無線局域網定位_圖文

1、無線局域定位MartiinVossiek,Leif Wiebking,Peter Gulden,Jan Wieghardt,Clements Hoffmann,Patric Heide局域定位將會是下一代無線系統(tǒng)中最令人振奮的特色之一。用于無線數(shù)據傳輸和應答器系統(tǒng)的全新概念和特性將會浮出水面。自行管理的傳感器網絡,無處不在的運算,區(qū)域敏感的收費,與情形有關的信息服務,跟蹤和導引等等僅僅是無數(shù)可能的應用領域中的一些例子。本文介紹了無線局域定位方案中的不同概念,并且回顧了現(xiàn)有的和正在涌現(xiàn)的系統(tǒng)和應用。近些年來,我們已經看到了以指數(shù)級速度增長的無線系統(tǒng)。無線技術已經進入了消費者應用領域,工業(yè),醫(yī)療系

2、統(tǒng)及其它眾多的應用中。到目前為止,無線系統(tǒng)的中心問題變?yōu)橹T如標準,帶寬,可用性,或模塊成本等方面。換句話說,焦點是要實現(xiàn)無線接入的商業(yè)可用性?，F(xiàn)在無線信息的獲取范圍很廣,額外的推動這方面討論的話題是來自于用戶和應用一方。我們可以越來越_Martin Vossiek (martin.vossiek, Leif Wiebking, Peter Gulden,Jan Wieghardt, and Clemens Hoffmann are with Siemens Corporate Technology, Otto-Hahn-Ring 6, 81730 Munich, Germany.Martin

3、Vossiek is also with Technische Universität Clausthal, 38678 Clausthal-Zellerfeld Germany.Patric Heide is with EPCOS AG, Anzinger Str. 13, 81617 Munich, Germany明顯地看到,無線系統(tǒng)的下一個飛躍不僅僅是要通過提高數(shù)據傳輸速率來將目前的狀態(tài)升級。而需要能夠方便,靈活和易于使用的無線系統(tǒng)新的特性和服務。在這種情況下,局域定位系統(tǒng)便引起了人們極大的關注1。通過局域定位技術,一個移動的器件可以收集關于它自身位置的信息或從別處對它進行定位

4、。對局域定位所產生的濃厚興趣是由幾方面的因素而激發(fā)出來的。首先,無線系統(tǒng)的最大成功是由其可移動性來詮釋的。移動性從本質上說是與不確定性相聯(lián)系的。然而,在工業(yè)制造,網絡組織和其它許多應用中,常常不希望出現(xiàn)不確定性。局域定位是有效地克服不確定性的唯一方式。安全性和完善性也同樣可以極大地受益于局域定位。數(shù)據源頭,傳播路徑,和目的地這些信息對于安全性和完善性來說當然是非常重要的。最后但卻并非最不重要的是無線網絡數(shù)據容量的限制是其固有的特性。因此,需要一種智能化的能顯示來龍去脈的信息傳輸。一個必要的信息便是移動器件的位置。局域定位可以使無線數(shù)據傳輸和應答器系統(tǒng)的全新概念和特性得以實現(xiàn)。自行管理傳感器網絡

5、,無處不在的運算,區(qū)域敏感的收費,與情形有關的信息服務,跟蹤和導引等僅僅是許多可能的應用領域中的一些例子。這個需求激發(fā)了熱烈的研究活動。幾乎所有無線領域的業(yè)界巨頭和無數(shù)新建公司都在開展這方面的工作,結果便是現(xiàn)有的商業(yè)化無線局域定位系統(tǒng)在不斷地增加。無線局域定位系統(tǒng)的分類一個無線局域定位系統(tǒng)基本上都包含至少兩個分離的硬件:一個是承載系統(tǒng)“智能化”主要部分的測量單位和一個信號發(fā)射機。最簡單的應用中的發(fā)射機不過是一個信標(beacon。取決于這些部件的功能和它們的相互作用,可以對無線局域定位系統(tǒng)進行一個系統(tǒng)化的分類。系統(tǒng)拓撲結構正如前面所述,系統(tǒng)拓撲結構是一種區(qū)別不同的無線局域定位系統(tǒng)的一種可能方式

