無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 第07章 定位技術(shù)資料

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(jsh)講義第七章、定位(dngwi)技術(shù)共六十頁內(nèi)容提要(ni rn t yo)WSN定位概述 基于測距（range-based）的定位技術(shù) 無需測距（range-free）的定位技術(shù) 定位相關(guān)的其它技術(shù) 典型定位系統(tǒng) 展望(zhnwng)主要參考文獻共六十頁內(nèi)容提要(ni rn t yo)WSN定位概述 基于測距（range-based）的定位技術(shù) 無需測距（range-free）的定位技術(shù) 定位相關(guān)的其它(qt)技術(shù) 典型定位系統(tǒng) 展望主要參考文獻共六十頁1. WSN定位(dngwi)概述 什么是定位(dngwi)？定位的應(yīng)用領(lǐng)域定位的技術(shù)指標(biāo) 定位系統(tǒng)的設(shè)計要點 定

2、位服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化 共六十頁1. WSN定位(dngwi)概述-什么是定位？ 定位就是確定位置。定位的兩種意義：一種是確定及自己的在系統(tǒng)中的位置；一種是系統(tǒng)確定目標(biāo)在系統(tǒng)中的位置。位置信息的類型：物理位置指目標(biāo)在特定坐標(biāo)系下的位置數(shù)值，表示(biosh)目標(biāo)的相對或者絕對位置。符號位置指在目標(biāo)與一個基站或者多個基站接近程度的信息，表示目標(biāo)與基站之間的連通關(guān)系，提供目標(biāo)大致的所在范圍。共六十頁1. WSN定位(dngwi)概述-定位的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ш剑毫私庖苿游矬w在坐標(biāo)系中的位置，指導(dǎo)移動物體成功到達(dod)目的地的工作 跟蹤：系統(tǒng)實時地了解物體所處位置和移動的軌跡 虛擬現(xiàn)實：定位物體的位置和方向 網(wǎng)

3、絡(luò)路由：優(yōu)化的路由可以提高系統(tǒng)性能、安全性，節(jié)省寶貴的電能 基于位置的服務(wù)（LBS, Location Based Service） ：新的增值服務(wù) 共六十頁1. WSN定位(dngwi)概述-定位的技術(shù)指標(biāo)(1) 最重要的指標(biāo)，指定位系統(tǒng)提供的位置信息的精確(jngqu)程度。 絕對精度指以長度為單位度量的精度。相對精度，通常以節(jié)點之間距離的百分比來定義。覆蓋范圍是另一個重要指標(biāo)，它和精度是一對矛盾。精度覆蓋范圍超聲波分米級十多米Wi-Fi和藍牙3米100米GSM系統(tǒng)100米公里級共六十頁1. WSN定位(dngwi)概述-定位的技術(shù)指標(biāo)(2) 刷新速度是提供位置信息(xnx)的頻率。比如G

4、PS每秒鐘刷新1次 WSN相關(guān)的指標(biāo)功耗，WSN是功耗受限制的帶寬，協(xié)議棧開銷+數(shù)據(jù)的有效載荷 節(jié)點密度，節(jié)點密度要求越高，單次定位的通信開銷越大，消耗的電能越多。 共六十頁1. WSN定位概述-定位系統(tǒng)的設(shè)計(shj)要點兩個主要因素：定位機制的物理(wl)特性相應(yīng)的算法其他設(shè)計要求：節(jié)點密度擴展性魯棒性的要求 共六十頁1. WSN定位(dngwi)概述-定位服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化定位系統(tǒng)往往是訂制系統(tǒng)，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)GPS系統(tǒng)，事實標(biāo)準(zhǔn)E-911，1996年美國聯(lián)邦通信委員會（FCC） 制定的運營商（緊急(jnj)救援）服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)共六十頁WSN定位(dngwi)概述 基于測距（range-based）

