大學生藍牙科技論文

　　藍牙是一種無線技術標準，可實現(xiàn)固定設備、移動設備和樓宇個人域網之間的短距離數(shù)據(jù)交換。下面小編給大家分享一些大學生藍牙科技論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。

　　大學生藍牙科技論文篇一

　　藍牙定位測量

　　[摘要] 該文描述了一種基于藍牙的無線室內定位測量系統(tǒng)。一般藍牙工作使用接收信號強度指示器(RSSI)，進行自動發(fā)射功率控制以保證穩(wěn)定的信噪比。取消反饋系統(tǒng)，并應用RSSI產生一系列新的測試方法。系統(tǒng)使用安裝在一個單元內的視距無線傳播模型，測算基準發(fā)射器和便攜式接收機之間的距離。該系統(tǒng)設計、運行和測試結果證實, 在存在多徑干擾條件下,測量范圍平均絕對誤差可以達到1.2m。

　　[關鍵詞] 藍牙 定位測量 RSSI

　　1 簡述

　　精確度大約1m的藍牙室內定位測量將有助于擴大新的定位服務(LBS)范圍。這些服務包括醫(yī)用定位服務，具有無線傳感器的計算機網絡，移動數(shù)據(jù)探測和跟蹤系統(tǒng)，用于安全用途的室內電子地圖和具有定位識別的智能裝置。

　　室內定位測量需要發(fā)展新技術設備。全球定位系統(tǒng)(GPS)要求視距內有4顆衛(wèi)星以保證精確3-D定位，因此無法室內應用。無繩電話定位系統(tǒng)精確度只有大約100m。室內短距離(10米半徑)內，無線電單元可用于測量位置，基于單元識別，但要求安裝許多固定、均距的單元以覆蓋給定區(qū)域。

　　藍牙室內定位測量系統(tǒng)工作描述：在一個室內無線電單元內進行接收功率測量，它常用于跟蹤固定基準藍牙發(fā)射器和存在多徑干擾的視距信道的便攜式接收機之間的距離。

　　2 接收信號強度指示器(RSSI)定位測量

　　在藍牙裝置中, 接收信號強度指示器(RSSI)數(shù)值通常用于使發(fā)射功率最小化，以接收到滿意的信噪比的信號。在本系統(tǒng)中反饋系統(tǒng)停止工作，發(fā)射機(發(fā)射功率PTX)和接收機之間距離能通過使用RSSI測量裝置和一個無線電傳播模型計算得出。

　　該方法非常適用于室內定位系統(tǒng)。而其它室內無線定位技術都不適用，如到達角度(AOA)法，到達時間(TOA)法，和到達時差(TDOA)法。第一種：AOA法，要求有一個特殊天線陣列用于測量接收信號的角度，成本高昂而且僅適用于專用系統(tǒng)。使用掃描技術要求系統(tǒng)有精確的時鐘。便攜式設備時鐘精確度為1μs，但1m的定位誤差要求時鐘精確度應達到3ns。

　　這里使用的無線電波傳播模型，其公式如下：

　　PRX=PTX+GTX+GRX+20log(c/4лf)-10n�(d)(1)

　　= PTX+GTX+GRX-40.2-10n�(d)(2)

　　其中：PRX是接收功率;PTX是發(fā)射功率(dB);GRX和GTX是天線增益(dBi);c是光速(3.0x108m/s);f是中心頻率(2.44GHz);n是衰減因素(在自由空間為2);d是發(fā)射器和接收器之間的距離(m)。

　　藍牙系統(tǒng)中使用RSSI直接測量接收功率，由一個內置微處理器將數(shù)據(jù)報告數(shù)字指示器。使用該裝置，RSSI和接收功率之間的關系曲線如圖1。

　　圖1 RSSI與接收功率PRX 關系曲線

　　分析圖1，可以得到RSSI和接收功率PRX關系如下：

　　PRX =-40dBm+RSSI, RSSI>0dB

　　-60dBm 　　PRX≤-60dBm+RSSI，0>RSSI>-10dB

　　PRX≤-62dBm，RSSI=-10dB

　　因此，基準發(fā)射器和便攜式接收機之間的距離d滿足下列公式：

　　d=10[( PTX-40.2-PRX +G)/10n](4)

　　這里，PRX是測得的RSSI值經過公式(3)計算得出，總天線增益G= GTX+GRX

　　3 系統(tǒng)構成

　　該定位系統(tǒng)使用商業(yè)化的藍牙開發(fā)套件構成。以個人電腦PC作為藍牙主機，控制藍牙模塊，如圖2所示。

　　定位應用在射頻指令行接口(RFCLI)上完成，指令行起到容許用戶控制和接入各種藍牙軟件層的作用。軟件層分為主計算機界面(HCI)和藍牙裝置。主機通過通用異步接收/發(fā)射(UART)進行有線連接控制。板上的UART(HCI硬件接口)控制基帶和射頻層。

　　圖2 主機和藍牙裝置之間硬件連接

　　一個基準發(fā)射器與便攜式接收機進行通訊聯(lián)系。首先應禁止藍牙芯片對功率的控制功能。這樣做將阻止兩設備交換功率控制信息而保持接收功率在其限定范圍內(將導致RSSI讀值結果為0)。

　　測量在兩種不同環(huán)境條件下進行：

　　無回聲室測量。

　　在無回聲室的測量中，確定天線增益G。測量裝置設計模擬自由空間環(huán)境，頻率范圍為2～40GHz，衰減因素n=2.0，多徑干擾可忽略。天線放置高度為0.6m，天線之間最大距離3m。