6、。表1給出了一個關于命名的概述 2 。第一個區(qū)別是自定位系統(tǒng)和遠程定位系統(tǒng)。在自定位系統(tǒng)中,測量單元是移動的。這個單元接受來自于幾個位置已知的發(fā)射機的信號,具有根據測量的信號來確定自身位置的能力。遠程定位系統(tǒng)是以另一種方式工作的;它們的信號發(fā)射機是移動的,幾個固定的測量單元接受來自發(fā)射機的信號。在主基站,來自所有測量單元的結果被集中起來,發(fā)射機的位置便可以被計算出來。遠程定位系統(tǒng)的主要優(yōu)點是移動部件能夠做得體積小,成本低,功率效率好。而另一方面,這個優(yōu)點的代價是復雜的系統(tǒng)和主干網絡,昂貴的基礎設施。究竟是遠程系統(tǒng)更合適,還是自定位系統(tǒng)更合適,這將嚴格地取決于應用。錯誤的選擇會將系統(tǒng)的成本提高1

7、0倍。這個事實所要強調的是幾乎不可能制作一個單一的系統(tǒng)來覆蓋很寬的應用范圍。如果一個局域定位系統(tǒng)提供一個無線數(shù)據鏈接,那么當然有可能將測量結果1從自定位測量單元傳送到遠程端或2反之亦然。第一種情況可以認為是間接的遠程定位,而第二種情況稱為間接自定位。測量原理目前主要采用三種不同的測量原理:到達角度(AOA,接受信號強度(RSS,以及進一步分為三個子類的以傳播時間為基礎的測量原理:到達時間(TOA,來回飛行時間(RTOF,到達時間差(TDOA。圖1顯示了每種概念的原理。在AOA系統(tǒng)中,是通過測向儀來計算位置的。通過使用定向天線或天線陣列,測量與已知位置點的相對角度。幾個測得的方向點的交點便能夠給

8、出位置信息。 圖1 測量原理(a到達角度AOA,其中RU和MU代表的是遠程和移動單元,1和2是測量的方向角度;(b接收信號強度RSS,其中L1和L2代表測得的路徑損耗;(cTOA和RTOF,其中1和2代表的是測得的信號的單程或雙程的傳播時間,空間位置是由圓心在RU的圓的交點決定的;(dTDOA,其中12和23代表的是信號從MU到達兩個不同的RU的時間差,位置信息是由焦點在RU處的雙曲線交點所確定的。圖2 當前無線局域定位系統(tǒng)一覽。這種方法的精度受到測量孔徑的定向性,屏蔽和/或來自于錯誤方向的多路徑反射的限制。RSS系統(tǒng)是基于傳播損耗方程的。例如,自由空間的傳輸損耗L B,是與1/r2成正比的。

9、然而,在實際情況中,這個簡單公式卻并不適合用來根據發(fā)射和接收功率之差來計算距離3。在室內環(huán)境或已建成區(qū)域中,多徑衰落和屏蔽起著支配性的作應4。為了解決這個問題,需要一個先進的傳播模型,或者通過實際測量得到所感興趣的區(qū)域內實際的場分布。由于高度非線性化的輸入輸出對應關系,使用了復雜的算法或神經元網絡。后一種方法使用在本文隨后將要描述的神經元蜂窩-定位系統(tǒng)(NCPS中。RSS的主要優(yōu)點是大多數(shù)現(xiàn)代化的無線模塊實際上已經提供了接收信號強度指示器(RSSI。而且,誤碼率(BER可以被用來估測信號的衰減。因此,在無線通信系統(tǒng)中實施一個局域定位系統(tǒng)或多或少都是軟件方面的課題,并不需要專有硬件。由于物理上的

10、限制,AOA和RSS系統(tǒng)只能給出中等精度的位置信息。用于局域定位測量最直觀和最準確的方法可能是測量信號從發(fā)射機傳播到達測量單元以及返回所用的時間。很明顯,飛行時間隨后便可以用來計算距離。在若干個這種測量的基礎上,二維或三維位置信息便可以通過時間差異直接推導出來。然而,這種直接了當?shù)姆椒ㄔ趯嵤r卻有著嚴重的固有困難。時鐘同步是一個主要的問題。實際上,基于時間的系統(tǒng)主要是由處理這個問題的不同概念來區(qū)分的。在TOA系統(tǒng)中,所測量的是單程傳播時間,測量單元和信號發(fā)射機之間的距離便可以計算出來。這種概念需要所有被用到的固定和移動單元具有精確的時間同步。在這種情況下,絕對時間的同步必須具有與所要求的位置精