5、的定位技術(shù) 無需測距（range-free）的定位技術(shù) 定位相關(guān)的其它技術(shù) 典型定位系統(tǒng)展望主要參考文獻內(nèi)容提要(ni rn t yo)共六十頁2. 基于(jy)測距（range-based）的定位技術(shù) 三邊定位和多邊定位 信號強度（RSS） 信號傳播時間/時間差（TOA/TDOA/RTOF） 接收(jishu)信號相位（PDOA） 近場電磁測距（NFER） 接收信號角度定位 共六十頁2. 基于測距的定位技術(shù)-三邊(sn bin)定位和多邊定位 多邊定位Multilateration多次測量方程(fngchng)的個數(shù)大于變量的個數(shù) 估計方法：最小二乘（LS，Least Square）極大似然

6、（MLE, Maximum Likelihood Estimation）最小均方差（MMSE, Minimum Mean Square Error） 共六十頁2. 基于測距的定位技術(shù)(jsh)-三邊定位和多邊定位 三邊定位Trilateration（多邊定位特例(tl)）多次測量方程的個數(shù)等于變量的個數(shù) 需要考慮無解的情況，求最優(yōu)近似解共六十頁2. 基于(jy)測距的定位技術(shù)-三邊定位和多邊定位 信號強度（RSS ）通過信號在傳播中的衰減來估計節(jié)點之間的距離根據(jù)信道模型求解(qi ji)距離：信道的時變特性：信道由于受到多徑衰減（Multi-path Fading）非視距阻擋（Non-of-S

7、ight Blockage）的影響 共六十頁2. 基于測距的定位(dngwi)技術(shù)-三邊定位和多邊定位 信號傳播(chunb)時間/時間差（TOA/TDOA/RTOF）TOATDOARTOF共六十頁2. 基于測距的定位(dngwi)技術(shù)-三邊定位和多邊定位 接收信號相位（PDOA）通過測相位差，求出信號往返的傳播時間，計算出往返距離 其中，fc是信號頻率，是信號的波長，是發(fā)送信號和反射信號的相位差。由上式可知d的范圍(fnwi)是0, 。不同的距離如果相差倍，則測量獲得的相位相同。共六十頁2. 基于測距的定位技術(shù)-三邊(sn bin)定位和多邊定位 近場電磁測距（NFER）利用了在近場電場與磁

8、場的相位差來測量距離。射頻(sh pn)信號包括電場和磁場2部分。近場電磁測距方法的測距范圍0.05 0.5 之間，最佳測量范圍0.08 0.3 之間。共六十頁2. 基于測距的定位技術(shù)-接收(jishu)信號角度定位利用角度關(guān)系(gun x)定位已知一個頂點和夾角的射線確定一點 已知三點和三個夾角確定一點 共六十頁WSN定位概述 基于(jy)測距（range-based）的定位技術(shù) 無需測距（range-free）的定位技術(shù) 定位相關(guān)的其它技術(shù) 典型定位系統(tǒng)展望主要參考文獻內(nèi)容提要(ni rn t yo)共六十頁3. 無需(wx)測距（range-free）的定位技術(shù)質(zhì)心算法(sun f) D

9、V-Hop算法 不定形（Amorphous）定位算法 APIT算法 共六十頁3. 無需測距的定位技術(shù)(jsh)-質(zhì)心算法 質(zhì)心（Centroid）指多邊形的幾何中心，是多邊形頂點坐標(biāo)的平均值。設(shè)多邊形定點位置的向量表示為 pi=（xi, yi）T，則質(zhì)心為連通度和RSSI信息的質(zhì)心定位(dngwi)加權(quán)算法（W-Centroid） 共六十頁L3AL1L23. 無需測距的定位技術(shù)(jsh)- DV-Hop算法 測量確定分布在2個參考節(jié)點之間的待定節(jié)點構(gòu)成(guchng)的多跳網(wǎng)絡(luò)的跳數(shù)，估算出每一跳的距離，從而確定每個節(jié)點的位置。 精度：網(wǎng)絡(luò)平均連通度為10，參考節(jié)點比例為10%的各向同性網(wǎng)絡(luò)中

