Luận án tiến sĩ nghiên cứu phát triển hệ thống định vị vô tuyến trong nhà sử dụng anten điều khiển búp sóng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÙI THỊ DUYÊN

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN
TRONG NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội – 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÙI THỊ DUYÊN

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN
TRONG NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9520216

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN QUỐC CƯỜNG

Hà Nội – 2019

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này
là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian là nghiên cứu sinh. Các
kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được các tác giả khác công
bố. Các thông tin trích dẫn trong luận án là trung thực, được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 02 tháng 12 năm 2019
Người hướng dẫn khoa học

Tác giả luận án

PGS.TS. Nguyễn Quốc Cường

Bùi Thị Duyên

i


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Nguyễn Quốc
Cường, TS. Lê Minh Thùy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết để trực tiếp hướng dẫn,
định hướng, tạo động lực nghiên cứu và hỗ trợ nghiên cứu sinh về mọi mặt để hoàn
thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và các đồng nghiệp thuộc Khoa Kỹ
thuật điều khiển và Tự động hóa, Trường Đại học Điện lực đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp, Viện Điện,
Phòng Đào tạo, thuộc trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ về mặt chuyên
môn và hỗ trợ các thủ tục trong quá trình học tập, hoàn thành luận án.
Xin trân trọng cảm ơn Bộ môn Thông tin vô tuyến, khoa Điện tử Viễn thông,

trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội và TS. Phan Hồng Phương,
phòng thí nghiệm IMEP-LAHC, Đại học Grenoble, Pháp luôn giúp đỡ về đo kiểm
các mẫu anten và các mạch điện tử cho luận án.
Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thành viên nhóm
nghiên cứu thuộc phòng Lab – RF3I, Viện Điện, các bạn bè và đồng nghiệp đã quan
tâm giúp đỡ, động viên tôi trong thời gian vừa qua.
Cuối cùng, tôi xin gửi những tình cảm yêu quý nhất đến các thành viên trong
gia đình, những người luôn động viên, hỗ trợ tôi về mọi mặt để tôi hoàn thành luận
án này.

ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC ........................................................ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. ix
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... xii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1
2. Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu của luận án ....................... 1
3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................. 1
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài ............................................................................. 1
5. Những đóng góp chính của luận án ................................................................ 1
6. Cấu trúc nội dung của luận án ........................................................................ 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG

NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG .......................................... 1
1.1. Tổng quan về các hệ thống định vị vô tuyến trong nhà ............................. 1
Hệ thống định vị vô tuyến sử dụng anten truyền thống ........................... 1
Hệ thống định vị vô tuyến sử dụng anten điều khiển búp sóng ............... 1
Kết luận .................................................................................................... 1
1.2. Các cấu hình định vị ...................................................................................... 1
Cấu hình tự định vị ................................................................................... 1
Cấu hình định vị từ xa .............................................................................. 1
1.3. Sơ đồ khối chức năng của hệ thống định vị ................................................ 1
Đối tượng .................................................................................................. 1
Khối đo tham số vị trí ............................................................................... 1
Thuật toán xác định vị trí đối tượng ......................................................... 1
Hiển thị vị trí ............................................................................................ 1
1.4. Các kỹ thuật định vị ...................................................................................... 2
Tham số vị trí............................................................................................ 2
Phương pháp định vị................................................................................. 2
1.5. Anten và anten điều khiển búp sóng trong hệ thống định vị vô tuyến ..... 2
iii


Anten và anten mảng ................................................................................ 2
Anten điều khiển búp sóng trong hệ thống định vị vô tuyến ................... 2
1.6. Kết luận chương 1 ......................................................................................... 2
HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN BA TRẠM TRONG NHÀ ... 2
2.1. Giới thiệu chương .......................................................................................... 2
2.2. Giải pháp anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt hẹp.................. 2
Giải pháp thiết kế anten phần tử lưỡng cực mạch in ................................ 2
Thiết kế bộ dịch pha vi dải sử dụng ma trận Butler ................................. 2
Kết quả anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt hẹp ..................... 2
2.3. Thực nghiệm hệ thống định vị ba trạm sử dụng anten điều khiển búp sóng

