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大大的熨斗
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矮油没游

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蓝牙是一种无线技术标准,可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。下面我给大家分享一些大学生蓝牙科技论文,大家快来跟我一起欣赏吧。

蓝牙定位测量

[摘要] 该文描述了一种基于蓝牙的无线室内定位测量系统。一般蓝牙工作使用接收信号强度指示器(RSSI),进行自动发射功率控制以保证稳定的信噪比。取消反馈系统,并应用RSSI产生一系列新的测试 方法 。系统使用安装在一个单元内的视距无线传播模型,测算基准发射器和便携式接收机之间的距离。该系统设计、运行和测试结果证实, 在存在多径干扰条件下,测量范围平均绝对误差可以达到。

[关键词] 蓝牙 定位测量 RSSI

1 简述

精确度大约1m的蓝牙室内定位测量将有助于扩大新的定位服务(LBS)范围。这些服务包括医用定位服务,具有无线传感器的计算机网络,移动数据探测和跟踪系统,用于安全用途的室内电子地图和具有定位识别的智能装置。

室内定位测量需要发展新技术设备。全球定位系统(GPS)要求视距内有4颗卫星以保证精确3-D定位,因此无法室内应用。无绳电话定位系统精确度只有大约100m。室内短距离(10米半径)内,无线电单元可用于测量位置,基于单元识别,但要求安装许多固定、均距的单元以覆盖给定区域。

蓝牙室内定位测量系统工作描述:在一个室内无线电单元内进行接收功率测量,它常用于跟踪固定基准蓝牙发射器和存在多径干扰的视距信道的便携式接收机之间的距离。

2 接收信号强度指示器(RSSI)定位测量

在蓝牙装置中, 接收信号强度指示器(RSSI)数值通常用于使发射功率最小化,以接收到满意的信噪比的信号。在本系统中反馈系统停止工作,发射机(发射功率PTX)和接收机之间距离能通过使用RSSI测量装置和一个无线电传播模型计算得出。

该方法非常适用于室内定位系统。而 其它 室内无线定位技术都不适用,如到达角度(AOA)法,到达时间(TOA)法,和到达时差(TDOA)法。第一种:AOA法,要求有一个特殊天线阵列用于测量接收信号的角度,成本高昂而且仅适用于专用系统。使用扫描技术要求系统有精确的时钟。便携式设备时钟精确度为1μs,但1m的定位误差要求时钟精确度应达到3ns。

这里使用的无线电波传播模型,其公式如下:

PRX=PTX+GTX+GRX+20log(c/4лf)-10n�(d)(1)

= PTX+GTX+�(d)(2)

其中:PRX是接收功率;PTX是发射功率(dB);GRX和GTX是天线增益(dBi);c是光速();f是中心频率();n是衰减因素(在自由空间为2);d是发射器和接收器之间的距离(m)。

蓝牙系统中使用RSSI直接测量接收功率,由一个内置微处理器将数据 报告 数字指示器。使用该装置,RSSI和接收功率之间的关系曲线如图1。

图1 RSSI与接收功率PRX 关系曲线

分析图1,可以得到RSSI和接收功率PRX关系如下:

PRX =-40dBm+RSSI, RSSI>0dB

-60dBm PRX≤-60dBm+RSSI,0>RSSI>-10dB

PRX≤-62dBm,RSSI=-10dB

因此,基准发射器和便携式接收机之间的距离d满足下列公式:

d=10[( +G)/10n](4)

这里,PRX是测得的RSSI值经过公式(3)计算得出,总天线增益G= GTX+GRX

3 系统构成

该定位系统使用商业化的蓝牙开发套件构成。以个人电脑PC作为蓝牙主机,控制蓝牙模块,如图2所示。

定位应用在射频指令行接口(RFCLI)上完成,指令行起到容许用户控制和接入各种蓝牙软件层的作用。软件层分为主计算机界面(HCI)和蓝牙装置。主机通过通用异步接收/发射(UART)进行有线连接控制。板上的UART(HCI硬件接口)控制基带和射频层。

图2 主机和蓝牙装置之间硬件连接

一个基准发射器与便携式接收机进行通讯联系。首先应禁止蓝牙芯片对功率的控制功能。这样做将阻止两设备交换功率控制信息而保持接收功率在其限定范围内(将导致RSSI读值结果为0)。

测量在两种不同环境条件下进行:

无回声室测量。

在无回声室的测量中,确定天线增益G。测量装置设计模拟自由空间环境,频率范围为2~40GHz,衰减因素n=,多径干扰可忽略。天线放置高度为,天线之间最大距离3m。

天线增益G见公式(4),因为其他变量已知,通过计算确定G的平均值是。

办公环境测量

在办公室环境中,使用两试验基准线进行RSSI测量,距离增量为

图3 测量布置图

办公室内存在金属反射波,产生多路干扰。桌椅同样含有金属零部件。

在基线1,天线放置高度恒定为。在基线2,天线放置高度恒定为。初步测量显示,设备放置距离地板高度不同,对测量数据有一点影响。

两天线放置在固定的方向和高度,两者在视距范围内,按分段。利用射频通信(RFCOMM)协议产生一双工无线链路。使用频谱分析仪进行校准11个不同的发射功率:+,+,,,,,,,,和。