　　天線增益G見公式(4)，因為其他變量已知，通過計算確定G的平均值是-4.8dBi。

　　辦公環(huán)境測量

　　在辦公室環(huán)境中，使用兩試驗基準線進行RSSI測量，距離增量為0.1m

　　圖3 測量布置圖

　　辦公室內存在金屬反射波，產生多路干擾。桌椅同樣含有金屬零部件。

　　在基線1，天線放置高度恒定為1.05m。在基線2，天線放置高度恒定為0.6m。初步測量顯示，設備放置距離地板高度不同，對測量數(shù)據(jù)有一點影響。

　　兩天線放置在固定的方向和高度，兩者在視距范圍內，按0.1m分段。利用射頻通信(RFCOMM)協(xié)議產生一雙工無線鏈路。使用頻譜分析儀進行校準11個不同的發(fā)射功率：+2.9，+1.2，0.0，-1.4，-3.8，-6.2，-8.5，-10.3，-14.1，-17.1和-19.1dBm。

　　針對以上11個報告的基準發(fā)射功率，便攜式接收機讀出相對應的RSSI數(shù)值。 假如RSSI值非0，每個均測量20次RSSI值, 記錄RSSI平均值。這些測量數(shù)據(jù)，每個均有一個隨機載頻，頻率范圍分布在藍牙帶寬(2.4000―2.4835GHz)之間。假如RSSI數(shù)值為0，無接收數(shù)據(jù)記錄，選擇不同的發(fā)射功率。所有11個發(fā)射功率均應進行試驗。

　　分段距離每次遞增0.1m，至最大值6.8m。

　　對應11個接收的RSSI值，PRxi在每個分段距離均優(yōu)化到最大發(fā)射功率，PTx1=2.9dBm。實際發(fā)射功率和最大發(fā)射功率之間的差異值Pdiff=(PTx1一PTxi)(dB)，信道與功率呈線性關系，所以通過增加Pdiff將接收到的RSSI值RRxi優(yōu)化到一恒定發(fā)射功率上。

　　RRxi=PTxi+ Pdiff=PRxi+(PTX1-PTxi)(5)

　　使用公式(3)和(5)得出：

　　-40+RSSIi+(PTX1-PTxi)， RSSIi > 0dB

　　RRxi= -60+RSSIi+(PTX1-PTxi)，RSSIi�0dB，(6)

　　數(shù)據(jù)為空，RSSIi = 0dB 或RSSIi =-10dB

　　對于接收功率指示器，RRX對應非0時的RSSI數(shù)據(jù)，由下式給定

　　11

　　RRX= 1/x∑RRxi (7)

　　i=1

　　圖4 接收功率RRX 與距離d關系曲線

　　(標準化發(fā)射功率=2.9dBm)

　　4 結果

　　4.1 接收功率和距離

　　優(yōu)化后的接收功率數(shù)值RRX對應相應分段距

　　離d，d是基準發(fā)射器和便攜式接收器之間的距離。基線1和2在辦公環(huán)境的測量結果如圖4。

　　圖4顯示了多徑衰減的影響結果，兩測量曲線的振幅均隨距離增加而減少。而基線1和2位于辦公室的不同位置，測量定位的衰減干擾是不同的。

　　通過傳播模型預測RRx的理論數(shù)值，其中PTx=2.9dBm, n=2，G=-4.82 dBi。

　　距離d的平均絕對誤差{公式(4)計算，PTx=2.9dBm, n=2，G=-4.82 dBi}，對于實際距離和標準偏差如下。

　　表1 絕對誤差和標準偏差

　　基線1 基線2

　　平均絕對誤差 (m) 0.91 1.31

　　標準偏差 (m) 0.95 1.30

　　4.2 討論

　　基于RSSI的藍牙定位系統(tǒng)測量精度取決以下三因素：

　　4.2.1 精確的接收功率指示器

　　藍牙規(guī)格中定義的RSSI值不是專門設計用于測量接收功率(dB)。而RRX作為接收功率指示，可用于距離估算。接收功率測量誤差通過利用多路的、優(yōu)化的發(fā)射功率求平均值進行最小化。

　　4.2.2 在傳播模型中正確選擇衰減因素和天線增益G。

　　線性調節(jié)分析用于決定衰減因素n和天線增益G，(n=2.15，G=-5.34dBi)。這些校正過的數(shù)據(jù)用在傳播模型中，位置精確度將提高約10%。

　　4.2.3 減小多徑干涉的影響

　　接收功率和距離關系曲線(見圖4)，顯示兩測量設備測試值對理論值的波動和偏差。該圖顯示了進行時域、頻率和發(fā)射功率平均后的測量結果。

　　5 結論

　　在視距(LOS)無線傳播模型中，利用一個簡單單元，通過禁止藍牙(自動)傳播功率控制的功能，實現(xiàn)藍牙接收信號強度指示器RSSI值應用于定位測量。

　　該技術表明可降低平均絕對定位誤差到1.2m。這適合于大多室內定位服務。不過，需要注意的是，在強烈的多徑干擾下，定位誤差仍然存在。絕對位置估算需要平均一系列接近的空間位置以增加可信度。

　　將來工作可能包括在非LOS條件下完成評價系統(tǒng)。利用三角測量可給出在二維平面上的精確定位信息。

　　參考文獻

　　[1] A. Harder, L. Song and Y. Wang, Towards an indoor location system using RF singnal strengh in IEEE802.11,(April 2005).

　　[2] Sheng Zhou and John Pollard, Position Measurement Using Bluetooth in IEEE0098/3036/06,(May 2006).

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