dải quạt hẹp ........................................................................................................... 2
Cấu hình và hoạt động của hệ thống ........................................................ 2
Thử nghiệm các phương pháp định vị ...................................................... 2
Kết luận và đánh giá hệ thống .................................................................. 2
2.4. Kết luận chương 2 ......................................................................................... 2
HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ ĐƠN TRẠM
SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG .................................................... 2
3.1. Giới thiệu chương .......................................................................................... 2
Hệ định vị đơn trạm sử dụng AĐKBS mảng pha ..................................... 2
Hệ định vị đơn trạm sử dụng AĐKBS chuyển búp .................................. 2
3.2. Giải pháp thiết kế anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt rộng .. 2
3.3. Giải pháp thiết kế anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân cực tròn
2
Anten phân cực tròn sử dụng kỹ thuật quay tuần tự................................. 2
Thiết kế anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân cực tròn ............... 2
3.4. Thực nghiệm hệ thống định vị đơn trạm tích hợp anten điều khiển búp
sóng mảng pha dải quạt rộng .............................................................................. 2
Cấu hình và hoạt động của hệ thống ........................................................ 2
Thử nghiệm các phương pháp định vị ...................................................... 2
Kết luận và đánh giá hệ thống .................................................................. 2
3.5. Thực nghiệm hệ thống đơn trạm tích hợp anten điều khiển búp sóng
chuyển búp phân cực tròn ................................................................................... 2
Cấu hình hệ thống..................................................................................... 2
Phương pháp định vị dấu vân tay ............................................................. 2
Kết luận và đánh giá hệ thống .................................................................. 2
iv


3.6. Kết luận chương 3 ......................................................................................... 2
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN ................................................................... 3

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................. 5
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 6

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
viết tắt
ANN
AoA
AP
BGI
BW
CSI
DoA
ESPRIT
FNBW
HPBW
IPS
ISM
KNN
LoS
LS
MAC
ML
MSoS
MUSIC
MVDR
NICs

PoA
QPD
RB
RF
RFID
RP
RSS
RSSI

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Artificial Neural Networks
Mạng trí tuệ nhân tạo
Angle of Arrival
Góc tới
Access Point
Điểm truy cập
Bilateral Greed Iteration
Lặp tham lam
Bandwidth
Độ rộng băng thông
Channel State Information
Thông tin trạng thái kênh
Direction of Arrival
Hướng góc tới
Estimation of Signal Parameters via Ước lượng tham số tín hiệu dựa
Rotational Invariance Technique
vào kỹ thuật bất biến quay

First Null Power Beamwidth
Độ rộng không đầu tiên
Half Power Beamwidth
Độ rộng búp sóng nửa công suất
Indoor Positioning System
Hệ thống định vị trong nhà
Industrial, Scientific and Medical Công nghiệp, khoa học và y tế
K-Nearest Neighbors
K hàng xóm gần nhất
Line-of-Sight
Truyền thẳng
Least Squares
Bình phương tối thiểu
Medium Access Control
Điều khiển truy cập môi trường
Maximum Likelihood
Hợp lý nhất
Tổng bình phương khoảng cách
Minimizes the Sum of Square
nhỏ nhất
Multiple Signal Classification
Phân loại tín hiệu đa đường
Minimum Variance Distortionless Đáp ứng không méo phương sai
Response
cực tiểu
Network Interface Cards
Bo mạch giao diện mạng
Phase Of Arrival
Pha tới
Quadrature Power Divider

Bộ chia đôi nguồn vuông pha
Router Board
Bộ định tuyến
Radio Frequency
Sóng vô tuyến
Radio Frequency Identification
Định danh bằng sóng điện từ
Remote-Positioning
Định vị từ xa
Received Signal Strength
Cường độ tín hiệu thu
Received Signal Strength Indicator Chỉ số cường độ tín hiệu thu

vi


SR
SSID
SVD
TDoA
ToA
UWB
VSWR
Wi-Fi

Space and Frequency Division Đa truy cập theo không gian và tần
multiple access
số
Sequential Rotated
Quay tuần tự

Service Set Identifier
Mã định danh dịch vụ
Singular Value Decomposition
Phân tích giá trị riêng
Time Difference of Arrival
Độ lệch thời gian tới
Time of Arival
Thời gian tới
Ultra-WideBand
Băng thông siêu rộng
Voltage Standing Wave Ratio
Tỷ số điện áp sóng đứng
Wireless Fidelity
Truy cập mạng không dây

WKNN

Weighted K-nearest neighbor

SFDMA

AĐKBS
CSDL
ĐT
ĐVTX
ĐVTXGT
LC-ĐaH
LC-DâX
LC-ĐiH
TĐV

TĐVGT

K hàng xóm gần nhất có trọng số
Anten điều khiển búp sóng
Cơ sở dữ liệu
Đối tượng
Định vị từ xa
Định vị từ xa gián tiếp
Lưỡng cực mạch in đa hướng
Lưỡng cực mạch in dẫn xạ
Lưỡng cực mạch in định hướng
Tự định vị
Tự định vị gián tiếp

vii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC
TT

Ký hiệu

Mô tả

1

k

Hệ số sóng trong không gian tự do (k = 2π/)

