSSI信号处理系统可以极大的提高定位稳定性。

Description

蓝牙RSSI信号处理系统
技术领域
本发明涉及蓝牙技术，特别涉及一种蓝牙RSSI信号处理系统。
背景技术
蓝牙的便捷性以及全球认可度，使任何支持蓝牙的设备都能通过配对流程与邻近的其他设备连接，蓝牙技术凭借其普遍性与简洁性改变了设备之间的无线通信。由于其功耗与成本较低，蓝牙在从高速汽车设备到复杂医疗设备等应用领域的发展过程中发挥着至关重要的作用。
蓝牙定位基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)定位原理。根据定位端的不同，蓝牙定位方式分为网络侧定位和终端侧定位。基站和移动终端，一个定期发送信标(beacon)广播包，另一个负责接收。接收方收到信标(beacon)广播包后，会同时获得接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication，简称RSSI)。该信号强度指示与距离(基站和移动终端)有一定的关系。通过获得RSSI值可以计算基站与移动终端之间的距离，再结合移动终端与多个基站之间的距离关系通过几何运算可以获得移动终端的位置。
传统的信标(beacon)广播包处理部分，直接获取接收到的信标(beacon)广播包对应的RSSI值，进行滤波处理，比如卡尔曼滤波，之后将滤波后的数据送到后端进行定位算法运算，获得定位位置点。
低功耗蓝牙(BLE)协议栈包含2部分：主机(Host)、控制器(Controller)。控制器部分包括：物理层(Physical Layer)，链路层(Link Layer)，主机控制接口层(HostController Interface)。物理层(Physical Layer)负责向物理信道发送或接收符合格式要求的数据流。低功耗蓝牙的物理层工作于2.4GHz全球通用的免许可频段(2400MHz～2483.5MHz)，共用40个频道(广播频道3个，数据频道37个)，频道间隔为2MHz。低功耗蓝牙广播频道为2402MHz(37)，2426MHz(38)，2480MHz(39)。
基于低功耗蓝牙(BLE)芯片广播包定位模式，发送信标(beacon)广播包的一方每次会在蓝牙的三个固定频段(37，38，39)发送三个同样的信标(beacon)广播包，接收方也会在该三个频段上轮巡扫描，每次数据接收可能来自不同的频段，比如本次获得的数据来之37频段，接下来的一次可能来自39频段。
理论上来说，芯片设计的时候，需要保证每个频段信号保持一致，但在实际的芯片产品中，每家芯片公司设计的芯片在各个频段上信号的一致性都有差别，因每个频段信号差异导致接收方收到的信标(beacon)广播包的RSSI的波动增加，影响了定位的稳定性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种蓝牙RSSI信号处理系统，降低了低功耗蓝牙(BLE)芯片出厂校验的难度，在同样硬件和射频性能，同样定位算法机制的情况下，可以极大的提高定位稳定性。
为解决上述技术问题，本发明提供的蓝牙RSSI信号处理系统，其包括发广播设备、接收设备；
所述发广播设备，基于低功耗蓝牙协议栈，在低功耗蓝牙的37，38，39三个固定频段，发送三个同样的信标广播包；
所述接收设备，在低功耗蓝牙的37，38，39三个固定频段上轮巡扫描，接收信标广播包及其对应的RSSI值和对应接收频段，并分别独立存储来自37，38，39三个固定频段的信标广播包的RSSI值；
所述接收设备，在发广播设备和接收设备相对静止时段，对接收到的信标广播包进行滤波处理，如果接收到N个广播包，N为大于3的整数，则分别求取这个相对静止时段收到的M个37频段信标广播包的RSSI平均值MA、P个38频段信标广播包的RSSI平均值PA、F个39频段信标广播包的RSSI平均值FA，M、P、F为自然数并且N＝M+P+F；并计算获得37，38，39三个固定频段间的信标广播包信号RSSI平均值差值Δd78、Δd89及Δd97；Δd78＝MA-PA，Δd89＝PA-FA，Δd97＝FA-MA；
所述接收设备，以RSSI平均值最大者对应频段作为参考频段，对参考频段接接收的信标广播包直接做后续滤波处理；对非参考频段接收的信标广播包，先根据非参考频段同参考频段的信标广播包信号差值Δd，进行RSSI值修正，使非参考频段的信标广播包的RSSI值增加|Δd|，然后再进行后端滤波处理。
较佳的，所述接收设备为移动终端，所述发广播设备为固定基站；
移动终端内设置有加速度传感器；
所述接收设备，根据加速度传感器的信号确定移动终端目前处于移动还是静止状态；如果移动终端处于静止状态持续超过设定时长T1，则判定处在发广播设备和接收设备相对静止时段。
较佳的，所述接收设备为固定基站，所述发广播设备为移动终端；
移动终端内设置有加速度传感器；
所述发广播设备，根据加速度传感器的信号确定移动终端目前处于移动还是静止状态，并发送移动终端状态信号到所述接收设备；