11、度相關的精確度。例如,在厘米范圍的位置精度要求其絕對時間的同步要遠遠小于1ns。因為時鐘信息必須分布到移動元件并在此保存,這種方法要么會產生一個昂貴的系統(tǒng),要么會產生一個不夠準確的系統(tǒng)。如果選擇RTOF系統(tǒng),絕對同步的要求可以被較為溫和的相對時鐘同步來替代。在這里,測量單元或多或少地充當著公用雷達的角色。應答器回應著詢問的雷達信號,并且測量一個完整的雙程傳播時間。在這種情況下,同步化的挑戰(zhàn)是測量單元必須知道回復器準確的延遲/處理時間。一個簡單的計算可以表明這個要求是很難達到的。如果測量單元和應答器均具有精度為25ppm的相當好的石英時鐘源,那么應答器中1ms的處理時間會引起測量值產生幾米的變化

12、。一般來說,在RTOF系統(tǒng)中,要么具有一個較好的時鐘同步,要么就是處理時間要非常短。一個巧妙的防止系統(tǒng)同步問題的方法是使用調制反射的概念5,6。在這里來自基站的詢問信號與疊加了特定調制的信號同步化地被反射回去。這種方法的主要缺點是雷達信號必須要完成一個完整的來回雙程路徑。因此,傳播損耗至少與距離 r 的4次方成比例。 圖3信號功率分布的范例?；拘盘柕膹姸扔梢苿与娫挏y量并且隨后返回位置服務器。圖4 自測量模式的LPR系統(tǒng)的工作原理和結構,其中一個移動測量單元B1同時測量在它所能達到的范圍內與所有調制的有源反射器單元T1T n之間的距離。圖5 LPR 測量原理:一個與FMCW-雷達類似的測量單元

13、測量其與一個調制反射器單元的距離。所以,這種方法的標準形式只適合于短距離系統(tǒng)。然而,新的應答器概念提供了克服這個缺點的方案7,8。在本文的后面將要介紹基于調制反射的一個強有力的RTOF系統(tǒng)。今天,現(xiàn)有的大多數(shù)方案是遠程TDOA系統(tǒng)。在TDOA系統(tǒng)中,計算若干對測量單元所接收到的信號的時間差。TDOA 系統(tǒng)的優(yōu)勢是只需要使測量單元之間同步。這種同步是通過使用干線網絡或位置已知的參考應答器來實現(xiàn)的。幾乎所有基于時間的局域定位系統(tǒng)采用的都是我們所熟悉的現(xiàn)代雷達系統(tǒng)的信號和信號分析概念。連續(xù)波(cw信號,脈沖,或偽隨機脈沖序列,線性頻率調制信號,跳頻,或相位調制信號都可以使用。就硬件/軟件要求,實施方

14、案以及性能來說,不同形式的信號有它們各自特定的長處和短處。對于所有寬帶調制方式來說,有一個共同特性:在多路徑環(huán)境中,帶寬是實現(xiàn)準確定位的關鍵要求9。只有在合適的帶寬下,才可能將多路徑傳播分開及消除。即使帶寬可達到幾百兆赫,一個設計良好的系統(tǒng)的精度主要還是由未被消除的多路徑傳輸和/或多路徑衰落來限制的。系統(tǒng)現(xiàn)狀和解決方案到此為止,我們已經介紹了不同種類的無線定位系統(tǒng)。每種類型的系統(tǒng)又存在著不同的實施方法,從而導致了市場上產品的多樣性。對目前所有系統(tǒng)進行一個完整的綜述則超出了本文的范圍。然而,圖2對當今無線局域定位系統(tǒng)進行了一個粗略的綜述,接下來要對一些典型系統(tǒng)和公司進行討論。最有名和分布最廣的定

