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閑說無線定位技術

發布時間:2019/1/30 0:00:00 瀏覽次數:1744

     在浩瀚的歷史長河中,古人不停地追尋北斗的方向,尋覓茫茫大海的歸途。在有限的近代史中,呈現出無限的樂趣,無線技術風起云涌,爭奇斗艷。你方唱罷,我登場,各領風騷數十年,其中佼佼者分別為WIFI\BLUE\ZIGBEE\UWB。 

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     一、 WIFI:美女影星的鋼琴

     ◆WiFi不得不提起一個女人海蒂拉瑪,她真是個奇女子。年少的她迷上了表演,不辭萬里到柏林學習表演,樣貌標志的她,很快就在好萊塢立足,但成也美貌,敗也美貌。她始終活在赫本的陰影下。有人可能會問這跟WiFi有什么關系?其實在海蒂拉瑪沒有學習表演前,她是學習通信專業的。她的第一任丈夫是個軍火商,在那時汲取很多關于通信的知識,她在二戰期間通過鋼琴的啟發,提出了一個概念:通過讓無線電信號跳頻讓無限電制導的魚雷不受干擾,并取得專利。1940年,海蒂·拉瑪與他人一同發明了能夠抵擋電波干擾的軍事通訊系統,它就是“擴頻通訊技術”,也就是CDMA的前身,成了世上首個獲“發明界奧斯卡”獎的女科學家。被廣泛用于今天的手機、衛星通訊和無線互聯網,她因而被后世尊為“CDMA之母”和“WiFi之母”!后來人們通過這個發明手機,WiFi等技術,電信巨頭高通也因為這個概念發家。而然她和數學家圖靈一樣,他們的思想都太多超越,并不當時人們所理解,郁郁而終。


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     把WiFi變為現實的是沙利文,在1990年,澳大利亞科學與工業研究所的射電天文學家沙利文和他的同伴在研究一個課題,如何在一個密閉的空間里,讓無線網絡的信號傳輸,和有線網絡的信號傳輸一樣快捷穩定。WiFi就這樣誕生,由于這是澳大利亞政府出資,所以政府擁有專利權,我們日常生活只要用得上WiFi的產品都得交專利費。作為21世紀最偉大的發明之一,WiFi也讓澳大利亞政府掙盆滿缽滿。沙利文也被澳大利亞人稱為WiFi之父。


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     ◆WiFi(Wireless Fidelity),是一種可以將個人電腦、手持設備(如PDA、手機)等終端以無線方式互相連接的技術。WiFi是一個無線網路通信技術的品牌,由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)所持有,目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。WiFi信號最初并不是為定位而設計的,通常是單天線、帶寬小,室內復雜的信號傳播環境使得傳統的基于到達時間/到達時間差(TOA/TDOA)的測距方法難以實現,基于到達信號角度的方法也同樣難以實現,如果在WiFi網絡中安裝能定向的天線又需要額外的花費.

     ◆定位方式一種是通過移動設備和三個無線網絡接入點的無線信號強度,通過差分算法,來比較精準地對人和車輛的進行三角定位。另一種是事先記錄巨量的確定位置點的信號強度,通過用新加入的設備的信號強度對比擁有巨量數據的數據庫,來確定位置(“指紋”定位),指紋算法相比較三角定位算法精度更高。WiFi定位可以實現復雜的大范圍定位,但精度只能達到2米左右,無法做到精準定位。因此適用于對人或者車的定位導航,可以于醫療機構、主題公園、工廠、商場等各種需要室內定位導航的場合。

     小米以及把WiFi模組價格做到十元的價格,進一步推動普及應用。


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     二、 BLUETOOTH:國王的藍色牙齒

     ◆藍牙的名字來源于10世紀丹麥國王Harald Blatand,因為這個國王非常喜愛吃藍莓,牙齒總是被染成藍色,所以得到了Bluetooth這個綽號。當時藍莓因為顏色怪異的緣故被認為是不適合食用的東西,因此這位愛嘗新的國王也成為創新與勇于嘗試的象征。

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     ◆藍牙的創始人是瑞典愛立信公司,愛立信早在1994年就已進行研發。1997年,愛立信與其他設備生產商聯系,并激發了他們對該項技術的濃厚興趣。 1998年2月,5個跨國大公司,包括愛立信、諾基亞、IBM、東芝及Intel組成了一個特殊興趣小組(SIG),他們共同的目標是建立一個全球性的小范圍無線通信技術,即現在的藍牙。

