基于費(fèi)歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的ap布置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線電通信技術(shù)，具體涉及一種基于費(fèi)歇爾信息矩陣指紋定位精度基 本限的AP布置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著可移動(dòng)設(shè)備越來越廣泛的應(yīng)用W及無線網(wǎng)絡(luò)的普及，用戶對(duì)信息的即時(shí)性和 就地性的需求越來越強(qiáng)烈，因此基于位置的服務(wù)也備受關(guān)注。目前較為流行的無線定位系 統(tǒng)有全球定位系統(tǒng)GPS(Global化sitioning System)、蜂窩定位系統(tǒng)、藍(lán)牙定位系統(tǒng)、射頻 識(shí)別 RFID(Radio Rrequen巧 Identification)定位系統(tǒng)、Zi濁ee 定位系統(tǒng)W及 Wi-Fi 定 位系統(tǒng)。其中GI^S系統(tǒng)目前應(yīng)用最為廣泛，室外定位精度較高，但是單衛(wèi)星信號(hào)在障礙物較 多的環(huán)境下，如高樓林立的城市街道或室內(nèi)，信號(hào)會(huì)急劇減弱，導(dǎo)致系統(tǒng)難W工作；蜂窩無 線定位系統(tǒng)的定位精度較低，室外定位誤差通常大于50米，對(duì)于定位精度要求較高的室內(nèi) 場景無法適用；藍(lán)牙、RFID和Zi濁ee技術(shù)一般比較適用于近距離定位的環(huán)境。因此，上述 定位技術(shù)不具有普適性，而需要尋找一種新的定位技術(shù)來代替或彌補(bǔ)各自的不足。同時(shí)，無 線局域網(wǎng)的不斷普及給了 Wi-Fi定位技術(shù)很大的發(fā)展機(jī)會(huì)。
[0003] 在Wi-Fi定位系統(tǒng)中，位置指紋定位算法的精度較高且不需要添加額外的設(shè)備， 從而得到了較為廣泛的應(yīng)用?；谖恢弥讣y定位算法主要分為兩個(gè)階段：離線階段和在線 階段。離線階段，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)選擇合適的參考點(diǎn)，并在參考點(diǎn)處測量來自每個(gè)AP的信號(hào) 強(qiáng)度值，建立指紋數(shù)據(jù)庫。在線階段，利用定位算法對(duì)接收端實(shí)時(shí)測量得到的信號(hào)值與指紋 數(shù)據(jù)庫中已保存的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，估計(jì)終端位置。
[0004] 由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜多變，因此位置指紋定位算法的性能受多方面因素的影響。通 過分析對(duì)比影響位置指紋定位算法性能的因素，AP擺放位置對(duì)于定位誤差有較大影響。在 現(xiàn)有算法中，為了優(yōu)化AP擺放位置，其主要關(guān)注的有信號(hào)覆蓋范圍，服務(wù)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)吞吐 量，信號(hào)傳輸速率W及覆蓋范圍內(nèi)的信號(hào)差異性等因素。然而，現(xiàn)有算法沒有能夠很好地描 述AP擺放位置與位置指紋定位算法精度的數(shù)學(xué)依賴關(guān)系。因此，有必要開發(fā)一種基于費(fèi)歇 爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于費(fèi)歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方 法，能對(duì)AP位置進(jìn)行優(yōu)化，W提高位置指紋定位算法的精度。
[0006] 本發(fā)明所述的基于費(fèi)歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法，包括W 下步驟：
[0007] 步驟一、利用費(fèi)歇爾信息矩陣的特性，計(jì)算基于費(fèi)歇爾信息矩陣位置指紋精度基 本限V ( 0 )，并將其作為基于模擬退火算法AP布置優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)f (W);
[0008] 步驟二、選定AP所有可能擺放位置，并將每個(gè)AP位置定義為模擬退火算法的一個(gè) 可能目標(biāo)解W ;
[0009] 步驟H、設(shè)置初始溫度T。，降溫速度a w及終止溫度L;
[0010] 步驟四、隨機(jī)生成AP擺放位置初始解W，并計(jì)算當(dāng)前AP擺放位置下的精度基本限 f (W),當(dāng)自U溫度T = T。；
[0011] 步驟五、擾動(dòng)產(chǎn)生AP擺放位置新解W，并計(jì)算當(dāng)前AP擺放位置下的精度基本限 f (W'）；
[001引步驟六、計(jì)算 A f, A f = f (W'）-f (W);
[0013] 步驟走、判斷A f是否大于0 ;若是，則進(jìn)入步驟八；若否，則進(jìn)入步驟九；
[0014] 步驟八、生成一個(gè)0到1的隨機(jī)數(shù)，然后判斷cxp(-^)是否大于該個(gè)隨機(jī)數(shù)；若 是，則進(jìn)入步驟九；若否，則進(jìn)入步驟十；
[00巧]步驟九、接受AP擺放位置的新解，即W = W'，f (W) = f (W'）；
