文/劉永俊、餘西西、楊暉
當人們處於乙個陌生的環境時，往往最迫切想要知道的一件事就是：「我在**？」獲取這個問題答案的過程，就是定位。早在遠古時代，人們就已經學會通過太陽、星辰來辨認自己的方位；四分儀、六分儀的發明，讓大航海時代那些狂熱的淘金者們在茫茫汪洋中能確知航行的經緯度；而到了21世紀的今天，人們則普遍採用智慧型手機的地圖導航來確定自己所在的位置與行駛路線。
人們對定位應用的需求隨著技術的高速發展而變得更加多樣化，特別是在物聯網業務蓬勃發展的今天：在工廠，管理者希望精確追蹤貴重物資和生產裝置；在火場，消防員在濃煙滾滾中需要實施有效救援；在醫院，價值千百萬的貴重醫療裝置需要管控；行車中，駕駛者希望獲取最暢通的路線和最近的空閒車位；在商場裡，消費者希望得到精準的商鋪和貨品定位，銷售者也希望實現精準的廣告推送；智慧型家居的實現，離不開精準定位使用者的歸來；父母最迫切的希望，是知曉在人群裡亂跑的孩子的行蹤……定位應用遍布工業領域、行業領域和消費者領域，幾乎何處有物聯，何處就需要定位。
近年來，物聯網領域對於定位應用的研發熱潮越演越烈。當前定位領域的主流技術包括蜂窩網、衛星、zigbee、藍芽、超寬頻和wifi等。蜂窩網上百公尺的定位精度無法滿足物聯網小尺度定位的要求，而衛星定位的致命缺陷是基本無法在室內收到可用的訊號。zigbee、藍芽和超寬頻等短距離無線通訊技術雖然適合應用場景的定位要求，但是，超寬頻技術成本過高，難以推廣，zigbee和藍芽定位精度只有5～10公尺左右，其頻寬限制使二者在未來也難有較大的提公升。
而wifi在定位方面有著得天獨厚的頻寬優勢，其也在向更高頻寬和多天線的方向演進，更高的頻寬意味著更好的測時/測距解析度，更多天線的支援意味著為測角引入更多維度，從而顯著提高定位的精度。wifi的另乙個優勢是其在現實中的商業成功會產生良性迴圈，對其它領域的應用形成正向驅動——wifi晶元早已是智慧型手機的標配，而wifi接入點已有大量部署，這些現成的基礎設施將為定位應用的商業推廣提供便利，wifi的日益廣泛應用還會進一步降低其成本。
然而，wifi室內定位還未廣泛應用於物聯網領域，主要受困於4個方面。
解決方案無普適性
物聯網領域定位應用多在室內環境，如商場、展覽館等**巨大的公共場所，定位訊號傳播過程中易受干擾、衰減，進而影響精度，而且裝置器件精度的差異、場所內物品的擺放都會引起定位偏差，不同的室內環境更是如此。這導致了定位解決方案的複雜多樣，也會帶來額外的成本開銷。
解決方案的後期維護成本太高
定位方案通常基於測距或指紋兩類技術，基於測距的技術需要額外部署錨點並記錄錨點的位置，往往還要通過大量測試進行通道建模，導致成本過高；而基於指紋的技術需要事先採集大量實地資料，由於定位環境的差異，指紋採集自動化率低，往往極其耗費人力，同時指紋採集的顆粒度與定位精度相關，定位精度越高意味著資料維護成本也越高。更令人困擾的是，環境的輕微變化、錨點的變動都會影響定位環境而需要指紋庫的維護，從而增加維護成本。
產業鏈不成熟導致成本較高
定位應用的產業鏈，涉及到終端定位裝置商、地圖管理方、定位整體方案整合方、後端定位應用開發方和定位服務運營方等多個產業環節，然而他們幾乎各自為政，產業鏈生態圈尚處於初級階段，還未到達產業鏈成熟的低成本階段。
定位精度還不能滿足物聯網領域的需求
主要原因是wifi設計之初只考慮了通訊的需求，定位只是後來的乙個附加功能。如果將前3個原因歸納為成本過高，長遠來看，成本的限制可能隨著技術發展的完善而漸漸消失，因此，提高定位精度將是迫切需要解決的重要課題。
