无线通信定位一体化进展及其在煤矿井下应用分析
目錄
理論基礎
TOA&AOA
TOA 定位方法
?AOA 定位方法
?TOA/AOA 混合定位
TDOA
RSS
標題，摘要，總結
標題：
摘要：
研究背景
大背景：
小背景：
研究內容，成果
潛在研究點
疑問
理論基礎
TOA&AOA
TOA 定位方法
- 測到達時間，需要三個基站畫出三個圓，得到交點。
- 要求發送和接收端是嚴格同步的。
TOA 定位方法，主要是根據測量接收信號在基站和移動臺之間的到達時間，然后轉換為距離，從而進行定位。該方法至少需要三個基站，才能計算目標的位置，其定位示意圖如圖所示。
?三個基站測得與 MS 的距離分別為 r 1 , r 2 , r 3 r_1,r_2,r_3 r1?,r2?,r3?，以各自基站為圓心測量距離為半徑，繪制三個圓，其交點即為 MS 的位置。當三個基站都是 LOS 基站時，一般可以根據最小二乘(LS)算法計算 MS 的估計位置。假設 MS 位的置坐標為 ( x , y ) (x,y) (x,y)， N? 個 BS 的位置坐標為 ( x i , y i ) 根據其幾何意義，則它們之間滿足的關系是
????????????????????????????????????????
?將公式展開，化簡得到????????
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我們要求得坐標 (x,y)，即求得 X。利用最小二乘法可得
展開后 ??????????????????????????????????????????????????????
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?AOA 定位方法
- 測信號到兩個基站的角度，兩個角相交的交點。
- 需要基站具有陣列天線來獲取角度。
- MUSIC/root-MUSIC和ESPRIT是求AOA的經典算法。
AOA 定位方法，主要是測量信號移動臺和基站之間的到達角度，以基站為起點形成的射線必經過移動臺，兩條射線的交點即為移動臺的位置。該方法只需兩個基站就可以確定 MS 的估計位置，其定位示意圖如圖所示。
?
?TOA/AOA 混合定位
?同理利用 LS 算法求解，得到移動臺的位置
TDOA
- 測兩兩基站的到達時間差。也需要三個基站畫出三個雙曲線，得到交點。
- 不需要同步。
RSS
- 一種是基于路徑損耗的，一種是基于RSS作為指紋的。
- 因為傳播存在多徑，第一種精度不高。
- 第二種的話會出現不同的點有相同RSS的情況，而且做指紋時分割區域也不會太小，精度不高。
MiMO
多進多出（MIMO）是為極大地提高信道容量，在發送端和接收端都使用多根天線，在收發之間構成多個信道的天線系統。MIMO系統的一個明顯特點就是具有極高的頻譜利用效率，在對現有頻譜資源充分利用的基礎上通過利用空間資源來獲取可靠性與有效性兩方面增益，其代價是增加了發送端與接收端的處理復雜度。大規模MIMO技術采用大量天線來服務數量相對較少的用戶，可以有效提高頻譜效率。
標題，摘要，總結
標題：
無線通信定位一體化進展及其在煤礦井下應用分析
摘要：
無線通信定位一體化（ILWC）是一種基于硬件資源及軟件信息共享以實現定位與通信功能協同的新型信息技術。通過簡述無線通信技術和定位技術的研究進展，揭示了 ILWC 技術是無線通信系統承載業務拓展的必然結果。給出了不同研究對于 ILWC 技術的定義和內涵，明確了 ILWC 核心思想為“硬件集成，軟件共享”，按照設備復用和深度融合 2 個階段綜述了 ILWC 技術的研究進展。結合煤礦井下場景的特殊性，提出了煤礦井下 ILWC 概念：基于時間、空間、頻譜、計算等資源共享，具有場景自動感知和資源動態自適應分配機制的通信功能和定位功能融合技術。對煤礦井下 ILWC 在大巷、中央變電所、井底車場、采煤工作面等場景的適應性進行了討論，指出井下 ILWC 面臨的挑戰是煤礦井下無線信道復雜性、基站部署不均衡性、井下復雜場景精準判別。
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總結：
（1） ILWC 技術是無線通信系統承載業務拓展的必然結果。將該技術應用到煤礦井下，將有助于
推進礦山智能化建設。
