大學(xué)生藍(lán)牙科技論文

大學(xué)生藍(lán)牙科技論文

　　藍(lán)牙是一種無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)人域網(wǎng)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(xué)生藍(lán)牙科技論文，大家快來(lái)跟小編一起欣賞吧。

　　大學(xué)生藍(lán)牙科技論文篇一

　　藍(lán)牙定位測(cè)量

　　[摘要] 該文描述了一種基于藍(lán)牙的無(wú)線室內(nèi)定位測(cè)量系統(tǒng)。一般藍(lán)牙工作使用接收信號(hào)強(qiáng)度指示器(RSSI)，進(jìn)行自動(dòng)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(yīng)用RSSI產(chǎn)生一系列新的測(cè)試方法。系統(tǒng)使用安裝在一個(gè)單元內(nèi)的視距無(wú)線傳播模型，測(cè)算基準(zhǔn)發(fā)射器和便攜式接收機(jī)之間的距離。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和測(cè)試結(jié)果證實(shí), 在存在多徑干擾條件下,測(cè)量范圍平均絕對(duì)誤差可以達(dá)到1.2m。

　　[關(guān)鍵詞] 藍(lán)牙 定位測(cè)量 RSSI

　　1 簡(jiǎn)述

　　精確度大約1m的藍(lán)牙室內(nèi)定位測(cè)量將有助于擴(kuò)大新的定位服務(wù)(LBS)范圍。這些服務(wù)包括醫(yī)用定位服務(wù)，具有無(wú)線傳感器的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)數(shù)據(jù)探測(cè)和跟蹤系統(tǒng)，用于安全用途的室內(nèi)電子地圖和具有定位識(shí)別的智能裝置。

　　室內(nèi)定位測(cè)量需要發(fā)展新技術(shù)設(shè)備。全球定位系統(tǒng)(GPS)要求視距內(nèi)有4顆衛(wèi)星以保證精確3-D定位，因此無(wú)法室內(nèi)應(yīng)用。無(wú)繩電話定位系統(tǒng)精確度只有大約100m。室內(nèi)短距離(10米半徑)內(nèi)，無(wú)線電單元可用于測(cè)量位置，基于單元識(shí)別，但要求安裝許多固定、均距的單元以覆蓋給定區(qū)域。

　　藍(lán)牙室內(nèi)定位測(cè)量系統(tǒng)工作描述：在一個(gè)室內(nèi)無(wú)線電單元內(nèi)進(jìn)行接收功率測(cè)量，它常用于跟蹤固定基準(zhǔn)藍(lán)牙發(fā)射器和存在多徑干擾的視距信道的便攜式接收機(jī)之間的距離。

　　2 接收信號(hào)強(qiáng)度指示器(RSSI)定位測(cè)量

　　在藍(lán)牙裝置中, 接收信號(hào)強(qiáng)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(mǎn)意的信噪比的信號(hào)。在本系統(tǒng)中反饋系統(tǒng)停止工作，發(fā)射機(jī)(發(fā)射功率PTX)和接收機(jī)之間距離能通過(guò)使用RSSI測(cè)量裝置和一個(gè)無(wú)線電傳播模型計(jì)算得出。

　　該方法非常適用于室內(nèi)定位系統(tǒng)。而其它室內(nèi)無(wú)線定位技術(shù)都不適用，如到達(dá)角度(AOA)法，到達(dá)時(shí)間(TOA)法，和到達(dá)時(shí)差(TDOA)法。第一種：AOA法，要求有一個(gè)特殊天線陣列用于測(cè)量接收信號(hào)的角度，成本高昂而且僅適用于專(zhuān)用系統(tǒng)。使用掃描技術(shù)要求系統(tǒng)有精確的時(shí)鐘。便攜式設(shè)備時(shí)鐘精確度為1μs，但1m的定位誤差要求時(shí)鐘精確度應(yīng)達(dá)到3ns。

　　這里使用的無(wú)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(lán)牙系統(tǒng)中使用RSSI直接測(cè)量接收功率，由一個(gè)內(nèi)置微處理器將數(shù)據(jù)報(bào)告數(shù)字指示器。使用該裝置，RSSI和接收功率之間的關(guān)系曲線如圖1。

　　圖1 RSSI與接收功率PRX 關(guān)系曲線

　　分析圖1，可以得到RSSI和接收功率PRX關(guān)系如下：

　　PRX =-40dBm+RSSI, RSSI>0dB

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

　　PRX≤-62dBm，RSSI=-10dB

　　因此，基準(zhǔn)發(fā)射器和便攜式接收機(jī)之間的距離d滿(mǎn)足下列公式：

　　d=10[( PTX-40.2-PRX +G)/10n](4)

　　這里，PRX是測(cè)得的RSSI值經(jīng)過(guò)公式(3)計(jì)算得出，總天線增益G= GTX+GRX

　　3 系統(tǒng)構(gòu)成

　　該定位系統(tǒng)使用商業(yè)化的藍(lán)牙開(kāi)發(fā)套件構(gòu)成。以個(gè)人電腦PC作為藍(lán)牙主機(jī)，控制藍(lán)牙模塊，如圖2所示。