15、位系統(tǒng)是全球定位系統(tǒng)(GPS或它的差分配套系統(tǒng),DGPS10。這個出色的已存在于全球的系統(tǒng)同樣也適用于許多室外其它定位任務。然而,在密集的城市地區(qū)和室內,GPS有它自己的短處。遺憾的是,這些正是產生大量的,發(fā)展勢頭迅猛的局域無線數(shù)據傳輸?shù)膮^(qū)域。對于蜂窩電話定位系統(tǒng)來說,存在著若干種不同的解決方案 2, 11,12。最簡單,同時也是最不準確 圖 6 在一座辦公大樓內,當在若干由數(shù)字標示的測試位置上對無繩DECT電話定位時,所得到的位置信息和位置誤差信息。的概念是直接使用與服務地區(qū)的物理位置相關聯(lián)的蜂窩的識別號。典型的蜂窩尺寸可以是100m到幾十公里。從相鄰基站測得的TOA或TDOA可在城市地區(qū)將

16、精度提高到50m到100m。在標準無線局域網(WLAN如DECT, WLAN802.11或藍牙等通信系統(tǒng)中實施局域定位是非常有吸引力的。定位系統(tǒng)和通信系統(tǒng)之間的協(xié)同作用已經展現(xiàn)出來。幾年前,微軟研究小組介紹了他們稱為RADAR的系統(tǒng),這個系統(tǒng)是在WLAN組件的基礎上所實施的RSS定位系統(tǒng)13。Li等人發(fā)表了基于DSSS或OFDM WLAN基礎上的TDOA解決方案14。在本文的后面,將要描述西門子NCPS方案,這是一個基于DECT或WLAN802.11的RSS系統(tǒng)。一個典型的WLAN局域定位系統(tǒng)的精度大約是3-30m,位置更新的速度是幾秒鐘。一些專利化的解決方案,例如Pinpoint的3D-ID

17、系統(tǒng)15,或WhereNet的TDOA系統(tǒng)16,具有與上述WLAN系統(tǒng)相似的性能表現(xiàn)。然而,一些具有較長的功率消耗時間的特別設計的硬件和協(xié)議可以將移動器件內的功耗降到最低,因此,這些產品主要是針對典型的應答器市場,而不是WLAN 數(shù)據傳輸服務的。正如圖2中所描繪的,可以明確表示出具有精度高于1m的精確定位系統(tǒng)與不精確定位系統(tǒng)之間的技術障礙。對于眾多跟蹤,運輸以及導引應用來說,一個中等程度的精度就足夠了。然而,在許多領域,如自動化和控制應用中,精度要求則高得多。到目前為止,只有專利的寬帶微波系統(tǒng)可以具有這樣的精度。未來的超寬帶(UWBWLAN系統(tǒng)很有可能提供準確的局域定位信息。今天,已經存在若干

18、專利化的UWB局域定位系統(tǒng)17。然而,由于目前FCC UWB規(guī)范中嚴格的功率限制,主要還是短距離的解決方案比較可行。今天市場上功能最為強大的無線局域定位系統(tǒng)之一是由奧地利的ABATEC公司所開發(fā)的18。這個局域定位測量系統(tǒng)(LPM是為體育方面的應用而特別設計的。對于那些對成本要求不太敏感的應用,它所能提供的定位范圍大于500m,具有小于1 ms的高速的數(shù)據更新速度,精度可達到cm級。西門子開發(fā)的局域定位雷達(LPR系統(tǒng)具有類似的更新速度和精度。這個系統(tǒng)是最近投入開發(fā)的,可用于工業(yè)應用中如起重機和叉車的定位。這個系統(tǒng)設計的方針是將安裝,基礎設施和維護成本減到最小。下面將要詳細介紹LPR系統(tǒng)。RS

