行業(yè)研究報告- lorawan 定位白皮書-文庫吧
2025-06-17 13:41 本頁面
【正文】 以呈現(xiàn)在多個雙曲線上，那么最終這個終端的位置就應該在這些雙曲線的交點處。 定位的精確度與以下幾個因素有關(guān)： 傳播環(huán)境和路徑 網(wǎng)關(guān)部署策略和密度 用于定位的算法 網(wǎng)關(guān)時間同步的精度 終端設備的動態(tài)和結(jié)構(gòu) 2 傳播誤差的影響 在一個多路徑環(huán)境中， LoRaWAN 定位的性能受到網(wǎng)關(guān)時鐘精度的限制。當信號的靈敏度為 25dB 時，定位測試通常能達到超過 3m 的精度。在靈敏度水 平上，噪音可使精確度下降到 60m。 在這些約束條件下，精度很少依賴于接收到的信號電平。在多路徑的情況下，由于系統(tǒng)帶寬被限制為 125 KHz，信號路徑通常難以區(qū)分，只有平均信道延遲可以估計。在某些情況下，直接信號路徑不存在，由于只能看到反射路徑，所以將延遲偏移量引入到幀時間戳中。 （圖 時間戳誤差的統(tǒng)計） 圖 42 顯示了不同傳播場景下時間戳誤差的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。這些測量數(shù)據(jù)從移動車輛測試中獲得，并使用 GPS 估算時間戳誤差。城市場景比其他場景數(shù)據(jù)點少 (20xx對比 10000)，這也解釋了為什么代表城市的曲線長得 “ 更難看 ” 。從車輛到網(wǎng)關(guān)的平均距離為 。 總體來說，時間戳總是滯后的。要注意，時間戳誤差可能是負的，但它們永遠不會小于 1/帶寬 (絕不低于系統(tǒng)的基本分辨率 )。我們可以利用偏差將時間戳誤差分類，這個偏差就是平均誤差，并在這個平均值附近傳播。隨著傳播環(huán)境惡劣，偏差增大，傳播變寬。 有多種方法可以減少時間 戳誤差： ? 在不同的頻點下重復幀 ? 增加基站的天線（通常是兩個） ? 增加網(wǎng)關(guān)部署的密度，可增加可用樣本的數(shù)量和視距測量的機會 ,從而提高TDOA 的準確性 ? 降低基站的延遲幀的時間戳 ? 引入帶外傳播誤差修正，以減輕多路徑（模擬，預測，校準或指紋識別） 定位求解器的設計的目的是為了減少多路徑。求解器將選擇進行處理的時間戳的隊列集，而忽略剩余的。然后求解器通過數(shù)據(jù)的求解，得到終端設備的位置。多路徑傳播從根本上限制了系統(tǒng)的精確度，但基站部署策略也起著重要的作用。 3 部署策略的影響 和其他無線電系統(tǒng) 一樣（例如 GPS， LORAN） LoRaWAN 定位的精確性取決于網(wǎng)關(guān)與終端設備的位置關(guān)系。用于確定網(wǎng)關(guān)部署質(zhì)量的指標是幾何精度因子 (Geometric Dilution Of Precision， GDOP)，這是對接收網(wǎng)關(guān)相對幾何的 “ 優(yōu)勢 ” 的度量。 每一次由定位求解器計算的差異定義了一個雙曲曲線。雙曲線是開放的曲線，所以當終端設備相對于基站處于不合適的位置時，雙曲線的交叉會導致誤差放大。 GDOP 可以捕獲這個誤差的放大系數(shù)，它只依賴于基站和終端設備的幾何位置關(guān)系。對于二維坐標內(nèi)的定位，我們引入水平 DOP (HDOP，水平精度因子 )。當 HDOP是 1 時，代表沒有誤差放大；如果基站顯示了一個時間戳 60m（即 200ns）的不確定性，那么最終定位的不確定性就是 60m。當 HDOP 是 2 時，最終的不確定性就是 120m。當基站部署密度很高， HDOP 也可以低于 1。 （圖 HDOP 地圖） 圖 43 模擬 6 個基站部署的 HDOP 地圖。圖中點代表網(wǎng)關(guān)，等高線區(qū)域為 HDOP顯示區(qū)。 中間區(qū)域， HDOP 大于 1 并一直向兩側(cè)增大到大于 8。在由網(wǎng)關(guān)組成的多邊形之外區(qū)域， HDOP 的增長非常快。而高 HDOP 大大降低了定位的準確性。 在常規(guī)空間中的白色不確定區(qū)域，既描述了位置誤差的振幅，也描述了誤差的方向 (沿徑向指向多邊形的中心 )。請注意地圖的東側(cè)，即使是在網(wǎng)關(guān)多邊形區(qū)域中，HDOP 也會帶著較大的誤差沿著南北軸達到 2。這是由于沿該軸的網(wǎng)關(guān)密度較低。 這里需要提到的是，并不是基站的位置越近，定位效果就越好；最重要的是基站位置布局策略。與矩形的中間相比，在四個網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的正方形中間位置的定位精度會更好 。 在覆蓋多邊形之外的糟糕表現(xiàn)應該是部署策略的問題。所以對于小規(guī)?；蛟圏c定位部署，強烈建議引入 HDOP 并進行網(wǎng)關(guān)位置選擇優(yōu)化。 4 時間誤差的影響 GPS 的接收質(zhì)量同樣也會影響精度。對于移動服務提供商來說，靠近手機站點的基站可能會經(jīng)歷周期性的 GPS 阻塞，因此必須使用特殊的天線。 在城市中低矮的屋頂或廣告牌上安裝的基站也會受到較少衛(wèi)星的 “ 城市峽谷 ”效應的影響。當 GPS 接收質(zhì)量良好時，時基誤差大約為 25ns (10m)。 GPS 并不
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