rssi

定位技術之一

Received Signal Strength Indication接收的信號強度指示,無線發送層的可選部分,用來判定鏈接質量,以及是否增大廣播發送強度。通過接收到的信號強弱測定信號點與接收點的距離,進而根據相應數據進行定位計算的一種定位技術 如無線感測的ZigBee網路CC2431晶元的定位引擎就採用的這種技術、演演算法。接收機測量電路所得到的接收機輸入的平均信號強度指示。這一測量值一般不包括天線增益或傳輸系統的損耗。

與Rx的區別


RSSI:Received Signal Strength Indicator
Rx: Recieived power
最大的區別:Rx是手機側指標;RSSI是基站側指標
兩者是同一概念,具體指(前向或者反向)接收機接收到通道帶寬上的寬頻接收功率。實際中,前向鏈路接收機(指手機)接收到的通常用Rx表示,反向鏈路接收機(指基站側)通常用反向RSSI表示。前向Rx通常用作復蓋的判斷依據(當然還需結合Ec/Io),反向RSSI通常作為判斷系統干擾的依據。下面以反向RSSI為例解釋:
為了獲取反向信號的特徵,在RSSI的具體實現中做了如下處理:在104us內進行基帶IQ功率積分得到RSSI的瞬時值,即RSSI(瞬時)=sum(I^2+Q^2);然後在約1秒內對8192個RSSI的瞬時值進行平均得到RSSI的平均值,即RSSI(平均)=sum(RSSI(瞬時))/8192,同時給出1秒內RSSI瞬時值的最大值和RSSI瞬時值大於某一門限的比率(RSSI瞬時值大於某一門限的個數/8192)。由於RSSI是通過在數字域進行功率積分而後反推到天線口得到的,反向通道信號傳輸特性的不一致會影響RSSI的精度。
對於乾淨的無線電磁環境,電磁底噪水平可以通過一下公式進行計算: PN = 10lg(KTW),對於
CDMA系統來說常溫情況下的底噪水平是-113dBm/1.2288M,考慮5dB的接收機雜訊係數以及2dB的無線環境底噪波動水平,所以正常情況下,RSSI的監測結果應該是-106dBm左右,對於系統負荷的影響,一般最大不超過8dB,也就是-98dBm左右,考慮3dB余量,也就是說在高負荷情況下,如果系統工作正常,RSSI平均水平最大不超過-95dBm,否則就意味著網路有嚴重的反向干擾。
1)其實,RSSI有其專用的單位,RSSI的單位與dBm有公式可以轉換,轉換公式如圖1和圖2所示。
2)電磁底噪水平的計算公式:雜訊基底=-174+10 log(BW) + 雜訊指數。其中BW為頻
帶寬,單位為Hz;雜訊係數為設備引入的熱雜訊。如果要計算CDMA系統1.25MHz帶寬內基站天線接收端的雜訊係數,其計算公式為:雜訊基底=-174+10log(1.25*10^6)=-113dBm。由於天線端並沒有經過有源設備,因此雜訊係數為0。如果計算基站LNA雜訊基底就要加LNA的增益和LNA的雜訊係數。

測距理論


RSSI是射頻信號理論術語,主要應用於發射機和接收機之間的距離測量。該方法是依據接收信號能量強度確定距離,對通信通道參數要求較高。其測距理論是:依據無線電波或聲波在介質中傳輸,信號功率是隨傳播距離衰減的原理。根據信標節點已知信號的發射功率和節點接收的信號功率,通過信號與距離之間的衰減模型,就可以計算出節點間的距離。由於信號傳播的過程中,受到距離和障礙物的影響。信號的功率強度隨之衰減,間接影響精度。所以要求得到良好的精度,短距離才會體現這一點。

定位性能標準


如何判定一個定位方法的準確性、魯棒性,是研究無線感測網路的關鍵。關於定位方法的性能評價標準,將從定位精度,定位區域的規模,節點和信標節點密度,演演算法的容錯性和自適應性,功耗幾個方面闡述。
1)定位精度:一般有相對精度和絕對精度。相對精度是指單位時間的標準偏差,定位偏差越小,定位精確度越高。絕對定位精度是指系統針對命令輸入或理想輸入的輸出,更直觀的說應該叫不確定度,即估計坐標與真實坐標的偏差。
2)規模:不同的演演算法要求,就有不同的規模。可以是房間,超市,機場,整個樓房或者建築物。定位的規模也包括,一個定位系統演演算法,可以同時定位多個目標。
3)信標節點密度:在定位區域內,信標節點人工部署,信標節點的分佈規律可以主觀布置,但是其分佈方式會受到節點感測網路的實際環境影響,另外節點的拓撲結構也會受到限制。一般,定位精度受到信標節點密度影響,其趨勢是隨著密度的增加,定位精度隨之提高。但是也有門限,當節點密度到達某一門限值,精度便不會再提高。
4)節點密度:一般用網路的平均連通度表示。也即是在通信距離範圍內,所有節點接收到信標節點的數據信息的總和。需要注意的是一些定位方式會受到節點密度的影響。
5)容錯性和自適應性:容錯性指在故障存在前提下,定位系統不失效,仍然維持系統正常工作的特性。定位的自適應是指在定位系統處理和分析數據信息時,數據本身根據其特徵自動調節處理方法、順序、參數、約束條件,使其與數據的特徵相適應,達到效果的最優。在定位技術中,定位系統和演演算法都是針對某一特定環境,實驗平台比較理想。然而實際環境複雜,會導致節點失效,從而導致定位精度不高和誤差較大。6)功耗:功耗是實現WSN設計系統的資源損耗,也是定位技術設計實現必須考慮的因素。但感測器節點電源功耗與定位系統演演算法的計算,傳送數據,存儲有關,也就成了影響其定位精度的關鍵指標。