（2） 通過討論煤礦井下 ILWC 應用及特有問題，認為：① 井下通信與定位環境復雜，易受多徑效應影響，如何解決復雜信道環境對 ILWC 的影響是一個巨大挑戰。② 井下基站稀疏場景導致定位信息匱乏，如何解決基站稀疏帶來的定位信息匱乏問題也是嚴峻考驗。③ 井下復雜環境對 ILWC 技術環境感知和資源動態自適應分配提出了較高要求。
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研究背景
大背景：
為了實現井下礦工位置及行為管理，從井下機器人定位和導航等角度出發，已有礦井部署了礦井
實時精確定位系統，并取得了較好效果。這些系統的數據通信功能在硬件上利用了礦井已建設的以太環網設備，但硬件獨立性仍然較強，具體表現在定位基站的硬件設備獨立、定位所用電磁波頻譜獨立。這就意味著，即使在井下已部署通信系統的情況下，部署礦井實時精確定位系統仍需較大的硬件投入，這也導致井下設備維護工作量和系統復雜度增加。
煤礦經過自動化、信息化及當前智能化建設，特別是隨著 5G 技術在井下推廣，煤礦已經建立了基本覆蓋全礦井用以語音通信和數據傳輸的無線通信網絡，部分場所建設了無線節點眾多的傳感器網絡。可預期，為了滿足將來替代礦工的遙控/自主機器人控制及通信需求，井下將存在節點眾多的泛在無線通信網絡。若能利用泛在無線通信網絡的硬件設備和電磁波頻譜實現實時精確定位功能，可在為智能礦山建設提供技術支撐的前提下，減少礦井硬件投入和維護工作量。利用無線網絡實現定位功能正是無線通信定位一體化（Integrated Localizationand Wireless Communication，ILWC）研究的范疇，也是當前研究熱點。本文對 ILWC 技術研究進展及趨勢進行闡述，并對 ILWC 技術在煤礦井下的適用性及面臨的挑戰進行分析
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小背景：
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研究內容，成果
通信功能和定位功能資源使用優先級隨井下場景需求的變化而變化，如：煤礦在日常安全生產過程
中，定位功能所提供的空間信息對智能化精細化安全生產支撐作用大，ILWC 系統一般存在持續穩定的外部電量供給，因此允許定位功能的電量消耗高于通信功能；在災后救援過程中，ILWC 系統往往只能利用內部蓄電池進行電量供給，此時定位功能的電量消耗限制會遠高于應急通信功能
由于 ILWC 通信功能和定位功能共享一套系統，所以將 ILWC 系統部署在井下具有節約總體投資、減少維護工作量的優點。但煤礦井下不同場景所布置的無線通信網絡不同，使用的定位方法也不
同，因此不同場景使用的 ILWC 技術也不同。煤礦井下不同場景 ILWC 技術適用性見表 3
?成果：
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潛在研究點
ILWC 深度融合階段的研究還處于起步階段，現
有研究大多基于地面環境，研究內容及問題也是煤
礦井下 ILWC 需要關注的。實際上，煤礦井下特殊
環境使得定位與通信應用有其特殊性，具體表現在
煤礦井下無線信道復雜性、基站部署不均衡性和井
下場景識別困難導致的問題。
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場景判別機制是煤礦井下 ILWC 對通信與定位
資源優先級分配的技術支撐。由于目前沒有現成的
算法或模型能夠解決煤礦井下工作與非工作場景的
判別問題，所以 ILWC 技術在煤礦井下應用時必須
建立對應模型，提出有效算法，解決正常工作場景與
災后場景的準確判別問題。相比于地面簡單場景，
井下復雜場景的精確判別會是一個巨大挑戰。
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疑問
總結
以上是生活随笔為你收集整理的无线通信定位一体化进展及其在煤矿井下应用分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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