19、S-系統(tǒng)的例子- NCPS我們已經討論了RSS系統(tǒng)的基礎概念。本節(jié)將要介紹一個特別的RSS系統(tǒng),西門子神經元蜂窩定位系統(tǒng)(NCPS。這個系統(tǒng)通過使用現(xiàn)有的無線語音或數(shù)據基礎設施,避免使用另外的接收機來降低成本。移動手提裝置或無線局域網適配器已經定期地對無線電頻帶進行掃描,一旦接收到的功率降低到某個門檻值以下時,便開始切換。接收機要使用這個測量數(shù)據并不需要另外的硬件。只需簡單地將接收到的信號功率與基站識別代碼一同發(fā)送給中心位置計算引擎即可。 圖 7 一個配有無線局域定位系統(tǒng)來實時監(jiān)測每一臺機器，存貨以及運輸工具的位置的智能工廠的一個場景。 當用到幅值類型的量值來進行室內定位時，所需解 答器以及更

20、為復雜的雷達前置端。 這些變化可以將測量 決的主要問題是復雜的非線性場分布將簡單的接收功率 距離擴延到幾百米。 另外， 優(yōu)化的系統(tǒng)方案省略了任何 與距離的關系變成了一個復雜的映射問題。圖 3 便顯示 了這種情況。 場設置的復雜性是由神經元網絡的學習方法來解決 的。電磁場的實際分布是通過在已知位置處進行接收功 率的測量來得到的。這個分布數(shù)據存貯在中心服務器中， 作為位置計算引擎的輸入。在定位過程中，無線器件將 測得的功率發(fā)給每個基站，位置計算引擎隨后對相對于 每個基站的場強進行映射，從而給出實際測量得到的位 置。表 2 是總結的系統(tǒng)精度和參數(shù)。這個系統(tǒng)的特殊優(yōu) 點是可以與標準的通信系統(tǒng)嚴絲合縫地

21、集成在一起而無 需另外的硬件。 RTOF 的系統(tǒng)實例- LPR 正如前面所討論的，若干應用所要求的精度要達到幾個 cm，更新速度通常要小于 100ms。這種要求只能通過專 利化的微波系統(tǒng)如 LPR 才能達到。在這個 RTOF 系統(tǒng)中， 圖 8 采用局域定位雷達（LPR）測得的起重機的運行路 測量信號在應答器和基站之間的往返時間。LPR 的另一 線。 個特性是它有可能按照遠程-定位和自定位兩種方式來運 行。接下來，主要考慮如圖 4 所示的自定位運行方式。 基于頻率調制連續(xù)波（FMCW）雷達的原理，一個 移動的測量單元 B1 在其力所能及的范圍內同時測量它與 所有調制的有源反射器單元 T1Tn 之

22、間的距離。通過求 解一組來自測量的幾何結構和所測得的距離的三角函數(shù) 方程，便可以計算出移動單元的位置。在圖 5 中對距離 原理進行了說明。首先，雷達單元發(fā)出一個頻率調制信 號。這個信號隨后被應答器通過一個特定的調制反射回 來，對接收到的經過雙程傳輸?shù)恼{制信號響應進行計算， 通過類似于 FMCW 雷達的方式便可得到距離。在文獻 19 發(fā)表前，已經發(fā)表了測量概念所包含的物理和技術。 圖 9 LPR 與參考系統(tǒng)的測量距離的誤差直方圖。對在軋 目前這個解決方案的不同之處僅在于不同調制類型的應 機房里正常工作的起重機進行了一千次的測量。 82 IEEE microwave magazine Decemb

23、er 2003 參考源 - 既不需要時鐘同步，也不需要參考單元。此外， 目前的這種解決方案具有完全實時的能力，更新速度可 以達到 1KHz。如果中心站同樣需要測量信息，可以與 LPR 并行使用一個標準的 WLAN 鏈接。表 3 總結了目前 這套系統(tǒng)的精度和性能。 應用 用戶定位和資產管理 基礎設施的管理對于智能化辦公室，醫(yī)院和其它許多應 用來說，是很感興趣的。像 NCPS 這種系統(tǒng)使用現(xiàn)有的 基礎設施，如無繩電話或 WLAN 系統(tǒng)，從而只產生很 低的系統(tǒng)和安裝費用。NCPS 有兩種不同的實施方案： 第一種是鑲嵌進入西門子 HIPATH 的無繩電話系統(tǒng)中， 第 二 種 是 使 用 無 線 局 域