10、定位精度約為33%。缺點：僅僅在各向同性的密集網(wǎng)絡(luò)中，校正值才能合理地估算平均每跳距離。共六十頁3. 無需(wx)測距的定位技術(shù)-不定形定位算法 在不定形計算機（Amorphous Computer）上實現(xiàn)的定位算法。 不定形計算機是一種并行計算結(jié)構(gòu)，和智能群（蟻群、鳥群、粒子群等）很相似。本質(zhì)上，不定形算法是DV-Hop算法的增強，引入了多參考點測量進行估計求精的步驟。兩個重要的參數(shù)修正：不定形算法通過平滑（smoothing）修正節(jié)點到參考節(jié)點的梯度跳數(shù)。采用通信半徑作為每跳距離(jl)，使得節(jié)點到參考節(jié)點的最終估計距離(jl)偏大。不定形算法采用下面的公式來修正每跳距離(jl)： 共六十

11、頁3. 無需測距的定位技術(shù)(jsh)- APIT算法 近似三角形內(nèi)點測試法（APIT, Approximate Point-In-Triangulation test）找到若干個由參考(cnko)節(jié)點構(gòu)成的三角形，則節(jié)點必然在這些三角形的交集內(nèi)。使用這個交集的重心估計節(jié)點的位置。 APIT算法分四步：（1）信標(biāo)交換，（2）三角形內(nèi)點測試（PIT, Point-In-Triangulation testing），（3） 交集運算計算三角形的重合區(qū)域，（4）重心（COG, Center of Gravity）計算求節(jié)點的位置。 共六十頁WSN定位概述 基于測距（range-based）的定位技術(shù)

12、無需測距（range-free）的定位技術(shù) 定位相關(guān)的其它技術(shù) 典型(dinxng)定位系統(tǒng)展望主要參考文獻內(nèi)容提要(ni rn t yo)共六十頁4. 定位(dngwi)相關(guān)的其它技術(shù)節(jié)點和事件的跟蹤 測距方式對精度的影響(yngxing) 貝葉斯濾波卡爾曼濾波其它技術(shù)共六十頁4. 定位相關(guān)的其它技術(shù)-節(jié)點和事件(shjin)的跟蹤 定位是跟蹤的技術(shù)基礎(chǔ)跟蹤是WSN的重要應(yīng)用 目標(biāo)或現(xiàn)象的檢測、定位、數(shù)據(jù)收集與分享、以及預(yù)測和組管理。 對移動的目標(biāo)或者事件進行動態(tài)的監(jiān)測 目標(biāo)：讓盡可能少的、足夠的節(jié)點參與跟蹤任務(wù)，最大可能地降低電能的消耗和信道(xn do)的開銷方案：協(xié)同信號與信息處理(C

13、SIP, collaborative signal and information processing) 共六十頁4. 定位(dngwi)相關(guān)的其它技術(shù)-測距方式對精度的影響 Radio（VHF、UWB、CDMA、光、紅外光） 一米的壁壘(bli)：更高的精度非常困難共六十頁4. 定位相關(guān)(xinggun)的其它技術(shù)-測距方式對精度的影響 聲音（聲波、超聲波）超聲波的傳播速度約300m/s，設(shè)TDOA達到的時鐘(shzhng)精度為1ms，則測距精度30cm。1ms的時鐘精度是很低的，經(jīng)過優(yōu)化的時間同步方案可以提供幾十微秒的精度。那么使用超聲波測距的方法可以達到1cm的精度。 超聲波的傳播速

14、度受到環(huán)境的影響，同時傳播距離在幾米到幾十米的范圍。由于聲波接收的方向性，需要小心的部署。共六十頁4. 定位(dngwi)相關(guān)的其它技術(shù)-貝葉斯濾波濾波可以看作是根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，推斷系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)(zhungti)的過程。順序估計就是通過后驗密度（Posterior Density）給定了濾波密度就可以通過估計子計算系統(tǒng)的狀態(tài)。估計子有很多種，最常用的是均值估計子：實際應(yīng)用：順序蒙特卡羅（SMC, sequential Monte Carlo）和馬爾可夫蒙特卡羅（MCMC, Markov Chain Monte Carlo）的基本原理。 共六十頁4. 定位(dngwi)相關(guān)的其它技術(shù)-卡爾曼濾波卡

