无线定位技术概述.doc

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1、无线定位技术简介2010年05月13日星期四09:23现在的社会，是一个没有隐私的社会，只要有设备和条件，别人想跟踪你的位置实在是太简单了，不管是你在大街上走还是在商场里逛，只要上面想，你的行踪都很难不被暴露。好比我们看大片，罪犯在这边打电话，FBI在那边定位，唧唧几声，就把你的大概方位确定了。千万别以为这是什么高深技术，我们天朝网警照样玩的转。而且，随着网络越来越向智能化和移动化发展，一些很有意思的应用都可能和将来的定位技术联系起来，在一定程度上影响我们的生活，比如twitter，Aardvark，包括一些很有前途的mobilegame，等等。GoogleLatitude一出后,很

2、多朋友都惊诧于无gps条件下其定位的准确性，也有不少人因此对通过wifi定位比较感兴趣。其实各式各样的无线通信技术都可以用来定位，由于通信距离的不同，有的可以用来室内定位，有的可以用来室外定位。这里，我尝试着对一些逐渐在普及的定位技术做一些讲解，考虑到GPS的普及性，GPS定位原理和优缺点就在这里忽略了。其实无线定位的流程很简单，大概都遵从交换信号===>数据融合===>建模求解的步骤。下面就针对不同技术的不同重点，把这个过程分割介绍。手机基站网络通过基站网络的检测来进行户外定位是一个相对成本低,成熟,但是精度不高的方法.它的工作原理是这样的,我们都知道,手机要通信,就需要通过蜂窝网

3、络和一个个基站交换数据，从而实现和别的手机的通信.而考虑到双方通信的距离和现实中基站的放置密度，每一个手机都可能被覆盖于多个基站，如果能通过某种方法得到每个基站对于手机的检测数据，通过特定的datafusion技术，就可以大致估算初当前手机的位置。在这里，datafusion是最关键的技术，事实上也是下面会介绍的大多数其他定位技术的基础，所以花多点篇幅介绍一下。为了简化，我们只考虑二维平面情况，也就是说每个点都只有(x,y)值,不考虑z平面。以前常用的datafusion技术包括TOA—timeofarrivaldatafusion,AOA—angleofarrivaldatafus

4、ion,以及混合型技术.假设下面这张图是一个分布示意图,图中出现的几个基站（BaseStation）都能和当前手机,也就是MS（MobileStation）所在位置通信.然后我们通过这张图对常用的datafusion技术进行分析.TOA:在TOA的场景中,假设有3个基站当前和手机通信,BS1,BS2和BS3，每个基站有自己的坐标，然后我们用MS来表示手机，大概是这样一个结构:r1,r2和r3分别表示MS和三个BS之间的距离,这个距离当然是可以通过计算得出的,计算方法就是在这个公式里,c是信号传输速度,t0是初始时间,ti是MS的信号到达BSi的时间.很简单吧.这样,我们假设其中一个B

5、S1的坐标是参照坐标,也就是(x1,y1)=(0,0),可以得到关于距离组合(r1,r2,r3)的一个方程组然后解这个方程组就能得到MS的当前坐标。这是一个典型的overdeterminedsystem，所以具体的求解其实比较复杂，这里就不多介绍了，有兴趣的朋友可以邮件交流。AOA:如果采用AOA技术,顾名思义,我们需要得到信号到达BS时，MS相对于BS的angle的数值，就好比我们有A,B,C三个点，我们已经知道A和B的坐标了，只需要知道C相对于A和B的角度值，就可以算出当前C的坐标。这个方法要求BS端需要有天线阵列，这样，到达的MS信号的能通过不同天线接受信号的相位差计算出来。具

6、体可以利用功率谱密度在天线阵列的分布来计算，这就是传说中的beamforming。只要能得到两个BS的AOA估计，就能推算出MS的当前地点。所以相对于其他方法，AOA对于BS数量的要求是最少的，也不需要BS和MS之间的同步。对于AOA的函数建模如下,假设我们有n个BS都对MS做出了AOA测量,对于任何的BSi,有其中的角度就是测量出来的AOA.然后我们把所有的BS建立的方程合并,得到Hx=b,其中对于x用最小二乘法得到的解是AOA最大的问题在于,目前的2G通信基站没有天线阵列(目前3G基站有没有我不清楚)。所以之前这是一个存在于实验室中的东西。AOA和TOA都有其各自的缺陷和优点，所

7、以也有系统将其合并使用,来得到通用性较好的方案，被称为HYBRIDDATAFUSION。然而现实中，基于基站的定位始终无法做得很好，主要原因在于无线环境变化过于复杂，精度高的方案成本也高等。通常精度在几十米左右。*************************************************************我是分割线********************************************************WI