1、实 时 定 位 系 统 关 键 技 术 分 析北 京 航 空 航 天 大 学 杨 东 凯2009年 7月目 录一 、 概 述二 、 主 要 分 类三 、 关 键 技 术四 、 实 验 室 基 础一、概述 实 时 定 位 系 统 （ Real Time Location System） 是 一 种 用 无 线 通 信 技术跟踪资产和人员的、先进的、具有适应性的、经济的解决方 案。广义上来看，任何能提供实时定位的系统都可以称为实时定 位 系 统 （ RTLS） ， 如 GPS、 GALILEO、 北 斗 等 。(在 本 领 域 )通 常 所 说 的 RTLS是 基 于 射 频 识 别 （ Radi
2、o Frequency Identification， RFID） 技 术 ， 可 在 有 限 的 区 域 内 ， 如 企 业 内 部 、 校园、港口、仓库、医院等，对财产、车辆和人员进行精确的实 时跟踪定位。近 几 年 ， 有 源 RFID（ 射 频 识 别 ） 技 术 在 实 时 定 位 系 统 （ RTLS） 中的应用迅速发展。RFID发 展 历 程20世纪50年代 20世纪60 、70年代 20世纪80、90年代实验研究 商业应用 全 面 发 展目 录一 、 概 述二 、 主 要 分 类三 、 关 键 技 术四 、 实 验 室 基 础系统一般由一个控制中心， m个读写器 和k个标签组成
3、。基 于 定 位 设 备 可 分 为 ： 控制中心定位 标签定位控 制 中 心 定 位标签发送信号，由读写器接收数据，并统一传送到控制中心，由 控 制 中 心 进 行 定 位 。1 2ij km-1 m标 签 定 位控 制 中 心 控 制 读 写 器 发 送 信 号 ， 标 签 接 收 信 号 ， 并 计 算 出 标 签 的 位 置 。1 2ij km-1 m基 于 测 距 技 术 定 位 常 用 的 方 法 可 分 为 ： 到达时间 (Time-of-Arrival： TOA) 到达时间差 (Time-Difference-of-Arrival： TDOA) 信号强度测距 (Signal S
4、trength Ranging： SSR) 到达角度测距 (Angle-of-Arrival： AOA)近场电磁测距（NFER）基 于 多 址 方 式 可 分 为 ： 空分复用（Space Division Multiple, SDMA ） 频 分 复 用 （ Frequency Division Multiple, FDMA ） 时分复用（Time Division Multiple, TDMA ） 码分复用（Code Division Multiple, CDMA ）基 于 工 作 频 率 可 分 为 ：中低频（125kHz、225kHz ） 典型作用 距 离 ：高频（13.56MHz）
5、1030cm超高频（433MHz，868/915MHz） 典 型 作 用距离：微波（2.45GHz， 5.8GHz） 315m目 录一 、 概 述二 、 主 要 分 类三 、 关 键 技 术四 、 实 验 室 基 础防碰撞 算 法抗多径 衰 落关键其他 技术到达时刻 精确测量应用环 数 据境建模 安 全3.1 防 碰 撞 算 法 Aloha算法 纯 Aloha算 法 时 隙 Aloha算 法 帧 时 隙 Aloha算 法 动 态 帧 时 隙 Aloha算 法+ 二进树搜索算法 基 于 FM0编 码 的 二 进 制 树 搜 索 算 法 改 进 型 Bit-to-Bit二 进 制 树 搜 索 算
6、法 Query-Tree（ QT） 协 议 确定性前缀 随机前缀混合防碰撞算法、基于 CDMA的防碰撞算法及利用智 能天线技术的防碰撞技术将是今后的重点研究方向。3.2 抗 多 径 衰 落 技 术RTLS应 用 在 室 内 时 多 径 效 应 非 常 明 显 ， 严 重 影 响 定 位 精 度 。 必须建立相应的多径模型，采取抗多径技术以减小这一误 差。抗 多 径 衰 落 技 术+ 均衡技术 线 性 均 衡 （ 实 现 简 单 、 误 差 大 ） 非 线 性 均 衡 （ 判 决 反 馈 均 衡 、 最 大 似 然 序 列 估 计 ）+ 分集接收 空间分集 频率分集 时间分集 RAKE接收3.3
7、 到 达 时 刻 的 精 密 测 量TOA方 案 与 TDOA方 案 中 ， 测 量 的 精 度 直 接 取 决 于 发 射 信 号 与接收信号对应数据位的时间差（可转化为接收信号的到 达时刻）的测量精度。到 达 时 刻 的 精 密 测 量+ 整数部分不存在误差+ 小数部分：精度取决于 AD的位数 N，可达 到 VREF / 2N ；VREF 为AD参考电压3.4 数 据 安 全在与安全有关的应用中，例如出入系统或作为支付手段和 发售机票、车票等，必须采取安全措施以防止“黑客”的 蓄意攻击。互 相 对 称 的 鉴 别数 据 安 全ID识 别 号密 钥 Km密钥Kx 密 钥 Kx用 导 出 密
8、钥 的 鉴 别数 据 安 全加 密 的 数 据 传 输3.5 应 用 环 境 建 模不同的应用环境，对应不同的多径及电磁传播模型；需 要对应用环境建模以减小测量误差。3.6 其 他 关 键 技 术读 写 器 的 布 局 方 式读 写 器 的 组 网 方 式系 统 容 量 的 提 高 （ 采 用 码 分 多 址 等 技 术 ）目 录一 、 概 述二 、 主 要 分 类三 、 关 键 技 术四 、 实 验 室 基 础实验室基础RFID软 件 仿 真 平 台 网络层- 标签布局- 读写器位置- 统计量设置节点层- 链路层- 发射机- 接收机- 天线模型 进程层- 数据处理- 命令发送- 防碰撞算法-
9、 空中接口协议ISO18000-6C标 签 模 型 的 实 现ISO18000-6C读 写 器 模 型 实 现init状 态 是 读 写 器 的 初 始 化 状 态 ， 为 仿 真 注 册 和 初 始 化 统 计 变 量 。 query状 态 用 于 向 发 射 机 发 送 Query 命 令ack状态用于向发射机发送ACK命令queryrep 状 态 负 责 向 发 射 机 发 送 QueryRep命令queryadj 状 态 负 责 向 发 射 机 发 送 QueryAdjust命 令自 动 返 回 到 idle状 态 ， 由 它 负 责 调 配 下 一 步 的 行 动理论计算与仿真分析基 于 Aloha的 ISO18000-6C防 碰 撞 算 法 分 析 最优帧长的选取一致统计模型 仿真测算针对协议识别效率的仿真测试6C协 议 100标 签 在 不 同 帧 长 的 识 别 时 间 6C与 6B协 议 100标 签 识 别 时 间 比 较为 RFID系 统 研 究 提 供 软 件 测 试 与 仿 真 工 具RFID系 系 统 统硬 硬件 件仿 仿真 真实 实 验 验 平 平 台 台 正 正 在 在 研 研 究 究用 DSP实 现 TYPE B/C协 议 部 分 功 能