     ◆藍牙4.0實際是個三位一體的藍牙技術,它將三種規格合而為一,分別是傳統藍牙、低功耗藍牙和高速藍牙技術,這三個規格可以組合或者單獨使用。藍牙信標技術目前部署的也比較多,也是相對比較成熟的技術。藍牙跟WiFi的區別不是太大,精度會比WiFi稍微高一點。藍牙室內定位技術的代表是Nokia,推出了HAIP的室內精確定位解決方案,采用基于藍牙的三角定位技術,除了使用手機的藍牙模塊外,還需部署藍牙基站,最高可以達到亞米級定位精度。

     ◆藍牙室內定位技術最大的優點是設備體積小、短距離、低功耗,容易集成在手機等移動設備中。只要設備的藍牙功能開啟,就能夠對其進行定位。藍牙傳輸不受視距的影響,但對于復雜的空間環境,藍牙系統的穩定性稍差,受噪聲信號干擾大且在于藍牙器件和設備的價格比較昂貴。

 

     三、 ZIGBEE:飛舞的紫峰

     根據國際標準規定,ZigBee技術是一種新興的短距離、低功耗的無線通信技術,用于傳感控制應用(Sensor and Control)。由IEEE 802.15工作組中提出,并由其TG4工作組制定規范。。這一名稱(又稱紫蜂協議)來源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息,也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域,可以嵌入各種設備。簡而言之,ZigBee就是一種便宜的,低功耗的近距離無線組網通訊技術。2001年8月,ZigBee Alliance成立。相近的技術是Z-WAVE。

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     四、 UWB:八戒的釘耙

     超寬帶(UWB)定位技術原為軍用雷達技術用在對地探測測距、定位、定向,后發現在精準定位方面有很好的應用,目前UWB技術成為民用室內精準定位的帶頭大哥。猶如掉入凡間的天蓬元帥,降維用釘耙去耕地了,UWB形狀類似釘耙的耙釘。

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     ◆UWB技術最早出現在上世紀60年代,主要用于軍事雷達。由于它具有隱蔽性好、傳輸速率高、系統容量大、功耗低、抗干擾能力強等諸多優勢,逐漸應用于通信和定位領域。2002年2月,美國聯邦通信委員會(FCC)公布了超寬帶無線通信的初步規范,正式解除了超寬帶在民用領域的限制。這在UWB的發展史上是劃時代的事件,它極大地促進了相關的學術研究,也成為超寬帶技術正式走向商業化的一個里程碑。超寬帶技術是一種脈沖無線電技術,它與傳統的通信技術有很大差異,它不是利用載波信號來傳輸數據,而是通過收發信機之間的納秒級極短脈沖來完成數據的傳輸。FCC將超寬帶信號定義為任何相對帶寬不小于20%或者絕對帶寬不小于500MHz并滿足功率譜限制的信號。其中和分別表示功率相對于峰值功率下降10dBm的高端和低端頻率。同時FCC為UWB分配了3.1 GHz ~10.6GHz共7.5GHz的頻帶,還對其輻射功率做出了比FCC Part15.209更為嚴格的限制,將其限定在-41.3dBm頻帶內。

     ◆超寬帶通信不需要使用傳統通信體制中的載波,而是通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據,因此具有GHz量級的帶寬。由于超寬帶定位技術具有穿透力強、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優點,前景相當廣闊。

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     ◆超寬帶的主要優勢有,低功耗、對信道衰落(如多徑、非視距等信道)不敏感、抗干擾能力強、不會對同一環境下的其他設備產生干擾、穿透性較強(能在穿透一堵磚墻的環境進行定位),在室內或者建筑物比較密集的場合可以獲得良好的定位效果,同時在進行測距、定位、跟蹤時也能達到更高的精度,應用于靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤,能提供很高的定位準確度和定位精度。從技術上看,無論是從定位精度、安全性、抗干擾、功耗等角度來分析,UWB無疑是最理想的工業室內定位技術之一。 目前主要應用領域為:監獄犯人定位、工廠工人設備定位、養老院老人定位、隧道人員定位、工地施工人員定位等等。

     ◆UWB在中國有種技術叫DACAWAVE ,還有一種叫精位科技JINGWEI

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