室內定位面臨的挑戰_凱利訊

　　測量位置已經成為戶外導航系統的一個引人注目的成功，並且在室內有一個強烈的重複。能夠找到一個人在一個建築內可以幫助許多不同的方式，從找到一個塔樓中的合適的辦公室，定位一個必要的部門，甚至一個特定的產品在商店，或提供高度有針對性的交易，當你走遍超市。

　　不幸的是，通過GPS、GLNASS或即將到來的伽利略系統的衛星定位技術，即使在接收機與多徑訊號和無法到達的情況下，標稱增強的測量精度降低到1米，也不能滿足室內定位的要求。看衛星。

　　歐洲GNSS機構(GSA)和RX網路的測試測量了GALILIO在全球環境中使用GPS和GLNASS的各種組合中的效能，包括城市峽谷和室內，使用多星座GNSS接收器。雖然使用伽利略，或多顆衛星，有助於城市峽谷戶外，結果表明，室內效能仍然較差(圖1)。

　　                                          城市峽谷1                   城市峽谷2

　　GPS                                     331.9米                     76.2米

　　GPS+GLONASS                    42.9(13%)                 7.6 m(10%)

　　GPS+伽利略                          10.7(3%)                    5.4米(7%)

　　GPS+GLONASS+伽利略            43(13%)                  24.7米(32%)

　　正數表明GPS的改進。

　　                                               室內1                              室內2

　　GPS                                          278.7米                           70.3

　　GPS+GLONASS                        68.4 m(25%)

　　GPS+Galio                                24.6 m(9%)                 10.1 m(14%)

　　GPS+GLONASS+伽利略             64 m(23%)                  15.8 m(23%)

　　正數表明GPS的改進。

　　圖1：衛星導航系統的真實世界室內效能。

　　然而，衛星覆蓋是一項關鍵技術，MaXIM的MX27也涵蓋了GPS、GLNASS和GaliLo導航衛星系統，它們可以整合在可穿戴和行動式設計中。這種單轉換，低中頻GNSS接收機使用低功率SiGe BiCMOS工藝技術，以低成本提供高效能和整合。

　　整合在晶片上的是完整的接收器鏈，包括雙輸入LNA和混頻器，接著是影象拒絕濾波器、PGA、VCO、分數N頻率合成器、晶體振盪器和多位ADC。該接收器的總級聯噪聲係數低至1.4分貝，可以幫助提高室內使用的靈敏度。

　　該MX767也消除了對外部IF濾波器的需要，通過實施片上單片濾波器，只需要幾個外部元件，形成一個完整的低成本的GPS接收器解決方案在一個小的形狀因素的可穿戴設計。整合Delta Sigma分數N頻率合成器允許在±40 Hz精度內程式設計IF頻率，同時以主機系統中可用的任何參考或晶體頻率操作，並且資料以CMOS邏輯電平或有限差分輸出。邏輯層次。

　　為了提高這種用於室內定位的裝置的效能，可以增加其他技術來提高室內定位精度。一種方法是使用已經安裝在許多智慧手機中的表面安裝3軸加速度計，例如飛思卡爾半導體MMA8653，以確定終端的朝向。從衛星位置開始，可以檢測到任何曲折，以提供位置的慣性測量。不幸的是，這需要一個定期的衛星測量，它可以消耗電池的電池，並顯示出與準確性鬥爭。這也需要室內環境的地圖，這可能是個問題。

　　另一種方法是使用本地Wi-Fi無線訊號來確定位置。這對天線製造商提出了一個挑戰，即將GPS和Wi-Fi的不同靈敏度要求結合起來。事實上，諸如AtNOVA M1047 8的模組被專門設計來拒絕2.4 GHz頻帶以防止干擾並提高GPS接收的準確性。

　　ReNONOVA M1078射頻天線模組是一種超緊湊的單一封裝，它將L1波段GPS和輔助GPS系統的RF和天線組合在同一模組上。

　　AMOVA無線M1078 GPS模組的成像

　　圖2：來自ANONOVA的ReNONOVA M1078 GPS模組。

　　它是基於CSR的SIFRSTARIV GPS架構，但關鍵是它與Antenova的高效率天線技術相結合，為GPS接收提供最佳的輻射模式。所有前端和接收器元件都包含在單個封裝層壓板基礎模組中，提供了一個完整的GPS接收器以獲得最佳效能。

　　M1047在一個單一的1.8 V正電源，低功耗和多個低功耗模式，進一步節省電力。精確的0.5 ppm TCXO確保了短時間的第一次定位(TTFF)，這對於慣性導航組合是至關重要的。M1078由SIRF軟體支援，並通過UART、SPI或I/C主機介面連線到控制器。

　　天線影象M1047 8方塊圖

　　圖3：M1078框圖。

　　類似地，來自TelIT的JF2是基於SIRF IV GPS晶片的1.8 V模組。這與外部控制器具有相同的UART、SPI或I/C主機介面，但也被優化以連線到TELIT蜂窩電話模組。這提供了輔助的GPS能力，它使用來自衛星的一些資料，並將它與來自手機桅杆的資料連結起來，以提供更快的修復時間。然而，在室內，這可能遭受缺乏滲透，特別是對於1800 MHz訊號。

　　因此，有幾個新公司爭相提供幾種不同方法的位置資訊，儘管也有挑戰ISO/IEC 24730標準的實時定位系統(RTLS)。

　　在去年收購WiFrLIM之後，蘋果已經被授予了一個專利申請，該系統結合了GPS、Wi-Fi接入點和車載位置資料庫來提供室內位置資訊。這通過使用多個Wi-Fi接入點來通過將程式碼傳送到基於伺服器的定位系統來縮小終端的位置。然後，系統估計接入點範圍內其他裝置的“存在區域”。然後使用附近的其他接入點來細化位置資訊，特別是在存在區域中的位置資訊。

　　亞拉巴馬州的Q軌道採用了不同的方法，使用1 MHz的無線訊號來提供位置資訊。使用低頻通過地板和牆壁提供更多的穿透，並且不易受到多徑干擾。

　　然而，Q軌道技術不使用訊號強度來測量發射機和接收機之間的距離或像GPS那樣的飛行時間。相反，它測量訊號的相位，並利用近場特性來確定接收機的位置和發射機的距離。室外系統精確到15釐米說公司，在室內上升到幾米。然而，通過對映出建築物的RF環境，這可以減少到40釐米，允許Q軌道標籤被精確定位。

　　隨著物聯網(IOT)增加更多的無線連線，有其他的機會來定位人的位置和標籤在室內而不依賴於GPS。

　　都柏林的DeAWAVE使用來自低功率、擴頻GHz脈衝的飛行時間測量，以提供室內精度下降到10釐米。這主要用於定位裝置而不是可穿戴系統，儘管它被用於監測衛生裝置。

　　DW1000 SCNSOR(搜尋控制執行網路感知服從響應)使用ZigBee使用的IEEE802.15.4 2011標準的相同超寬頻技術，其資料速率高達6.8兆位元/秒，並且從相干接收機設計到高達300米的範圍。該方法是免疫多徑衰落，因此允許可靠的通訊在高衰落環境下在室內的情況。

　　DeWAVE DW1000感應器圖

　　圖4：用於室內跟蹤的DeaWaveDW1000掃描器。

　　結論

　　在可穿戴裝置中增加室內定位技術是一個有待解決的挑戰。諸如GPS、蜂窩和Wi-Fi等無線技術的結合提供了許多終端，但不是所有終端存在的路由。這也帶來了形狀因素和功耗的挑戰。結合不同的技術，確保互操作性和非干擾性也是設計者必須面對的挑戰。