探究基于信号强度的无线局域网定位技术
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摘 要 随着无线局域网WLAN（Wireless Local Area Network）的不断进步和发展，无线通信市场一直在不断扩大，只要处于无线局域网覆盖范围中，用户就可凭借可移动的计算设备随时随地使用互联网服务。目前的定位服务系统主要有GPS（全球定位系统）和蜂窝无线定位两种，但是这两种定位系统在实际使用的过程当中出现的问题较多，也无法满足广大用户的定位需求，针对这一普遍存在的问题，本文针对基于信号强度的无线局域网定位技术进行探究。
【关键词】信号强度 无线局域网 定位技术
随着社会经济的发展越来越快，人们的生活节奏也跟着加快，这就使得移动用户对社会信息的就地性和及时性要求越来越苛刻，这就给基于位置研究设计的服务和应用体系提供了更广大的市场空间。
1 现有的无线局域网的定位技术
1.1 基于单元标识的定位（Containment）
单元标识的定位技术是以蜂窝信号为载体，寻找信号覆盖范围内的有效信号。但该方法有其自身的局限性，例如只能从某个单独的区域内检测出信号源，因此其精确度不够高。
1.2 以信号强度为主的局域网定位（RSS）
通过相关资料可知，无线网的信号具有其本身的规律，具体来说，在传播过程中信号接收器所检测到的信号较弱，那么其发射设备的距离也就更远；同时，如果传播过程中信号接收器所检测到的信号较强，那么其发射设备的距离也就更近，两者关系呈负相关。根据上述关系可知，无线网信号强弱的定位，从信号的特性可以判断出接收、发射设备之间的距离，即基站与移动台的距离。
1.3 基于电波传播时间的定位（TOA）
这里可以对电波传播进行数学模型定位，假设信号从发送设备至基站的传播时间为t，而信号电波的传输为c，那么信号发出设备与接收设备之间的距离可作为一个圆形范围的半径。若信号接收设备为若干个，那么就会产生若干个圆形范围。一般而言，基于TOA的无线定位，若出现1s的误差，那么就会产生不到500米的误差范围，需要基站的时间校准精确，信号接收和发出设备之间的时间同步。
1.4 基于电波传播时间差的定位（TDOA）
基于电波传播时间差的定位，降低了对时间同步精准度的要求，有别于TOA根据信号到达基站的绝对精准时间确定信号位置的方式，TDOA是通过检测信号到达两个基站的时间差进行定位。根据信号到达的时间差，用户发出信号的地方位于以两个基站为焦点的双曲线上，要确定用户发出信号的位置，至少需要三个基站，建立两个双曲线方程，两个双曲线的交点，即为用户发出信号位置的二维位置坐标。
1.5 基于电波入射角的定位（AOA）
基于电波入射角的定位对设备的复杂度和精准度有较高要求，这种定位方法适合于视距（Line of Sight）传播的情况。AOA是通过基站接收天线阵列，测出用户发出信号位置发射电波的入射角，采用精确的算法确定由角度决定的方位线的交点，即为被测的用户发出信号的位置。
2.1 室内无线局域网的定位方法
若局域网布局在室内，那么从接入点算起，网络距离一般不会多于100米，因此网络传输时间较短，电波发送、接收时间基本为零，因此在室内网络使用过程中，并不需要TOA定位技术。但是室内会有墙壁等对信号产生散射作用，不利于信号的通畅传播，接收设备所收集到的信号由于多次分散，就使得最后的复合信号明显失真，因此可知，AOA技术在室内无线网定位中的作用不明显。
2.2 室内无线信号模型的建立
无线局域网信号在视距传播过程中，它的路径损耗与T-R距离成对数关系。由于室内信号传播并不像视距传播，所以各种障碍物都会对信号造成一定程度的衰减，其中墙壁对信号造成的衰减是最严重的。另外，环境条件不同，信号的衰减速度也不相同，例如在离信号塔很近的位置，周围障碍物较少，信号的传播速度就会很快，但是如果在离发射天线很远的地方，信号的衰减速度也将相应加快。
2.3 建立经验值数据库
无线信号在室内的使用过程中，存在一定的不确定性，用户发射出的信号和接收设备的距离并不是确定的，因此无法通过建立数学模型对其模拟运算。若需要通过信号计算用户精确位置，可以借助数据库进行计算。室内无线网的安装和使用，应该事先绘制信号图，将室内相关点连接、统计。每个接收设备的位置、功率等要素可确定，最终可以根据用户发射信号的时间、方向进行采集，收录数据。
2.4 信号强度经验值与估计的融合
在室内环境下，精准定位的最有效方法是对定位场地的强度进行大批量的数据采集，也即构建经验值数据库。但是在实际应用中，在每个移动用户出现的位置进行数据采集所耗费的时间及资源均较大。在这一定位方法下，若室内环境发生变化，例如一些简单的办公设施的移动，之前所建立起来的数据已经被破坏，要想精准定位的话，就必须重新建立一个数据库。针对这一问题，便可以引入估计值数据库中的数据来进行精准的定位。估计值数据库的采样工作量较小，所以在实际的定位中信号强度经验值要与实际的估计进行结合考虑。
3 结束语
本文通过在信号强度基础上对无线局域网的定位技术进行研究，发现无线局域网的定位技术主要是通过现有的无线局域网设备进行开展，要将信号强度的内容与计量相结合，不断完善无线局域网的定位功能。
参考文献
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作者简介
张杰（1981-），男，河南省郑州市人。硕士研究生学历。现从事矿山自动化设计工作。
刘斌斌（1986-），男，河南省郑州市人。河南省郑州市人。硕士研究生学历。现从事矿山自动化设计工作。
作者单位
1.郑州大学信息工程学院 河南省郑州市 450000
2.南京北路自动化系统有限责任公司 江苏省南京市 211106