雖然wifi應用於定位具有良好的前景，但其精確定位的潛力並沒有很好地發掘出來。而新應用尤其是物聯網相關應用的迅猛發展，使得定位精度的相對落後變成了乙個桎梏。因此，很有必要基於wifi技術進行改造，釋放其在高精度定位方面的潛力。讓我們將目光投向那些有可能提公升wifi定位精度的新技術。
公釐波頻段技術
公釐波是指頻率在30ghz～300ghz的電磁波，因衰減較大且一些頻段的電波易被大氣吸收而被認為不適用於遠距離無線通訊，但由於其豐富的頻譜資源，以及通過微蜂窩的密集部署可以縮小通訊範圍，使得短距離通訊的問題也不再成為阻礙，因此被列為5g通訊的主要發展技術點之一，同時也被ieee 802.11標準組列入下一代60g通訊標準——這使得基於wifi的公釐波技術變得極具期待性。公釐波頻段提供的超高頻寬能夠保證更高的測時分辨粒度，而且，公釐波波束窄，角度解析度高，更適合高精度室內定位。儘管公釐波傳輸距離短、對遮擋和移動敏感，以及缺乏組網管理引入的干擾等等會影響定位的準確性和穩定性，但其與wifi技術融合，將有可能克服這些缺陷。
精準測時機制（fine timing measurement，ftm）
當前，基於toa/tdoa測時/測距的技術也是定位技術手段之一，理論上可以獲得較高的定位精度，但依賴於較高的訊號頻寬。而在ieee 802.11新發布的標準修訂中定義了ftm機制，用於支援精確時間測量，測時粒度單位為0.1ns，這就意味著基於此協議的wifi技術可以通過精準測時，使測距粒度可以達到3厘公尺。在新的標準演進中，將會討論更精確的時間測量機制。
csi技術（channel state information）
csi是針對wifi物理層的ofdm技術，能夠在子載波的粒度上提供無線訊號經歷空間傳播後的幅度和相位變化資訊，這就意味著更底層、更穩定的通道資訊和更高的空間解析度，進而對應著更穩定、更精準的定位效能，可以克服目前廣泛使用的rssi定位因訊號不穩定帶來的定位效能差的缺陷。當然，csi技術也有技術難點——理想的csi值是對訊號所經歷空間通道的時/頻響應的準確反映，但由於收端和發端在時間、頻率和相位等維度無法做到完美同步，同步誤差會導致csi值被「汙染」而難以直接用作位置特徵，如何對獲取的csi進行淨化處理就成為當前的研究熱點。目前，已有研究團隊在實驗室環境下利用csi指紋實現了約1公尺的定位精度，這意味著，基於wifi的csi技術會成為高精度wifi定位的突破方向之一。
公釐波和ftm技術讓wifi支援厘公尺級定位精度成為可能，使得wifi不僅可應用於消費者領域，也將會越來越受到對定位精度有苛刻要求的工控、安防等行業領域的青睞，比如，未來採礦挖掘機可利用wifi來進行精準作業，大型倉庫中可通過wifi來精確定位小型貨物等。而csi技術則會進一步提高現有基於指紋技術的定位方案的精度，將使用者體驗提公升到新的高度，比如，可達到亞公尺級精度的超市貨架定位、室內導航和安全監控解決方案將指日可待。這些新興技術均需要對wifi的底層技術進行修改，釋放wifi在高精度定位方面的潛力。可以想象，融合了以公釐波、精確測時、csi等為代表的新興技術之後的wifi，在不久的將來，一定會成為普適的定位解決方案首選，以其優異的定位效能引爆物聯網的萬千應用。 ）
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