基于WLAN的移动终端无线定位技术研究

论文总字数：21784字

目 录

1.绪论 1

1.1 引言 1

1.2研究与应用现状 1

1.3本文主要研究的内容安排 2

2.WLAN中相关技术概述 3

2.1 WLAN的原理 3

2.2WLAN的组成和拓扑结构 3

2.3WLAN的主要协议标准简介 4

3.WLAN无线定位技术 5

3.1 WLAN无线定位技术原理 5

3.2 定位方法 5

3.3 几种WLAN定位方法对比 7

4. 基于位置指纹定位方法的研究 8

4.1位置指纹的必要性分析 8

4.2基于位置指纹的确定性方法 8

4.2.1传统确定性方法定位实现及问题 8

4.3基于位置指纹的概率法 10

4.4本章小结 16

5.基于位置指纹定位方法的性能分析 17

5.1基于位置指纹的确定性方法性能分析 17

5.1.1确定性方法各参数影响分析 17

5.1.2改进的确定性方法性能分析 19

5.2基于位置指纹的概率法性能 20

5.2.1改进的离散概率法性能分析 20

5.2.2改进的基于分布的概率法性能分析 21

5.3确定性方法与概率法的对比分析 23

6. 总结 25

参考文献： 26

致谢 27

基于WLAN的移动终端无线定位技术

陆嘉宇，20121334053

，China

Abstract：In recent years, the demand for location aware services in people's lives is increasing day by day, in which the high precision of indoor mobile terminal location is the core of LBS. Because of the wide range of WLAN distribution and widely used in the application of WLAN, it has become a hot research topic recently. WLAN indoor positioning in the location of fingerprint positioning to achieve low cost, less positioning error. Therefore, this paper is mainly about the research of location based fingerprint location method.

Based on location fingerprint positioning technology is divided into two stages: Modeling and real-time positioning. In the first stage, by measuring the environmental information, signal overlay, record the location fingerprint information, establish a fingerprint database; in the second stage, need client terminal position signal real-time sampling results in fingerprint database matching and positioning. In this paper, based on the two methods of location fingerprint: deterministic method and probability method, the problems in the positioning process are improved, respectively.

Key: WLAN，wireless location，fingerprint, probabilistic

1．绪论

1.1 引言

早在很久以前，定位技术就开始发展。传统的定位技术和导航是息息相关的，定位通常是指得到某物体在其所在参考坐标系中的位置，导航则是指对物体进行指引，给出路线，事物体一个位置移动到另一个位置的过程，在过程中需要用到精确的定位结果。

在20世纪60年代，国际上就开始了对无线定位技术的研究与应用，最早用于自动车辆定位(AVL)系统。随后在公共交通管理、物流管理、出租车管理、犯罪调查等范围内这项技术得到了应用。上世纪90年代以来，因为移动通信系统和智能交通运输系统(ITS)的迅速发展，大量的专家学者投入到这个领域的研究中来，是的无限定位技术在这一阶段得到了很好的进步。美国联邦通信委员会(FCC)于20世纪末对移动运营商提出了E-911 (Emergency call 911)定位服务的需求。要求表明，在2001年10月1日前，各种蜂窝网络必须能满足对发出E-911紧急呼叫的移动终端提供精度在125m以内的定位服务，而且响应概率应小于67%。2001年以后，系统的定位精度以及三维位置信必须变得更加良好。得益于该要求的颁布以及无限定位的越来越大市场需求，全球出现了无线定位技术的研究热潮，该技术得到井喷式的发展。

目前，无线定位一般分为三种方法:演算定位、信标定位和无线电定位。

1)推算定位是通过地图周围参考点进行匹配算法确定移动终端的位置，对移动中的目标连续定位的效果较好。

2)信标定位，计算和目标的位置最靠近的参考检测点（信标）来定位，受环境影响较小，定位精度不高。

3)无线电定位有两种，一种是卫星无线定位，另一种是地面无线定位。第一种利用GPS, GLONASS、北斗双星等卫星定位系统的多个卫星对目标进行三维定位;第二种则依靠无线电波从基站到终端的传播时间（TOA）、时间差(TDOA)、信号场强(RSS)、或入射角(AOA)等参数来确定移动终端的在发射机与接收机所在平面的位置。

常见的无线定位系统主要有四种。其中，基于卫星、基于传感器、基于公共移动通信系统的定位系统的研究开展得较早，他们的应用技术也相对成熟。然而近年来随着WLAN的迅速发展，以及人们对支持WLAN功能的移动终端（智能手机，平板，笔记本）的依赖，全球学者们开始了对基于WLAN的移动终端无线定位技术研究热潮。虽然无限定位不是WLAN被设计出来的最初目的，但他在室内定位这一方面已经取得了较大的成功。例如，博物馆内珍贵的物品的跟踪，确保其没有被盗走。不同的无线局域网类型，可以有不同的定位技术提供使用。无线局域网由于安装方便，对小范围特定区域中目标的定位特别适用。本文主要研究的即是基于位置指纹的WLAN无线定位技术。

