WLAN定位技术.doc

移动通信原理 基于WLAN的定位技术 1. 引言 随着无线网络、移动通信、终端数据处理和普适计算(Pervasive Computing或Ubiquitous Computing，也称泛在计算)等技术的发展及其应用领域的扩大，结合先进移动通信和网络技术的位置服务(Location Based Services, LBS)及位置感知计算(或上下文感知计算, Location/Context-aware Computing)随之成为最具市场前景和发展潜力的移动互联网增值业务之一。典型的LBS服务的例子有周边人物和资源查找、兴趣点推荐、旅游导航、会议指南等。从技术角度讲，LBS中的核心任务是目标人或物的定位。无论是在空旷还是遮挡的室内外环境下，LBS中快速准确地获得移动终端位置并继而提供相应定制化、高质量信息和服务的需求日益提高。 全球定位系统(Global Positioning System, GPS)是迄今应用最为成功的定位系统，它通过GPS卫星信号接收机捕获、测量来自至少4颗在轨卫星的广播信号到达延迟时间来估算终端位置，可以提供覆盖全球范围以及高精度、全天候的连续定位能力。但在室内和高楼密布的城区等信号遮挡严重的密集环境中，由于接收机捕获不到足够强度的卫星信号，GPS的定位质量难以得到保证甚至无法完成定位，使其可用性受到严重制约。 基于IEEE 802.11a/b/g/n通信协议、具有较灵活拓扑架构的无线局域网(WLAN)在机场、校园、医院、商业区、餐饮娱乐场所和住宅小区等各种场景中的泛在分布，以及在PDA、笔记本、上网本、MP4、智能手机等移动终端设备中的广泛支持使得基于WLAN的定位技术具有成本低、覆盖广、精度高等优势。WLAN定位技术中尤以基于接收信号强度的定位为其主要研究和应用方向，该类技术与基于信号到达时间(TOA)和信号到达角度(AOA)等传统几何原理的WLAN定位相比，它不需要添加额外的硬件设备来进行时间和角度的精确同步与测量，能充分利用现有覆盖广泛的无线局域网设施，便捷高效地将高质量定位的应用范围延伸到密集城区和室内，进一步降低了部署成本。 本文首先介绍了WLAN中定位尤其是基于接收信号强度定位技术的研究进展和发展应用现状，详细阐述现有基于接收信号强度定位中两种具代表性系统和技术：指纹识别和传播模型方法的工作原理、整体及其各功能模块流程，并对其各自特点进行归纳、比较和分析，并对算法的精准度、稳定性、复杂度等方面性能进行综合分析和评估。最后对现有技术进行归纳总结。 2. 无线局域网（WLAN）定位技术概述 无线局域网（WLAN）基于IEEE802.11协议，是以无线信道作传输媒介的计算机局域网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。移动用户对信息的即时性和就地性的需求越来越强烈，这就给基于WLAN系统的位置服务提供了广阔的发展空间。WLAN系统中定位技术主要有GPS卫星定位、基于RSSI或TOA/TDOA/AOA的三角定位、信号强度定位等技术。其中，信号强度定位技术主要包括信号强度指纹/信号传播模型定位等两类方法。 2.1WLAN定位场景 如前所述，由于GPS技术的使用需要对卫星信号的捕获和接收，而卫星信号在高楼林立的密集城区（Dense Urban）或室内（Indoor）环境中易于被建筑等各种障碍物所阻挡。所以GPS终端在此类环境中接收卫星导航电文数据易于缺失，效果较差；其次，无线电信号遇到建筑物、车辆以及其他物体时会发生反射，造成多径效应，从而导致多路信号同时到达接收天线使得接收端难于筛选出有效信息完成精确的测量和计算准确的位置。相比之下，WLAN用户凭借轻量级可移动的计算设备（如笔记本电脑、掌上电脑和个人数字助理等），在WLAN灵活高效的网络覆盖下，可以获得更高质量的接入，随时随地接入互联网。并且，WLAN定位系统测量的无线信号强度所受到障碍物的影响较小，可以满足密集城区、室内等环境下对信号强度的要求。因此，在密集或室内环境下，GPS的定位方式并非足够有效。 2.2基于时间/角度测量的定位 WLAN定位系统中也可以基于TOA/TDOA，AOA，RSSI等进行三角测量和定位。然而，跟蜂窝网络环境不同的是，在WLAN低功率无线设备组成的高密度网中，由于各设备之间的同步很难实现，利用TDOA估计距离也很难实现。尽管可以通过测量TOA来估计距离，但是障碍密集地区如室内等环境中用户之间的距离较短，AP的覆盖范围往往不超过100米，无线电波的传输时延可以忽略不计，并存在较严重的衍射和绕射等非直线传播情况，而且同一用户信号的各条多径分量在时间上相当接近，需要对设备的分辨率进行改进以区分时间上如此接近的各条多径