物聯(lián)網(wǎng)時代下的室內(nèi)定位技術(shù)解析

在物聯(lián)網(wǎng)背景下無線定位技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。提到定位技術(shù)，人們首先想到的是傳統(tǒng)的GPS，比如開車出去旅游，到陌生的地方拜訪客戶用到的都是GPS。除了室外定位技術(shù)，還有很多的室內(nèi)技術(shù)，目前主流的室內(nèi)定位技術(shù)包括wifi，BLE，Zigbee，UWB，RFID等技術(shù)。根據(jù)應(yīng)用場景的不同，可以采用不同的定位技術(shù)，以滿足客戶的需求。

基于信號強度

目前的主流定位技術(shù)，主要是采用信號強度的方式，或再組合上其他的技術(shù)。因為射頻收到多徑傳輸?shù)挠绊?，?dāng)被定位的設(shè)備位置變動時，即使是一個輕微的移動，也可能導(dǎo)致信號強度發(fā)生 10dBm 的變化，必須結(jié)合上其他的定位技術(shù)，才能取得比較好的精度。? ?? ?

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WiFi

Wi-Fi為WLAN的標(biāo)準(zhǔn)化組織，其設(shè)備均遵循802.11協(xié)議，從1999年發(fā)展已經(jīng)有好幾代，從802.11，802.11B，802.11A/G，802.11N，802.11AC，其傳輸速率也越來越高，從最早的2Mbps 到現(xiàn)在的Gbps，Wi-Fi逐漸被廣大用戶所接受。現(xiàn)在所有的智能手機都集成了WiFi 的射頻，所以，推廣基于WiFi 的LBS，已經(jīng)逐步給各大廠商看中。Wi-Fi 定位除了商業(yè)場景的定位之外，其實，可以逐步把Wi-Fi 定位當(dāng)成GPS 定位的重要補充，通過收集全球Wi-Fi 設(shè)備的位置，實現(xiàn)在社區(qū)，乃至室內(nèi)的較精確定位，可以精準(zhǔn)判斷出所在的樓乃至精確到那個單元。

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優(yōu)點：

廣泛普及，所有智能終端中都有Wi-Fi，普及程度和GPS 類似；

有一定的廣域性；

定位精度滿足部分商業(yè)場景的應(yīng)用。

缺點：

定位精度不高，受多徑的影響大，很難在工業(yè)環(huán)境中使用；

功耗高。

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BLE

BLE（Bluetooth Low Energy）是藍牙協(xié)議的在一個子協(xié)議，也稱為低功耗藍牙。低能耗藍牙 (BLE)技術(shù)是低成本、短距離、可互操作的魯棒性無線技術(shù)，工作在免許可的2.4GHz ISM射頻頻段。它從一開始就設(shè)計為超低功耗(ULP)無線技術(shù)。它利用許多智能手段最大限度地降低功耗。

藍牙定位有兩種模式可以選擇，一種是終端定位的方式，終端可以測量其所在處的接收信號強度（RSSI），以此估算與信標(biāo)間的距離。因此，只要終端附近有三個或以上信標(biāo)，就可以用三邊定位方法計算出終端的位置，最典型的是手機作為終端。另外一種定位方式通過后臺定位，終端發(fā)送beacon 信號，藍牙網(wǎng)關(guān)將收到Beacon的信號強度或達到角度通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器，服務(wù)器進行位置計算。

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優(yōu)勢：

功耗低，一般用電池供電的Beacon 可以工作兩年左右；

終端多，所有的手機都支持BLE；

缺點：

采用信號強度/RSSI 定位的精度不夠。

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Zigbee

ZigBee 是基于 IEEE802.15.4? 標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、高數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。采用 Zigbee? 定位，最大的優(yōu)勢是其功耗低，另外，Zigbee? 支持自組網(wǎng)，其傳輸通道更為簡單。在國內(nèi)，用 Zigbee? 的方式，廣泛應(yīng)用于煤礦定位、監(jiān)獄人員定位等。

Zigbee定位主要還是信號強度RSSI 定位的方法，其定位精度一般比較低，在10米左右，國內(nèi)早期比較多采用ZigBee 進行定位，并且用ZigBee 通過Mesh 方式傳輸?shù)胶笈_，但ZigBee 的頻寬一般只有500Kbps，其數(shù)據(jù)通道局限性比較大，導(dǎo)致系統(tǒng)的容量無法上去。

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優(yōu)點：

低功耗；

自組網(wǎng)，工作距離遠，部分基站可以采用電池供電，簡化了系統(tǒng)安裝；

缺點：

系統(tǒng)容量低；

定位精度不高。

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UWB

UWB(Ultra Wideband)是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。脈沖無線電（IR-UWB）是傳統(tǒng)的超寬帶技術(shù)，它利用頻帶極寬的超短脈沖進行通信，通常又稱為基帶、無載波或脈沖系統(tǒng)。這種方案中，發(fā)射機產(chǎn)生基帶窄脈沖序列，并通過脈沖位置調(diào)制(PPM )或脈沖幅度調(diào)制(PAM)等調(diào)制方式攜帶信息，基帶窄脈沖序列通過跳時（TH）擴頻碼選擇時隙后直接發(fā)送到空中，而無需對載波進行調(diào)制。TH-UWB方案與傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)相比，系統(tǒng)收發(fā)機結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)功耗小，成本低，具有良好的定位功能。

UWB能準(zhǔn)確分辨出多徑，并且其時鐘精度非常高，達到納秒級，在定位測距中，可以達到分米級的定位精度。

UWB 定位技術(shù)可以支持基于測距(ToF)的定位，達到時間差（TDoA）定位，到到角度（AoA）的定位方式，其定位精度比較高，可以根據(jù)應(yīng)用場景對其精度進行優(yōu)化，最高可以達到厘米級的定位精度。

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優(yōu)點：

定位精度高，常規(guī)為30cm 左右精度，最高可以達到厘米級精度；

環(huán)境適應(yīng)性好，不需要類似指紋技術(shù)一樣，重新對環(huán)境校準(zhǔn)，可以根據(jù)需要選擇ToF，TDoA 或AoA 定位；

容量高，根據(jù)模式的不同，可以實現(xiàn)無限容量的的定位，類似GPS，采用常規(guī)TDoA 模式，在單區(qū)域也可以達到近4000Hz 的定位頻率；

功耗低，標(biāo)簽的工作時間可以達到數(shù)月，甚至數(shù)年。

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缺點：

成本較高，主要是因為普及程度不夠。

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