所述接收设备，如果连续收到静止状态的移动终端状态信号持续超过设定时长T1，则判定处在发广播设备和接收设备相对静止时段。
较佳的，当移动终端持续为静止状态的总时长T大于设定时长T1；
所述接收设备，从移动终端开始静止后的T1到T作为发广播设备和接收设备相对静止时段。
较佳的，当移动终端持续为静止状态的总时长T大于设定时长T1；
所述接收设备，以移动终端持续为静止状态的总时长T作为发广播设备和接收设备相对静止时段。
较佳的，所述接收设备，在确定参考频段后，并将先前存储的来自37，38，39三个固定频段的信标广播包的RSSI值清空。
较佳的，所述后续滤波处理为卡尔曼滤波。
较佳的，N为8～35。
本发明的蓝牙RSSI信号处理系统，在利用传统的滤波算法的基础上，结合低功耗蓝牙(BLE)芯片本身的特点，根据当前的参考频段及非参考频段间的信标广播包信号差值，对频段间的信号强度自动补偿，通过各个频段信号强度的细节区分和补偿，使处理后的信标(beacon)广播包信号更加有利于改善定位效果，减少底层数据采集的波动，即使由于低功耗蓝牙(BLE)芯片的差异造成了各个频段上信号强度有差异，也不会影响到实际的定位稳定性，降低了低功耗蓝牙(BLE)芯片出厂校验的难度，为产品快速量产和降低成本具有较大的优势；在同样硬件和射频性能，同样定位算法机制的情况下，该蓝牙RSSI信号处理系统可以极大的提高定位稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的蓝牙RSSI信号处理系统一实施例的接收设备工作过程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，蓝牙RSSI信号处理系统包括发广播设备、接收设备；
所述发广播设备，基于低功耗蓝牙(BLE)协议栈，在低功耗蓝牙(BLE)的37，38，39三个固定频段，发送三个同样的信标(beacon)广播包；
所述接收设备，在低功耗蓝牙的37，38，39三个固定频段上轮巡扫描，接收信标(beacon)广播包及其对应的RSSI值和对应接收频段，并分别独立存储来自37，38，39三个固定频段的信标(beacon)广播包的RSSI值；
所述接收设备，在发广播设备和接收设备相对静止时段，对接收到的信标(beacon)广播包进行滤波处理，如果接收到N个广播包，N为大于3的整数，则分别求取这个相对静止时段收到的M个37频段信标(beacon)广播包的RSSI平均值MA、P个38频段信标(beacon)广播包的RSSI平均值PA、F个39频段信标(beacon)广播包的RSSI平均值FA，M、P、F为自然数并且N＝M+P+F；并计算获得37，38，39三个固定频段间的信标(beacon)广播包信号差值Δd78、Δd89及Δd97；Δd78＝MA-PA，Δd89＝PA-FA，Δd97＝FA-MA；
所述接收设备，以RSSI平均值最大者对应频段作为参考频段，对参考频段接接收的信标(beacon)广播包直接做后续滤波处理；对非参考频段接收的信标(beacon)广播包，先根据非参考频段同参考频段的信标广播包信号RSSI平均值差值Δd，进行RSSI值修正，使非参考频段的信标(beacon)广播包的RSSI值增加|Δd|，然后再进行后端滤波处理。
比如参考频段是38，这时收到的一个37频段信标(beacon)广播包的信号强度是-72db，而Δd78为-4db,则修正后的该37频段信标(beacon)广播包的信号强度是为-68db，反映的是如果该信标(beacon)广播包都来之38频段，对应的该信标(beacon)广播包的信号强度应该是-68db。
实施例一的蓝牙RSSI信号处理系统，发广播设备发送的广播包是在蓝牙的37，38，39三个固定频段，接收设备也在这3个频段上轮巡扫描广播包，并获得广播包接收信号强度指示(RSSI)值；接收设备在获得广播包对应的RSSI值的同时获得对应的接收频段；发广播设备和接收设备相对静止(即被定位的设备固定在同一个位置没有移动)时，接收设备在3个频段上累积一定量的广播包接收信号强度指示(RSSI)值，确定参考频段及非参考频段间的信标广播包信号差值。
实施例一的蓝牙RSSI信号处理系统，在利用传统的滤波算法的基础上，结合低功耗蓝牙(BLE)芯片本身的特点，根据当前的参考频段及非参考频段间的信标广播包信号差值，对频段间的信号强度自动补偿，通过各个频段信号强度的细节区分和补偿，使处理后的信标(beacon)广播包信号更加有利于改善定位效果，减少底层数据采集的波动，即使由于低功耗蓝牙(BLE)芯片的差异造成了各个频段上信号强度有差异，也不会影响到实际的定位稳定性，降低了低功耗蓝牙(BLE)芯片出厂校验的难度，为产品快速量产和降低成本具有较大的优势；在同样硬件和射频性能，同样定位算法机制的情况下，该蓝牙RSSI信号处理系统可以极大的提高定位稳定性。
实施例二
基于实施例一的蓝牙RSSI信号处理系统，所述接收设备为移动终端，所述发广播设备为固定基站；