2

εr

Hằng số điện môi

3

εeff

Hằng số điện môi hiệu dụng

4

θ

Góc quay búp sóng

5

ϕ

Góc phương vị

6



Hệ số tổn hao

7

φ

Góc lệch pha

8



Bước sóng trong không gian tự do

9

g

Bước sóng trong môi trường

10



Hệ số sóng trong môi trường ( = 2π/g)

11

φ

Pha ban đầu

12

Z0

Trở kháng đặc trưng của đường truyền

13



Tham số ước lượng

14

(.)T

Ma trận chuyển vị

15

(.)-1

Ma trận nghịch đảo

16



Tổng

17

Γ

Hệ số phản xạ

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hình ảnh khái quát về hệ thống định vị vô tuyến trong nhà 2012-2017. ... 1
Hình 1.2: Tổng hợp các hệ thống định vị vô tuyến tiêu biểu sử dụng anten truyền
thống và anten điều khiển búp sóng những năm gần đây........................................... 1
Hình 1.3: Phân loại hệ thống định vị dựa trên cấu hình hệ thống định vị vô tuyến ... 1
Hình 1.4: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống định vị vô tuyến ................................ 1
Hình 1.5: Khối đo tham số vị trí ................................................................................. 1
Hình 1.6: Các kỹ thuật định vị được sử dụng trong luận án....................................... 2
Hình 1.7: Mô hình truyền sóng tồn tại hiệu ứng đa đường ........................................ 2
Hình 1.8: Xác định vị trí đối tượng dựa vào hai góc tới thu được từ hai trạm ........... 2
Hình 1.9: Định vị dựa vào góc của tín hiệu tới khi tồn tại sai lệch. ........................... 2
Hình 1.10: Xác định vị trí đối tượng trong hệ định vị hai chiều ................................ 2
Hình 1.11: Các trường hợp có thể xảy ra ở phương pháp giao khoảng cách ba trạm 2
Hình 1.12: Các trường hợp có thể xảy ra giữa hai đường tròn................................... 2
Hình 1.13: Xác định điểm thứ hai trong thuật toán BGI là M2 .................................. 2
Hình 1.14: Thuật toán MinMax xác định vị trí đối tượng từ bốn trạm ...................... 2
Hình 1.15: Hệ định vị dựa vào khoảng cách và hướng sóng tới ................................ 2
Hình 1.16: Hệ định vị theo phương pháp dấu vân tay ................................................ 2
Hình 1.17: Sơ đồ hướng bức xạ và góc lệch pha giữa các phần tử trong mảng ......... 2
Hình 1.18: Sơ đồ khối của AĐKBS chuyển búp N phần tử. ...................................... 2
Hình 1.19: Sơ đồ khối của anten điều khiển búp sóng mảng pha với N phần tử. ...... 2

Hình 2.1: Lưỡng cực mạch in tiếp điện trung tâm và lưỡng cực dây tương đương ... 2
Hình 2.2: Cấu trúc anten lưỡng cực mạch in đẳng hướng.......................................... 2
Hình 2.3: Cấu trúc của anten LC-ĐaH tích hợp balun hình chữ “J” và sơ đồ tương
đương của balun. ........................................................................................................ 2
Hình 2.4: Kết quả mô phỏng, đo của hệ số S11 và giản đồ bức xạ của anten LC-ĐaH
.................................................................................................................................... 2
Hình 2.5: Hình ảnh anten LC-ĐaH được chế tạo ....................................................... 2
Hình 2.6: Cấu trúc của anten LC-ĐiH và hình ảnh chế tạo........................................ 2
Hình 2.7: Hệ số S11 mô phỏng, đo và giản đồ bức xạ của anten LC-ĐiH .................. 2
Hình 2.8: Hình ảnh nguyên lý và chế tạo của anten LC- DâX ................................... 2
Hình 2.9: Hệ số S11 và giản đồ bức xạ của anten LC- DâX tại dải tần 2,45GHz ....... 2
Hình 2.10: Cấu trúc anten LC-DâX nhiều chấn tử dẫn xạ và hệ số S11 của các anten
lưỡng cực tại dải tần 5GHz ......................................................................................... 2
Hình 2.11: Giản đồ bức xạ của các anten LC-ĐaH, LC-ĐiH, LC-DâX gồm 2, 8 chấn
tử dẫn xạ tại dải tần 5GHz .......................................................................................... 2
Hình 2.12: Cấu trúc chung của ma trận dịch pha Butler N×N ................................... 2
ix