15、爾曼濾波：貝葉斯濾波的特例 要求：線性系統(tǒng)，高斯噪聲 非線性非高斯系統(tǒng)：擴展卡爾曼濾波線性化運動方程和觀測方程Jacobian矩陣計算協(xié)方差 非察覺型卡爾曼濾波器（Unscented Kalman filter） 更加精確的捕捉真實的均值(jn zh)和方差的方法 使用一個確定的采樣技術(shù)選取均值附近的采樣點的最小集合（Sigma Points, SP） 共六十頁4. 定位(dngwi)相關(guān)的其它技術(shù)-其它技術(shù)模式匹配數(shù)據(jù)(shj)融合等算法 數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)庫多媒體技術(shù) 以RADAR系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)采用RSS方式進行實時定位，定位主要分成兩個階段：（1） 離線階段測量并記錄移動節(jié)點在現(xiàn)場不同位置情

16、況下各個參考節(jié)點的RSS，構(gòu)成RSS指紋庫（footprint）；（2） 實時階段將收到的信號強度與指紋庫中的數(shù)據(jù)進行比較，估計出節(jié)點位置。 共六十頁WSN定位(dngwi)概述 基于測距（range-based）的定位技術(shù) 無需測距（range-free）的定位技術(shù) 定位相關(guān)的其它技術(shù) 典型定位系統(tǒng)展望 主要參考文獻內(nèi)容提要(ni rn t yo)共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)全球(qunqi)和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng) 全球?qū)Ш较到y(tǒng) 地區(qū)導(dǎo)航系統(tǒng) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用RSS方式定位的系統(tǒng)使用TOA/TDOA方式定位的系統(tǒng) 混合定位系統(tǒng)無需測距的定位系統(tǒng)共六十頁5. 典型(dinxng

17、)定位系統(tǒng)-全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng) 全球?qū)Ш较到y(tǒng)：全球范圍(fnwi)GPSGPS（Global Positioning System）二十世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 起初為了軍事目的。Galileo系統(tǒng)伽利略系統(tǒng)（GALILEO satellite radio navigation system）是歐洲自主的、獨立的全球多模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，提供高精度、高可靠性的定位服務(wù)，同時它實現(xiàn)完全非軍方控制、管理。 共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng) 全球?qū)Ш较到y(tǒng)：全球范圍(fnwi)GPSGPS使用24顆人造衛(wèi)星在離地面約2萬公里的高

18、空上，以12小時的周期環(huán)繞地球運行。在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的位置精確可知，通過4顆衛(wèi)星發(fā)出的信號，我們可得到衛(wèi)星到接收機的距離。GPS精度達到5m，專用車載GPS導(dǎo)航儀已經(jīng)廣泛使用于車輛導(dǎo)航等應(yīng)用領(lǐng)域。共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng) 全球?qū)Ш较到y(tǒng)：全球范圍Galileo系統(tǒng)伽利略系統(tǒng)是中高度圓軌道（MEO）方案，該系統(tǒng)將由30顆中高度圓軌道衛(wèi)星和2個地面(dmin)控制中心組成，其中27顆衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3顆為候補。衛(wèi)星高度為24126公里，位于3個傾角為56度的軌道平面內(nèi)。 伽利略系統(tǒng)可以分發(fā)實時的米級定位精度信息，這是現(xiàn)有

19、的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所沒有的。同時伽利略系統(tǒng)能夠保證在許多特殊情況下提供服務(wù)共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-全球和區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng) 地區(qū)導(dǎo)航系統(tǒng)：區(qū)域范圍LORAN系統(tǒng)LORAN（LOng RAnge Navigation）是一種地區(qū)導(dǎo)航系統(tǒng)。基站以一定的時間間隔發(fā)送低頻無線信號，船只、飛機等接收到多個信號基站的信號后，可以計算出自身所處的位置。LORAN系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷LORAN-A、LORAN-C、LORAN-D和LORAN-F，最為重要的是LORAN-C系統(tǒng)。LORAN-C是測量脈沖和測量相位相結(jié)合的雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)，工作頻段(pn dun)90110kHz，1957年開始建設(shè)，直到現(xiàn)在已經(jīng)