针对以上11个报告的基准发射功率,便携式接收机读出相对应的RSSI数值。 假如RSSI值非0,每个均测量20次RSSI值, 记录RSSI平均值。这些测量数据,每个均有一个随机载频,频率范围分布在蓝牙带宽(―)之间。假如RSSI数值为0,无接收数据记录,选择不同的发射功率。所有11个发射功率均应进行试验。

分段距离每次递增,至最大值。

对应11个接收的RSSI值,PRxi在每个分段距离均优化到最大发射功率,PTx1=。实际发射功率和最大发射功率之间的差异值Pdiff=(PTx1一PTxi)(dB),信道与功率呈线性关系,所以通过增加Pdiff将接收到的RSSI值RRxi优化到一恒定发射功率上。

RRxi=PTxi+ Pdiff=PRxi+(PTX1-PTxi)(5)

使用公式(3)和(5)得出:

-40+RSSIi+(PTX1-PTxi), RSSIi > 0dB

RRxi= -60+RSSIi+(PTX1-PTxi),RSSIi�0dB,(6)

数据为空,RSSIi = 0dB 或RSSIi =-10dB

对于接收功率指示器,RRX对应非0时的RSSI数据,由下式给定

11

RRX= 1/x∑RRxi (7)

i=1

图4 接收功率RRX 与距离d关系曲线

(标准化发射功率=)

4 结果

接收功率和距离

优化后的接收功率数值RRX对应相应分段距

离d,d是基准发射器和便携式接收器之间的距离。基线1和2在办公环境的测量结果如图4。

图4显示了多径衰减的影响结果,两测量曲线的振幅均随距离增加而减少。而基线1和2位于办公室的不同位置,测量定位的衰减干扰是不同的。

通过传播模型预测RRx的理论数值,其中PTx=, n=2,G= dBi。

距离d的平均绝对误差{公式(4)计算,PTx=, n=2,G= dBi},对于实际距离和标准偏差如下。

表1 绝对误差和标准偏差

基线1 基线2

平均绝对误差 (m)

标准偏差 (m)

讨论

基于RSSI的蓝牙定位系统测量精度取决以下三因素:

精确的接收功率指示器

蓝牙规格中定义的RSSI值不是专门设计用于测量接收功率(dB)。而RRX作为接收功率指示,可用于距离估算。接收功率测量误差通过利用多路的、优化的发射功率求平均值进行最小化。

在传播模型中正确选择衰减因素和天线增益G。

线性调节分析用于决定衰减因素n和天线增益G,(n=,G=)。这些校正过的数据用在传播模型中,位置精确度将提高约10%。

减小多径干涉的影响

接收功率和距离关系曲线(见图4),显示两测量设备测试值对理论值的波动和偏差。该图显示了进行时域、频率和发射功率平均后的测量结果。

5 结论

在视距(LOS)无线传播模型中,利用一个简单单元,通过禁止蓝牙(自动)传播功率控制的功能,实现蓝牙接收信号强度指示器RSSI值应用于定位测量。

该技术表明可降低平均绝对定位误差到。这适合于大多室内定位服务。不过,需要注意的是,在强烈的多径干扰下,定位误差仍然存在。绝对位置估算需要平均一系列接近的空间位置以增加可信度。

将来工作可能包括在非LOS条件下完成评价系统。利用三角测量可给出在二维平面上的精确定位信息。

参考文献

[1] A. Harder, L. Song and Y. Wang, Towards an indoor location system using RF singnal strengh in ,(April 2005).

[2] Sheng Zhou and John Pollard, Position Measurement Using Bluetooth in IEEE0098/3036/06,(May 2006).