　　定位應(yīng)用在射頻指令行接口(RFCLI)上完成，指令行起到容許用戶(hù)控制和接入各種藍(lán)牙軟件層的作用。軟件層分為主計(jì)算機(jī)界面(HCI)和藍(lán)牙裝置。主機(jī)通過(guò)通用異步接收/發(fā)射(UART)進(jìn)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(jī)和藍(lán)牙裝置之間硬件連接

　　一個(gè)基準(zhǔn)發(fā)射器與便攜式接收機(jī)進(jìn)行通訊聯(lián)系。首先應(yīng)禁止藍(lán)牙芯片對(duì)功率的控制功能。這樣做將阻止兩設(shè)備交換功率控制信息而保持接收功率在其限定范圍內(nèi)(將導(dǎo)致RSSI讀值結(jié)果為0)。

　　測(cè)量在兩種不同環(huán)境條件下進(jìn)行：

　　無(wú)回聲室測(cè)量。

　　在無(wú)回聲室的測(cè)量中，確定天線增益G。測(cè)量裝置設(shè)計(jì)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(jiàn)公式(4)，因?yàn)槠渌兞恳阎?，通過(guò)計(jì)算確定G的平均值是-4.8dBi。

　　辦公環(huán)境測(cè)量

　　在辦公室環(huán)境中，使用兩試驗(yàn)基準(zhǔn)線進(jìn)行RSSI測(cè)量，距離增量為0.1m

　　圖3 測(cè)量布置圖

　　辦公室內(nèi)存在金屬反射波，產(chǎn)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(cè)量顯示，設(shè)備放置距離地板高度不同，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)有一點(diǎn)影響。

　　兩天線放置在固定的方向和高度，兩者在視距范圍內(nèi)，按0.1m分段。利用射頻通信(RFCOMM)協(xié)議產(chǎn)生一雙工無(wú)線鏈路。使用頻譜分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)11個(gè)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(duì)以上11個(gè)報(bào)告的基準(zhǔn)發(fā)射功率，便攜式接收機(jī)讀出相對(duì)應(yīng)的RSSI數(shù)值。 假如RSSI值非0，每個(gè)均測(cè)量20次RSSI值, 記錄RSSI平均值。這些測(cè)量數(shù)據(jù)，每個(gè)均有一個(gè)隨機(jī)載頻，頻率范圍分布在藍(lán)牙帶寬(2.4000―2.4835GHz)之間。假如RSSI數(shù)值為0，無(wú)接收數(shù)據(jù)記錄，選擇不同的發(fā)射功率。所有11個(gè)發(fā)射功率均應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)。

　　分段距離每次遞增0.1m，至最大值6.8m。

　　對(duì)應(yīng)11個(gè)接收的RSSI值，PRxi在每個(gè)分段距離均優(yōu)化到最大發(fā)射功率，PTx1=2.9dBm。實(shí)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(guān)系，所以通過(guò)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(duì)于接收功率指示器，RRX對(duì)應(yīng)非0時(shí)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(guān)系曲線

　　(標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)射功率=2.9dBm)

　　4 結(jié)果

　　4.1 接收功率和距離

　　優(yōu)化后的接收功率數(shù)值RRX對(duì)應(yīng)相應(yīng)分段距

　　離d，d是基準(zhǔn)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(cè)量結(jié)果如圖4。

　　圖4顯示了多徑衰減的影響結(jié)果，兩測(cè)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(cè)量定位的衰減干擾是不同的。

　　通過(guò)傳播模型預(yù)測(cè)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(duì)誤差{公式(4)計(jì)算，PTx=2.9dBm, n=2，G=-4.82 dBi}，對(duì)于實(shí)際距離和標(biāo)準(zhǔn)偏差如下。

　　表1 絕對(duì)誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差

　　基線1 基線2

　　平均絕對(duì)誤差 (m) 0.91 1.31

　　標(biāo)準(zhǔn)偏差 (m) 0.95 1.30

　　4.2 討論

　　基于RSSI的藍(lán)牙定位系統(tǒng)測(cè)量精度取決以下三因素：

　　4.2.1 精確的接收功率指示器

　　藍(lán)牙規(guī)格中定義的RSSI值不是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于測(cè)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(cè)量誤差通過(guò)利用多路的、優(yōu)化的發(fā)射功率求平均值進(jìn)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(diào)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(guò)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(guān)系曲線(見(jiàn)圖4)，顯示兩測(cè)量設(shè)備測(cè)試值對(duì)理論值的波動(dòng)和偏差。該圖顯示了進(jìn)行時(shí)域、頻率和發(fā)射功率平均后的測(cè)量結(jié)果。

　　5 結(jié)論

　　在視距(LOS)無(wú)線傳播模型中，利用一個(gè)簡(jiǎn)單單元，通過(guò)禁止藍(lán)牙(自動(dòng))傳播功率控制的功能，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙接收信號(hào)強(qiáng)度指示器RSSI值應(yīng)用于定位測(cè)量。

　　該技術(shù)表明可降低平均絕對(duì)定位誤差到1.2m。這適合于大多室內(nèi)定位服務(wù)。不過(guò)，需要注意的是，在強(qiáng)烈的多徑干擾下，定位誤差仍然存在。絕對(duì)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(lái)工作可能包括在非LOS條件下完成評(píng)價(jià)系統(tǒng)。利用三角測(cè)量可給出在二維平面上的精確定位信息。

　　參考文獻(xiàn)

　　[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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