24、 網 WLAN802.11b 和 WLAN802.11g。另外，所需覆蓋的區(qū)域通常是由系統(tǒng)本 身來實現(xiàn)的，避免了額外安裝。 一個典型的應用是在辦公大樓內對資產進行定位。 例如，資產管理軟件發(fā)出了找尋彩色打印機的請求。定 位請求通過 WLAN 到達定位服務器。服務器在中央交 換機中通過使用一個標準的客戶應用協(xié)議（CAP）界面 與打印機的無線電話/傳真機單元取得聯(lián)系。信息在控制 單元和基站（BS）之間來回進行分程傳遞。無繩電話進 行前面所講的測量，并且將測量的功率數(shù)據發(fā)回到服務 器。服務器進行處理，計算位置的標準完整的坐標，最 后將打印機的位置交付給應用請求。 在一座辦公大樓內對 NCPS 系統(tǒng)進

25、行了測試。首先， 要得到一層樓的場分布，然后將無繩電話放在不同的位 置。圖 6 描繪了大樓樓層的結構并且顯示了所測量所得 到的位置。最后得到的精度為幾米，這對于大部分基礎 設施的定位應用來說已經足夠了。 圖 10 目前的擴增實境行人導引系統(tǒng)的實驗室裝置。 圖 11 在 AR 為基礎的跑道維護系統(tǒng)中，采用由移動的擴 增實境系統(tǒng)為維護小組自動導引。 智能工廠 智能工廠的整體思路是要知道每一臺機器，存貨和運輸 工具的位置。一般來說，需要跟蹤的物體有叉車，起重 機或維修工人。貨物的跟蹤是通過當其從運輸車輛上被 移走的時候發(fā)出一個精確的位置信息來實現(xiàn)的。圖 7 繪 出了一個典型的應用場景。 中心計算機所

26、能實施的完全的位置跟蹤具有以下幾 個令人振奮的新的特性： 對于生產過程中的位置和供應貨物的數(shù)量有一 個全面的了解 優(yōu)化物流 虛擬區(qū)域的確定（存儲區(qū)等） 運輸方式的操作限制 防止碰撞 圖 12 未來的手提式多媒體系統(tǒng)要求的是復雜的，高度 集成化的無線模塊。 December 2003 自然，這種應用要求一個較快的能跟上運輸工具速 度的數(shù)據更新速率。另外，位置測量的精度必需與被運 物品的物理尺寸相當或更好。 IEEE microwave magazine 83 這個新型的西門子 LPR 系統(tǒng)是為這些工業(yè)應用設計 的。一個成功實施的 LPR 系統(tǒng)是在鋼廠對室內龍門吊車 進行定位。這個建筑物是一個工業(yè)

27、大樓，有著金屬屋頂 和墻壁，50m 寬，1,000 m 長。應答器沿著墻壁安裝以 用作射頻界標。測量單元安裝在吊車上，使用前面所描 述的算法來計算自己的位置。位置數(shù)據隨后被發(fā)給中心 計算機，并且由堆料場管理系統(tǒng)進行處理。 現(xiàn)場操作的結果非常好。雖然環(huán)境條件惡劣，但最 大的不準確度低于±15cm。圖 8 顯示出一個測量的吊車 技術要求 跟蹤的范例。圖 9 是典型的位置誤差分布直方圖。在測 我們在這里已經介紹了若干個關鍵應用。其中最值得注 量現(xiàn)場，誤差是通過相對于一個參考測量系統(tǒng)來得到的， 意的是行人導引系統(tǒng)需要將應答器集成進入用戶的手提 并且所描繪的測量是在常規(guī)生產過程中獲取的。這個結

28、 裝置中，例如掌上電腦，或無線電話中。定位系統(tǒng)的小 果是很值得注意的，因為大樓的典型方均根延遲為幾百 型化是這些系統(tǒng)的突破關鍵。圖 12 通過一個未來可用 納秒。最大測量值甚至可達 1µs。 于定位的多媒體裝置，特別是將其與圖 10 所示的實驗 與堆料場管理系統(tǒng)的直接鏈接極大地改善了物流和 室的裝置相比來說明元件小型化這個基本要求。在標準 調貨時間。這種出色的性能說明該系統(tǒng)完全適合其它在 WLAN 平臺上實施一個精確的局域定位技術，如 LPR， 物流，自動化生產和監(jiān)管方面的應用。 可以被認為是在現(xiàn)有無線電系統(tǒng)上增加另外一個多模式 定位處理過程可以被集成進入一個自主的移動平臺上。 圖