移动终端内设置有加速度传感器；
所述接收设备，根据加速度传感器的信号确定移动终端目前处于移动还是静止状态；如果移动终端处于静止状态持续超过设定时长T1，则判定处在发广播设备和接收设备相对静止时段。
实施例三
基于实施例一的蓝牙RSSI信号处理系统，所述接收设备为固定基站，所述发广播设备为移动终端；所述发广播设备内设置有加速度传感器；
所述发广播设备，根据加速度传感器的信号确定移动终端目前处于移动还是静止状态，并发送发广播设备状态信号到所述接收设备；
所述接收设备，如果连续收到发广播设备为静止状态持续超过设定时长T1，则判定处在发广播设备和接收设备相对静止时段。
实施例四
基于实施例二或三的蓝牙RSSI信号处理系统，当移动终端持续为静止状态的总时长T大于设定时长T1；
所述接收设备，从移动终端开始静止后的T1到T作为发广播设备和接收设备相对静止时段。
实施例五
基于实施例二或三的蓝牙RSSI信号处理系统，当移动终端持续为静止状态的总时长T大于设定时长T1；
所述接收设备，以移动终端持续为静止状态的总时长T作为发广播设备和接收设备相对静止时段。
实施例五的蓝牙RSSI信号处理系统，从移动终端开始静止就作为发广播设备和接收设备相对静止时段，响应速度快。
实施例六
基于实施例一的蓝牙RSSI信号处理系统，所述接收设备，在确定参考频段后，并将先前存储的来自37，38，39三个固定频段的信标(beacon)广播包的RSSI值清空。
较佳的，所述后续滤波处理为卡尔曼滤波。
较佳的，N为8～35。同一个频段上接收的数据，同样是会有波动，通过一段时间的数据积累后求得的平均值，可以比较真实的反应该频段上数据接收的强度信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种蓝牙RSSI信号处理系统，其特征在于，其包括发广播设备、接收设备；
所述发广播设备，基于低功耗蓝牙协议栈，在低功耗蓝牙的37，38，39三个固定频段，发送三个同样的信标广播包；
所述接收设备，在低功耗蓝牙的37，38，39三个固定频段上轮巡扫描，接收信标广播包及其对应的RSSI值和对应接收频段，并分别独立存储来自37，38，39三个固定频段的信标广播包的RSSI值；
所述接收设备，在发广播设备和接收设备相对静止时段，对接收到的信标广播包进行滤波处理，如果接收到N个广播包，N为大于3的整数，则分别求取这个相对静止时段收到的M个37频段信标广播包的RSSI平均值MA、P个38频段信标广播包的RSSI平均值PA、F个39频段信标广播包的RSSI平均值FA，M、P、F为自然数并且N＝M+P+F；并计算获得37，38，39三个固定频段间的信标广播包信号差值Δd78、Δd89及Δd97；Δd78＝MA-PA，Δd89＝PA-FA，Δd97＝FA-MA；
所述接收设备，以RSSI平均值最大者对应频段作为参考频段，对参考频段接收的信标广播包直接做后续滤波处理；对非参考频段接收的信标广播包，先根据非参考频段同参考频段的信标广播包信号RSSI平均值差值Δd，进行RSSI值修正，使非参考频段的信标广播包的RSSI值增加|Δd|，然后再进行后续滤波处理。
2.根据权利要求1所述的蓝牙RSSI信号处理系统，其特征在于，
所述接收设备为移动终端，所述发广播设备为固定基站；
移动终端内设置有加速度传感器；
所述接收设备，根据加速度传感器的信号确定移动终端目前处于移动还是静止状态；如果移动终端处于静止状态持续超过设定时长T1，则判定处在发广播设备和接收设备相对静止时段。
3.根据权利要求1所述的蓝牙RSSI信号处理系统，其特征在于，
所述接收设备为固定基站，所述发广播设备为移动终端；
移动终端内设置有加速度传感器；
所述发广播设备，根据加速度传感器的信号确定移动终端目前处于移动还是静止状态，并发送移动终端状态信号到所述接收设备；
所述接收设备，如果连续收到静止状态的移动终端状态信号持续超过设定时长T1，则判定处在发广播设备和接收设备相对静止时段。
4.根据权利要求2或3所述的蓝牙RSSI信号处理系统，其特征在于，
当移动终端持续为静止状态的总时长T大于设定时长T1；
所述接收设备，从移动终端开始静止后的T1到T作为发广播设备和接收设备相对静止时段。
5.根据权利要求2或3所述的蓝牙RSSI信号处理系统，其特征在于，
当移动终端持续为静止状态的总时长T大于设定时长T1；
所述接收设备，以移动终端持续为静止状态的总时长T作为发广播设备和接收设备相对静止时段。
6.根据权利要求1所述的蓝牙RSSI信号处理系统，其特征在于，
所述接收设备，在确定参考频段后，并将先前存储的来自37，38，39三个固定频段的信标广播包的RSSI值清空。
7.根据权利要求1所述的蓝牙RSSI信号处理系统，其特征在于，
所述后续滤波处理为卡尔曼滤波。
8.根据权利要求1所述的蓝牙RSSI信号处理系统，其特征在于，
N为8～35。
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