阴影衰落对无线传感器测距的误差影响分析

刘明辉 李利民

【摘要】 阴影衰落直接影响无线信号传输特性，因此是决定无线传感器测距精度的重要因素之一。针对这一问题，本文通过数学推导给出了阴影衰落造成的传感器测距误差的理论估计，并通过蒙特卡罗仿真对其进行了验证。结果表明，阴影衰落导致的测距误差线性依赖于参考点与传感器的间距。

【关键词】 无线测距 阴影衰落 IEEE 802.11

Analysis on the Wireless Sensor based Ranging Error Cause of Shadow Fading Minghui Liu， Limin Li（China Academy of Electronics and Information Technology of CETC， Beijing 100041）

Abstract- shadow fading influents on the transmitting characteristic of wireless signal， and therefore it is one of the most important factors of wireless sensor ranging accuracy. Aiming at this problem， this paper presents the theoretical estimated solution of ranging error cause of shadow fading by mathematical derivation. Monte Carlo simulation is adopted to validate the proposed solution， and the result shows that the value of ranging error linearly depends on the distance between reference point and wireless sensor.

Keywords：wireless ranging；shadow fading；IEEE 802.11

一、引言

在军事国防、智慧城市、医疗护理、工业控制等工业自动化系统中，测距与定位具有重要的实际应用价值。考虑到在诸如室内、山区等典型场景，GPS信号衰变较大以至于难以应用，辅助近距离测距与定位手段越来越受到研究者的重视。近年来，随着无线通信技术及微电子技术的飞速发展，传感器节点的成本及功耗不断降低，基于无线传感器网络的测距与定位技术作为无线通信网络的辅助功能得到了广泛的关注[1，2]。

无线信道环境中，通信对端接收信号强度具有位置依赖性。从数学原理上来看，基于传感器信号测距与定位是建立在无线信道模型的基础上，通过观测无线信号对收发端间距进行估计的过程。

测距即相当于对位置的一维相对坐标参量估计，通常是定位的一部分，且二者精度直接相关。相比于基于到达时间（TOA，Time of Arrival）、到达时间差（TDOA，Time Difference of Arrival）等时间相关测距算法，基于接收信号强度（RSSI，Received Signal Strength Indicator）测距算法的优势在于无需改变通信协议，具有良好的普适性。

阴影衰落是大尺度衰落的一种，体现为信号传输路径上遮蔽物造成的叠加在路径损耗上的畸变[3]。……