29、10 是一個具有擴增實境功能的行人導引系統(tǒng)的原理 和樣機。該系統(tǒng)應用的一個范例是跑道維護，見圖 11。 傳統(tǒng)的用于坑洼這類地面缺陷的標識物要么很難看見， 要么會分散駕駛員的注意力。此外，由于跑道的尺寸和 不均勻性，這 些標識物很難 看到。采用擴 增實境和定位 相結合，一個 控制小組將路 面缺陷發(fā)送給 服務器。維修 小組便可以使 用移動的擴增 實境系統(tǒng)來將 他們導引到對 應的位置上， 這樣就避免了 純粹依靠地圖 映射導引所帶 圖 13 用于雙頻帶 802.11a/b/g 應用的高 度 集 成 化 的 前 置 端 模 塊 （ EPCOS 來的復雜性。 在 不 遠 24）。 的將來，無線 局域定位技

30、術必將成為大量有趣的新的擴增實境服務的 核心部分，而這又將為用戶提供對應于抽象數(shù)字信息的 自然直觀的界面。 擴增實境 無線定位系統(tǒng)是新型的基于用戶服務的一個關鍵技術。 在由西門子公司技術部，Linz 的 Johanne Kepler 大學， Linz 的 Ars 電子未來實驗室聯(lián)合進行的西門子項目 INSTAR 中，對若干種應用進行了研究。其中的一個特 別有趣的領域是行人導引。一個個人數(shù)字助手（PDA） 被用作基本計算平臺，顯示出放大的場景。一個照相機 和一個慣性傳感器牢牢地附著在 PDA 上，這可使得照 相機的方向和其顯示可以可靠地測量出來。最后，必須 要提供一個定位模塊。對于室外情況來說，

31、可用 GPS 接 收機，而在室內則要使用 NCPS 或 LPR 系統(tǒng)。實際的導 引處理，即線路計算和地圖映射是通過無線局域網連接 到一個遠程服務上進行的。在這種方式下，這個完整的 84 IEEE microwave magazine 和/或多頻帶特性。但是在今天，既沒有所需的超小型化 的 WLAN 卡，也沒有先進的集成化的多頻帶/多模式前 置端。相反，WLAN 卡還是相當大的（卡的形式類似于 PCMCIA 和小型的 PCI 卡），這是因為他們中間含有許 多分立元件和多個集成電路芯片。顯然，未來這些卡的 尺寸必須要縮小到記憶棒或快閃卡的尺寸。與已發(fā)生在 移動手提裝置中的趨勢相類似，未來的 WLA

32、N 要將前 置端模塊集成進來 20 。在半導體方面，目前的工作著 重在向高集成化多頻帶/多模式無線電方面發(fā)展21-23。 新型設計使用了單片無線電芯片再附以集成化的將所有 濾波和天線開關包含進來的射頻前置端模塊。低溫共燒 陶瓷（ LTCC ）技術注定是達到如此高集成度的關鍵， 這樣可以使得無線產品更簡單，更小，更便宜。WLAN 前置端集成的最新狀態(tài)發(fā)表在文獻24中。 EPCOS 首次 December 2003 定位是一個開放的和非常廣闊的領域。很清楚，無 線定位有潛力成為無線市場中下一個爆炸性的技術。在 下面幾年中，在這個極其吸引人的市場上，預計會出現(xiàn) 激烈的競爭。這個競爭所產生的深受歡迎的

33、結果是將會 出現(xiàn)許多強大的有吸引力的無線局域定位系統(tǒng)的解決方 案和服務。 參考文獻 1 J. Hightower and G. Borriello, “Locations systems for ubiquitous computing,” IEEE Computer, vol 34, pp. 5766, Aug. 2001. 2 C. Drane, M. Macnaughtan, and C. Scott, “Positioning GSM telephones,” IEEE Commun. Mag., vol. 36, pp. 4659, Apr. 1998. 3 J. Latvala,

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