LoRa定位（二）
繼續上一篇，介紹LoRa地理位置，讓我們來快速看一下基礎的技術。
目前，LoRa使用到達時間差（Time Difference of Arrival，TDOA）來實現地理定位。 要了解它是如何工作的，我們來看看從終端節點到伺服器的數據傳輸步驟。開始，所有的基站或網關共享一個共同的時基，這是重要的。
當任何LoRaWAN設備發送一個數據包時，該數據包被範圍內的所有網關接收，並且每個報文都將報告給伺服器。所有的網關都是一樣的，它們一直在所有通道上接收所有數據速率的信號。 這意味著終端設備上沒有開銷，因為它們不必掃描和連接到特定的網關。 感測器簡單地喚醒，發送數據包，範圍內的所有網關都可以接收它。
然後，所有網關都會將相同的數據包發回到伺服器，使用內置在最新一代網關中的專用硬體和軟體捕獲高精度到達時間。 接下來，伺服器端的演算法比較到達時間、信號強度、信噪比和其他參數來計算終端節點的最可能位置。未來，我們期待混合數據融合技術和地圖匹配增強來改善到達時間差，提高定位精度。
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為了使地理位置準確地工作，需要通過至少三個網關接收到數據包。更多網關的更密集網路會提高定位的精度和容量。
這是因為當更多的網關接收到相同的數據包時，伺服器演算法會收到更多的信息，從而提高了地理位置精度。
現在，我們來討論一下硬體。 網關內部需要下一代的硬體來計算地理位置中使用的一些參數，如高精度的到達時間。Semtech於2016年初創建了網關參考設計，此後在許多網關中成功實現。 它包括了所需的高質量時間戳功能，並且適用於獲得授權的網關合作夥伴。 這樣確保了多個供應商的部署都能一致地工作，提供高質量的時間戳，從而實現最高質量的地理定位服務。需要重點注意的是，地理位置完全依靠網關和網路技術，因此一旦網關升級，地理位置功能就可用於所有設備。
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Semtech還提供了一個地理位置解算程序。通用的解算程序不是專用的應用程序，是與終端節點無關的，為LoRa地理定位服務提供了良好的起點。 另外，定義了一個API，允許系統集成商使用第三方可能提高可用位置精度的解算演算法。通過這種開放的模式，Semtech鼓勵解算技術的創新和發展，確保基於LoRaWAN的地理位置不斷改進。
當數據包到達網關時，它不知道數據包來自哪個終端設備。因此，網關給接每個接受到的數據包加上時間戳，並將其轉發給伺服器。由於訪問地理位置服務是有價值的，所以這些時間戳在網關中通過加密來保護。時間戳被傳輸到網路伺服器，Semtech授權解密功能給網路服務提供商。 網路伺服器提供商可以根據訂閱的服務級別對數據進行解密。
要提供良好位置最大困難之一是減少多路徑傳輸。如上圖所示，一些數據包直接去了網關，有些數據包並沒有但有一個反射信號，其他數據包兩種情況都有。使用更多數據包傳輸來減少多路徑傳輸，可以通過更多的通道、更多的網關、更多天線以及使用機器學習或統計技術。
最後，我們來看看數據的可控參數。
頻率分集。通過在所有可用通道上重複發送一條消息，平均來看地理位置結果有50％的改善。 一個工作在8通道網路上的靜態終端節點在8個不同通道上發送8個數據包后，那麼其結果將提高50％。
部署網關網格的形狀。 網關部署網格的影響約為25％。 一個長的細網格將比一個方格網格差25％。 因此，網路部署應儘可能側重於以方形模式部署網關。
網關分集。 一般來說，接收信號的網關越多，結果越準確。 然而，超過6個網關，地理位置改善開始變得不明顯。 3到4個網關，大概有25％的改善，超過4個網關地理位置改善開始減少。
最後，天線分集。 天線分集對最弱的信號影響最大。因此，如果設備在3個網關上處於接收良好的位置，增加一個弱的第四個網關，天線分集通常會改變在第四個網關上接收到的數據包從不可用到可用。在這種情況下，它可以提供25％的地理位置改善。
編譯/王志傑
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