1.2研究与应用现状

WLAN主要用于方便局域网内设备信息传输以及资源共享。而WLAN定位是最近几年才慢慢出现并发展起来的，它的原理与无线广域网定位基本类似。为了促进WLAN应用的发展，可以将WLAN定位于WLAN的其他应用方式结合起来，取得更好的效果。

无线局域网因为气对不同场合的极佳适应性（比如大型超市，办公大厦，医院，飞机场，博物馆），十分适合室内定位和追踪。WLAN定位的应用面十分宽广:技术方面，在网络规划，负载平衡中将用户位置与用户文件结合用户位置结合，将最的用户信息采集到;商业方面，能够根据用户终端所在位置，提供相关的广告和服务;军事方面，对士兵和武器装备的定位，可以方便管理和训练。对于WLAN定位市场发展前景，国内外各行各业都对其寄以重望，目前，美国New bury Networks公司、日本日立公司、芬兰EKAHAU公司等都已研究开发出了应用WLAN定位技术的产品。

无线定位技术在E-911定位要求颁布以后，被各地的学者进行了深入的研究。在与IEEE相关的一些期刊和会议上出现了很多的研究文献，大量的发明专利和以无线定位为主要业务的公司也如雨后春笋般涌现了出来。到今年为止，这些定位方法研究的主要内容能够有定位算法，数据的采集(如到达时间/到达时间差检测技术)，减弱非视距(NLOS)传播、多径效应和多址干扰对接受信息的影响，数据融合技术等内容。

1.3本文主要研究的内容安排

本文以基于位置指纹的WLAN定位技术为研究对象，通过先理论分析，再仿真测试，最后对结果分析的方法，研究了基于位置指纹定位的算法。对位置指纹的确定性方法和概率法这两种方法进行了分析和研究，对算法进行改良创新。试图解决两种方法中存在的一些缺陷了。接着对实际测试数据的仿真分析，得到两种方法及其改进方法的性能对比。为将来的位置指纹定位选择提供方法。

本文的篇章结构如下:

第二章对WLAN进行了概述。主要内容包括WLAN的原理、组成和拓扑结构，目前WLAN中的一些主要协议标准。

第三章介绍WLAN室内定位的基本原理。列举目前主要的WLAN室内定位技术方法。对几个方法进行性能分析，找出位置指纹定位与其他方法相比较优势和劣势。通过分析，得到位置指纹定位的研究意义。

第四章对基于位置指纹的定位方法进行了详细研究。分析了在WLAN室内定位的几种方法中，位置指纹定位的必要性。然后分析确定性方法的原理以及其存在的缺陷，给出改进方案；在分析概率法的原理及其缺陷，提出改进算法。

第五章对第四章研究的算法进行仿真分析。通过仿真结果，对两种方法中各个参数的影响进行分析。对两种方法改进前后的性能进行比较，分析改进的效果。最后对确定性方法和概率法在不同环境下的定位效果对比，给出以后在方法选择上的建议

2．WLAN概述

2.1 WLAN的原理

无线局域网(Wireless Local Area Networks, WLAN)是为了方便数据传输，将无线通信技术运用到现代计算机网络的一种系统。它是在局部区域内用无线电波或者红外线作为传输媒介进行通信的无线网络。

WLAN系统有两个组成部分,分别是无线网络适配器、转发器。国际标准IEEE802.11决定了WLAN中存在物理层和MAC子层。其中使用最多的是扩频通信技术,ISM开放频段是他的主要工作频段,而且这项技术不会受到授权的限制。其扩频通信技术的主要特征是使用速率远远高于信息发送速率的伪随机码，从而扩展基带信号的频谱,形成低功率密度信号来发射。扩频通信技术的相对于其他的技术来说有着许多的优势，比如抗干扰性强,隐蔽性强,易于实现码分多址、抗多径干扰等。直接序列扩频(DSSS)以及跳频扩频(FHSS)是实现通信的扩频的最基本的两种工作方式。

直接序列扩频是选择的扩频序列拥有的码率较高,相同网络中的用户使用相同的扩频码。利用调制方式，使得发射信号的频谱得到扩展;在信号的接收端，因为网络组中用户拥有扩发射的扩频码序列，所以可以直接解码，得到原始的信息。标准规定的信道带宽为22MHZ，频率2.4GHz，数量为14。

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