[0016] 步驟十、判斷是否達(dá)到迭代次數(shù)N ;若是，則進(jìn)入步驟十一；若否，則迭代次數(shù)加1， 進(jìn)入步驟五；
[0017] 步驟十一、判斷當(dāng)前溫度T是否大于終止溫度；若是，則進(jìn)入步驟十二；若否，則進(jìn) 入步驟十H;
[0018] 步驟十二、緩慢降低溫度，即T = TXa，令迭代次數(shù)為N，進(jìn)入步驟五；
[0019] 步驟十H、運(yùn)算結(jié)束，返回最優(yōu)的AP布置坐標(biāo)；
[0020] 所述步驟一中基于費(fèi)歇爾信息矩陣位置指紋精度基本限V( 0 )為利用費(fèi)歇爾 信息矩陣計(jì)算得到位置指紋定位的精度下限，即平方位置誤差界；e表示用戶位置0 = (x，y) ;w表示AP布置位置。
[0021] 所述步驟一中，基于費(fèi)歇爾信息矩陣位置指紋精度基本限v( 0)為：
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于費(fèi)歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法，其特征在于，包括以 下步驟： 步驟一、利用費(fèi)歇爾信息矩陣的特性，計(jì)算基于費(fèi)歇爾信息矩陣位置指紋精度基本限 V ( Θ )，并將其作為基于模擬退火算法AP布置優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)f (w); 步驟二、選定AP所有可能擺放位置，并將每個(gè)AP位置定義為模擬退火算法的一個(gè)可能 目標(biāo)解w ; 步驟三、設(shè)置初始溫度Ttl，降溫速度a以及終止溫度Ts; 步驟四、隨機(jī)生成AP擺放位置初始解w，并計(jì)算當(dāng)前AP擺放位置下的精度基本限 f (W),當(dāng)前溫度T = Ttl; 步驟五、擾動(dòng)產(chǎn)生AP擺放位置新解w'，并計(jì)算當(dāng)前AP擺放位置下的精度基本限 f (w'); 步驟六、計(jì)算 Δ?·，Af = f(w'）-f(w); 步驟七、判斷△ f是否大于〇 ;若是，則進(jìn)入步驟八；若否，則進(jìn)入步驟九； 步驟八、生成一個(gè)O到1的隨機(jī)數(shù)，然后判斷exp(-f )是否大于這個(gè)隨機(jī)數(shù)；若是，則 進(jìn)入步驟九；若否，則進(jìn)入步驟十； 步驟九、接受AP擺放位置的新解，即w = w'，f (w) = f(w'）； 步驟十、判斷是否達(dá)到迭代次數(shù)N ;若是，則進(jìn)入步驟十一；若否，則迭代次數(shù)加1，進(jìn)入 步驟五； 步驟十一、判斷當(dāng)前溫度T是否大于終止溫度；若是，則進(jìn)入步驟十二；若否，則進(jìn)入步 驟十三； 步驟十二、緩慢降低溫度，即T = TXa，令迭代次數(shù)為N，進(jìn)入步驟五； 步驟十三、運(yùn)算結(jié)束，返回最優(yōu)的AP布置坐標(biāo)； 所述步驟一中基于費(fèi)歇爾信息矩陣位置指紋精度基本限V( Θ )為利用費(fèi)歇爾信息矩 陣計(jì)算得到位置指紋定位的精度下限，即平方位置誤差界；Θ表示用戶位置Θ = (x，y) ;w 表不AP布置位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于費(fèi)歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法，其 特征在于： 所述步驟一中，基于費(fèi)歇爾信息矩陣位置指紋精度基本限V( Θ )為：
其中，η表示整個(gè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)參考點(diǎn)的個(gè)數(shù)；
a ik表示第i個(gè)用戶位置與第k個(gè)AP位置連線與地面的夾角；m表示AP的個(gè)數(shù)；Θ i表 不第i個(gè)用戶的位置^i= (XiJi) =^(Xi-A) Y+(.v,.-.Vi.; Xi和Yi表不第i個(gè)用戶 (1〇/? V 的橫、縱坐標(biāo)；Xk和yk表示第k個(gè)AP的橫、縱坐標(biāo)；P= ; 〇表示服從高斯分布 V σ In 10 J 噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差；β表示傳播模型中，路徑損耗指數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于費(fèi)歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法，通過分析費(fèi)歇爾信息矩陣的特性，利用其計(jì)算指紋定位精度基本限；采用定量分析不同AP擺放位置對(duì)指紋定位精度基本限的影響，根據(jù)AP擺放位置與基于費(fèi)歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的關(guān)系，利用模擬退火算法對(duì)AP位置進(jìn)行優(yōu)化；本發(fā)明提高了位置指紋定位算法的精度。
【IPC分類】H04W16-18
【公開號(hào)】CN104661232
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410609167
【發(fā)明人】周牧, 邱楓, 田增山, 蔣青, 周非, 范馨月, 張巧, 向銘
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2014年10月31日