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王生饮啖茶

摘 要:无线定位作为无线技术的一项重要应用,近年来发展迅猛被广泛应用于导航、虚拟实现和军事目标定位等方面。本文重点对几种常用的无线定位技术进行了深入分析和讨论。关键词:无线定位、GPS、TDOA 1. 什么是无线定位技术 无线定位技术是利用WiFi技术的射频识别和传感器等设备,通过测量接收到的无线电波的时间、幅度、相位等参数,根据相关算法判断被测物体的位置,实现定位、监测和追踪特定目标位置,广泛应用于导航、机器人跟踪、虚拟实现和军事目标定位等方面。 2. 常用的无线定位技术 无线定位主要包括GPS、移动定位、超声波、UWB、 RFID、WiFi等几种定位方式。其中GPS和移动定位主要应用在室外环境适合广域定位,其余几种主要应用在室内环境,适合短距离定位。下面本文将重点讨论几种常用的无线定位技术。 GPS定位技术 GPS包括21颗工作卫星和3颗备用卫星,均匀分布在6个轨道上。地面的接收机会接收GPS卫星发送的信号,从而获取导航和定位信息及观测量,并经过简单数据处理获取到达时间(TOA)信息,再结合卫星广播的星历信息实现实时导航和定位。GPS定位系统在开阔地定位精度高,具有良好的抗干扰和保密性,可应用于室外车辆定位导航。但由于卫星信号容易被建筑物、金属覆盖物、浓密树林阻挡,往往无法精确定位。目前比较实用的是A-GPS即辅助GPS技术。它利用通信网络基站从远程定位服务器获取当前卫星的星图、俯仰角等信息,从而提高 GPS 卫星定位系统的性能和速度。 定位技术 Cell-ID即小区识别号,在移动网络中每个小区都有一个唯一的利用移动终端所在Cell对应的小区识别号。只要系统能够把该小区基站设置的中心位置和小区的覆盖半径发送给移动终端,就可以粗略确定移动终端的位置。Cell-ID定位实现简单,响应速度快,不需改动网络和移动终端,有良好的覆盖性和可靠性。但是定位精度比较差且依赖于基站覆盖范围的大小,如果在基站分布较少的地区则很难精确定位,通常需与其他定位结合使用。 智能天线AOA AOA技术在两个以上的位置点放置4至12组天线阵列,以确定移动台发送信号相对于基站的角度,以此构成基站到移动台的直接连线,两线的交汇处即为待定位移动台的位置。AOA系统结构简单,只需2个基站即可实现定位;但要求天线阵具有高度灵敏度和高空间分辨率。在障碍物较少的开阔地区可以获得较高的定位精度,但在建筑物物密集的环境中,受多径传输效应的影响,定位精度下降。同时随着终端和基站距离的增加,定位精度也会受影响而逐渐降低。为了减小多径干扰的影响,AOA技术必需使用智能方向天线。基于实现复杂和设备成本的原因,AOA技术尚未在城市蜂窝定位系统中广泛应用。 超声波无线定位 超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成,其定位原理主要是采用基于到达时间差的定位(TDOA)方法,精度高可达cm级。TDOA是通过检测信号到达两个基站的时间差,来确定移动台的位置。若有三个不同的基站可以测到两个TDOA,则需分别建立两个以基站位置为焦点的双曲线方程,求解双曲线的交点即可得知移动台的位置。倒车雷达使用的就是超声波技术,但需要专有设备,且受多径效应和非视距传播影响很大,在室内应用受限。 RFID射频识别定位 射频识别RFID的定位技术是通过无线电信号识别标签进行自动身份辨认的技术。RFID可以采用位置感知和基于接收信号强度指示(RSSI)方式来实现定位。在位置感知方式下,可以通过对跟踪对象安装RFID标签,然后部署RFID标签读取器的位置,当跟踪对象进入到感知范围内时,即可检测到跟踪对象的位置。基于RSSI方式是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离,根据相应数据进行定位计算。RFID标签成本低,目前广泛应用在商品物流、人员定位及物联网领域。但需要部署多个读写器构建定位基础设施,标签和部署方式不同以及参考标签数量的多少都会影响定位精度,因此很难大规模部署。 WiFi定位技术 WiFi定位技术是基于现有WLAN网络,采用接收信号强度方式进行定位。现在很多办公楼、商场、机场都有无线路由器,这个就是WiFi热点。定位端比如手机只要侦听一下附近都有哪些热点,检测一下每个热点的信号强弱,然后把这些信息发送给远程服务器。服务器根据这些信息,查询每个热点在数据库里记录的坐标,进行运算即可实现定位。显然所收到的热点越多,定位也就越准确。WiFi定位比较方便,成本也低,但是信号易受环境干扰,定位精度和准确度较差,不适于高精度实时跟踪场景。 UWB技术 超宽带(UWB,Ultra-Wideband),是利用发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲信号进行高速无线数据传输的短程通信技术。UWB技术具有带宽极宽、发送功率低、抗干扰能力强、保密性好等优点。基于UWB的定位主要采用TDOA方式来实现,定位精度可以达到厘米级。UWB可用于室内精确定位,例如战场士兵的位置定位、机器人运动跟踪等。 3. 结语 不管是室外定位还是室内定位都有其优势也有其局限性,未来定位技术的发展一定是广域定位和短距离定位相结合,既能提高响应速度,又可以覆盖较广的范围,实现无缝的、高精确定位。 参考文献 1.谢展鹏、熊思民、徐志强.无线定位技术及其发展. 现代通信. 2004年第3期 2.阎啸天、于蓉蓉、武威.无线网络定位技术.中国移动官网. 2011-03-14 3.吴雨航、吴才聪、陈秀万. 介绍几种室内定位技术.中国测绘报. 2008-01-29 4.孙利辉.无线定位技术在无线网管中的应用.IP领航.2011年02月

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娜是阵疯

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