20、建成大量電臺鏈，覆蓋了北半球大部分地區(qū)。北斗北斗雙星定位系統(tǒng)是我國自行建立起來的一種區(qū)域性定位系統(tǒng)（RDSS）。2003年5月25日，我國成功發(fā)射了第三顆“北斗一號”導(dǎo)航定位衛(wèi)星，作為“北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)”的備份星，連同2000年10月31日和12月21日發(fā)射升空的兩顆“北斗一號”導(dǎo)航定位衛(wèi)星和一個地面中心站，形成了一個較為完善的“雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”。“雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”應(yīng)歸于“衛(wèi)星無線電定位服務(wù)”（RDSS）。共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用RSS方式定位的系統(tǒng)RADAR（1998）Microsoft的RADAR定位系統(tǒng)利用“指紋識別”技術(shù)(jsh)進行定

21、位，解決WLAN中定位移動計算設(shè)備的問題。SpotON（1999） 共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用RSS方式定位的系統(tǒng)RADAR（1998）通過對特定環(huán)境下的RF信號衰落特征值進行處理實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)處理處理分成2個階段：離線階段（office-line phase）和實時階段（real-time phase）。離線階段記錄目標(biāo)節(jié)點的位置所對應(yīng)3個基站的信號信息，生成(shn chn)以位置為變量的信號信息函數(shù)。實時階段在采集3個基站的信號信息，根據(jù)信號信息函數(shù)求解位置。共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用RSS方式(fng

22、sh)定位的系統(tǒng)SpotON（1999）SpotOn標(biāo)簽的硬件由Dragonball EZ處理器、在916.5MHz的TR1000射頻收發(fā)器和10-bit A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。該系統(tǒng)基于射頻接收信號強度（RSS）分析的三維位置感知方法，實現(xiàn)小范圍內(nèi)的定位。 共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用TOA/TDOA方式定位(dngwi)的系統(tǒng)Bat System（1999）Cricket（2000） 共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)使用TOA/TDOA方式(fngsh)定位的系統(tǒng)Bat System（1999）Cricket（2000

23、） 室內(nèi)定位系統(tǒng)Badge系統(tǒng)是Active Badge的后繼發(fā)展，是一種基于測距（range-based）的定位技術(shù)。如圖 719，該系統(tǒng)使用超聲波信號的TOA實現(xiàn)三維空間定位，使用多邊定位方法提高精度。Bat系統(tǒng)的定位精度最高達到3cm。 MIT提出了一種融合TDOA和信號到達相位差的硬件解決方案Cricket Compass，其原型系統(tǒng)可在40角內(nèi)以5的誤差確定接收信號方向。Cricket系統(tǒng)是麻省理工學(xué)院的Oxygen項目的一部分，用來確定移動或靜止節(jié)點在大樓內(nèi)的具體所在房間位置。該定位系統(tǒng)利用射頻信號與超聲波信號到達時間間隔和各自的傳播速度，計算出未知位置節(jié)點到已知位置節(jié)點的距離。共

24、六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)混合(hnh)定位系統(tǒng)CalamariAHLoS（Ad Hoc Localization System）（2001）兩個系統(tǒng)本質(zhì)上都是cell-based方式定位的系統(tǒng) 共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)混合(hnh)定位系統(tǒng)CalamariCalamar采用超聲波傳播時間（TOA）和接收電信號強度（RSS）方式定位。使用超聲波的測距，將49個節(jié)點部署在144 平方米的范圍。定位中等誤差0.53m。使用RSS，系統(tǒng)分別在半個足球場，定位中等誤差4.1m。 共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-

25、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)混合定位系統(tǒng)AHLoS（Ad Hoc Localization System）（2001）AHLoS使用(shyng)RSS進行接近情況探測，同時使用RF和超聲波的收發(fā)時間進行TDOA測量。AHLoS系統(tǒng)中使用3種多邊定位算法：原子式（atom multilateration）、協(xié)作式（collaborative multilateration）和迭代式（iterative multilateration）。原子式多邊定位就是普通的最大似然估計定位。 共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)無需測距的定位系統(tǒng) Active Badge（1992）

