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基于WIFI的高精度室内定位技术发展,精度可达
Date:2018-05-30 19:50 Views:

基于WiFi的高精度定位新兴技术虽然WiFi应用于定位具有良好的前景,但其精确定位的潜力并没有很好地发掘出来。而新应用尤其是物联网相关应用的迅猛发展,使得定位精度的相对落后变成了一个桎梏。因此,很有必要基于WiFi技术进行改造,释放其在高精度定位方面的潜力。让我们将目光投向那些有可能提升WiFi定位精度的新技术。
1、毫米波频段技术
毫米波是指频率在30GHz~300GHz的电磁波,因衰减较大且一些频段的电波易被大气吸收而被认为不适用于远距离无线通信,但由于其丰富的频谱资源,以及通过微蜂窝的密集部署可以缩小通信范围,使得短距离通信的问题也不再成为阻碍,因此被列为5G通信的主要发展技术点之一,同时也被IEEE 802.11标准组列入下一代60G通信标准——这使得基于WiFi的毫米波技术变得极具期待性。毫米波频段提供的超高带宽能够保证更高的测时分辨粒度,而且,毫米波波束窄,角度分辨率高,更适合高精度室内定位。尽管毫米波传输距离短、对遮挡和移动敏感,以及缺乏组网管理引入的干扰等等会影响定位的准确性和稳定性,但其与WiFi技术融合,将有可能克服这些缺陷。
2、精准测时机制
(Fine Timing Measurement,FTM)当前,基于TOA/TDOA测时/测距的技术也是定位技术手段之一,理论上可以获得较高的定位精度,但依赖于较高的信号带宽。而在IEEE 802.11新发布的标准修订中定义了FTM机制,用于支持精确时间测量,测时粒度单位为0.1ns,这就意味着基于此协议的WiFi技术可以通过精准测时,使测距粒度可以达到3厘米。在新的标准演进中,将会讨论更精确的时间测量机制。
3、CSI技术(Channel State Information)
CSI是针对WiFi物理层的OFDM技术,能够在子载波的粒度上提供无线信号经历空间传播后的幅度和相位变化信息,这就意味着更底层、更稳定的信道信息和更高的空间分辨率,进而对应着更稳定、更精准的定位性能,可以克服目前广泛使用的RSSI定位因信号不稳定带来的定位性能差的缺陷。当然,CSI技术也有技术难点——理想的CSI值是对信号所经历空间信道的时/频响应的准确反映,但由于收端和发端在时间、频率和相位等维度无法做到完美同步,同步误差会导致CSI值被“污染”而难以直接用作位置特征,如何对获取的CSI进行净化处理就成为当前的研究热点。目前,已有研究团队在实验室环境下利用CSI指纹实现了约1米的定位精度,这意味着,基于WiFi的CSI技术会成为高精度WiFi定位的突破方向之一。
毫米波和FTM技术让WiFi支持厘米级定位精度成为可能,使得WiFi不仅可应用于消费者领域,也将会越来越受到对定位精度有苛刻要求的工控、安防等行业领域的青睐,比如,未来采矿挖掘机可利用WiFi来进行精准作业,大型仓库中可通过WiFi来精确定位小型货物等。而CSI技术则会进一步提高现有基于指纹技术的定位方案的精度,将用户体验提升到新的高度,比如,可达到亚米级精度的超市货架定位、室内导航和安全监控解决方案将指日可待。这些新兴技术均需要对WiFi的底层技术进行修改,释放WiFi在高精度定位方面的潜力。可以想象,融合了以毫米波、精确测时、CSI等为代表的新兴技术之后的WiFi,在不久的将来,一定会成为普适的人员定位解决方案首选,以其优异的定位性能引爆物联网的万千应用。

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