26、 每一個目標(biāo)上安裝一個badge。每個badge周期地每15秒鐘，紅外線發(fā)送大約持續(xù)0.1秒的唯一ID號。已知位置的參考節(jié)點收到這些信號，傳送到網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)知道當(dāng)前某個badge在哪一個cell附近。Active Badge系統(tǒng)的缺點是部署大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)困難，同時，紅外線容易受到光線的干擾，尤其是在戶外。因此(ync)，Active Badge是一個室內(nèi)的基于蜂窩單元（cell-based）的定位系統(tǒng)。共六十頁5. 典型(dinxng)定位系統(tǒng)-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)無需測距的定位系統(tǒng) UC Berkeley（2006）使用(shyng)Trio傳感器節(jié)點 多傳感器融合算法，使用空間相關(guān)性，融合后的

27、二進制測量值提供更加精細的位置信息。融合后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的馬爾可夫-蒙特卡羅算法（Markov chain Monte Carlo Data Association - MCMCDA） 跟蹤未知個數(shù)的目標(biāo)。 共六十頁WSN定位概述 基于測距（range-based）的定位技術(shù) 無需測距（range-free）的定位技術(shù) 定位相關(guān)的其它技術(shù) 典型定位系統(tǒng) 展望(zhnwng)主要參考文獻內(nèi)容提要(ni rn t yo)共六十頁6. 展望(zhnwng)UWB定位(dngwi) Nanotron CSS定位 共六十頁6. 展望(zhnwng)-UWB定位 隨著通信技術(shù)，特別是物理層的發(fā)展，UW

28、B（Ultra Wide Band，超寬帶）可能成為下一個廣泛使用的技術(shù)。UWB具有一系列優(yōu)良獨特的技術(shù)特性，是一種極具競爭力的短距無線傳輸技術(shù)。UWB不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。UWB適用于高速、近距離的無線個人通信。按照FCC的規(guī)定，從3.1GHz到10.6GHz之間的7.5GHz的帶寬頻率為UWB所使用的頻率范圍。UWB解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、被截獲的可能性低、系統(tǒng)復(fù)雜度低、厘米(l m)級的定位精度等優(yōu)點。雖然UWB有厘米級的定位精度，但是UWB的通信范圍僅有幾

29、米，對于很多定位和跟蹤應(yīng)用，幾米的范圍顯然太小了。 共六十頁6. 展望(zhnwng)-Nanotron CSS定位 2006年10月最終確定為德國Nanotron公司的CSS提案為IEEE 802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)，淘汰了UWB方案。CSS（Chirp Spread Spectrum）工作于ISM 2.4GHz。用于電池供電和中等速率應(yīng)用場合，提供可靠的傳輸。CSS是啁啾脈沖的MDMA （Multi Dimensional Multiple Access）調(diào)制技術(shù)的首次實現(xiàn)。MDMA調(diào)制技術(shù)基于啁啾脈沖的調(diào)制技術(shù)，與海豚、蝙蝠定位原理相似，具有魯棒性，電路簡單的特點，因此，可以(ky)增加電池

30、使用時間和降低成本。數(shù)據(jù)速率可以(ky)根據(jù)應(yīng)用需要調(diào)整，最優(yōu)化使用信道。共六十頁6. 展望(zhnwng)-Nanotron CSS定位CSS提供中等帶寬（1 to 2 Mbps）、低功耗，高距離。當(dāng)chirp pulse的持續(xù)時間固定為1s，數(shù)據(jù)率達到(d do)2Mbps。 CSS還考慮到定位需求，提供SDS-TWR （Symmetrical Double-Sided Two Way Ranging）測距服務(wù)，以TOA的方式測距、定位，用于確定使用CSS調(diào)制方式通信的兩個無線設(shè)備直接距離的方法，使用了相當(dāng)復(fù)雜的算法。CSS的最大通信范圍是室內(nèi)環(huán)境60米的、戶外環(huán)境900米。這是一個相當(dāng)大

31、的覆蓋范圍，提供幾十厘米的精度。就目前技術(shù)而言，這種定位技術(shù)方案相對于基于Wi-Fi和超聲波技術(shù)的定位系統(tǒng)有一定應(yīng)用范圍內(nèi)的優(yōu)勢。共六十頁主要(zhyo)參考文獻1 S. S. Wang, M. Green, and M. Malkawa, “E-911 Location Standards and Location Commercial Services,” Proceedings of IEEE Emerging Technologies Symposium on Broadband, Wireless Internet Access, April 2000.2 N.B. Priyanth

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