Hình 2.13: AĐKBS mảng pha sử dụng ma trận Butler với N = 4 ............................. 2
Hình 2.14: Cấu trúc của bộ QPD và cầu nối chéo ...................................................... 2
Hình 2.15: Các tham số S và độ lệch pha giữa 2 cổng ra của bộ QPD ...................... 2
Hình 2.16: Cấu trúc bộ dịch pha 45º và kết quả mô phỏng của đường vi dải. ........... 2
Hình 2.17: Cấu trúc của ma trận Butler 4×4 thiết kế và tham số S mô phỏng ........... 2
Hình 2.18: Kết quả các tham số truyền qua và độ lệch pha giữa các đầu ra .............. 2
Hình 2.19: Hình ảnh AĐKBS mảng pha được chế tạo và đo kiểm............................ 2
Hình 2.20: Kết quả mô phỏng và đo bộ tham số S của AĐKBS đề xuất. .................. 2
Hình 2.21: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ của AĐKBS. ............................ 2
Hình 2.22: AĐKBS mảng pha sử dụng ma trận dịch pha Butler 8×8 ........................ 2
Hình 2.23: Cấu trúc của ma trận Butler 8×8 đã thiết kế và tham số S mô phỏng ...... 2

Hình 2.24: Cấu trúc của bộ dịch pha lai 900 và cầu nối thu nhỏ kích thước .............. 2
Hình 2.25: Kết quả mô phỏng các tham số của bộ QPD ............................................ 2
Hình 2.26: Kết quả mô phỏng các tham số của bộ cầu nối chéo................................ 2
Hình 2.27: Kết quả mô phỏng độ lệch của các bộ dịch pha 22,5; 45 và 67,5 ....... 2
Hình 2.28: Anten điều khiển búp sóng mảng pha sử dụng ma trận Butler 8×8 ......... 2
Hình 2.29: Kết quả mô phỏng và đo tham số S của AĐKBS đề xuất. ....................... 2
Hình 2.30: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ của AĐKBS. ............................ 2
Hình 2.31: Hệ định vị ba trạm sử dụng mạng cảm biến không dây ........................... 2
Hình 2.32: Các loại nút cảm biến được sử dụng trong hệ thống định vị ba trạm ...... 2
Hình 2.33: Hình ảnh hệ thống định vị triển khai tại sảnh tầng 4-C1-ĐHBK Hà Nội 2
Hình 2.34: Vùng khảo sát và lưới điểm chuẩn 9×9 .................................................... 2
Hình 2.35: Biểu đồ trình tự hoạt động của mạng cảm biến không dây ...................... 2
Hình 2.36: Lưu đồ thuật toán bình phương tối thiểu (a) và thuật toán BGI (b) ......... 2
Hình 2.37: Hàm phân phối sai số của hệ thống định vị dựa trên phương pháp giao
khoảng cách với các kịch bản và thuật toán khác nhau. ............................................. 2
Hình 2.38: Phương pháp giao góc dựa trên tham số RSSI lớn nhất........................... 2
Hình 2.39: Hàm phân phối sai số của hệ thống khi khảo sát các Delta khác nhau. ... 2
Hình 2.40: Lưu đồ thuật toán ước lượng hướng sóng tới MUSIC ............................. 2
Hình 2.41: Lưu đồ thuật toán của phương pháp RSSI lớn nhất ................................. 2
Hình 2.42: Hàm phân phối sai số theo phương pháp giao góc dựa trên thuật toán RSSI
lớn nhất, MUSIC và phương pháp giao khoảng cách BGI. ....................................... 2
Hình 2.43: Hình ảnh lưới điểm chuẩn và 10 điểm thử trong giai đoạn trực tuyến .... 2
Hình 2.44: Lưu đồ thuật toán dấu vân tay .................................................................. 2
Hình 3.1: Vùng phủ của một AĐKBS khi quét theo trục OX .................................... 2
Hình 3.2: Hình ảnh AĐKBS mảng pha dải quạt rộng ................................................ 2
Hình 3.3: Kết quả mô phỏng và đo của AĐKBS đề xuất ........................................... 2
Hình 3.4: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ của AĐKBS ............................... 2
x

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của anten phân cực tròn TDAA đề xuất. ......................... 2
Hình 3.6: Sơ đồ tương đương của đường tiếp điện 1 vào và 4 ra. ............................. 2
Hình 3.7: Sơ đồ tổng thể mạng tiếp điện của anten TDAA ....................................... 2
Hình 3.8: Phân bố biên độ và pha của mạng khi không có 2 thanh chêm. ................ 2
Hình 3.9: Biên độ đầu ra trung bình thay đổi khi chiều dài và vị trí Stub2 thay đổi . 2
Hình 3.10: Biên độ đầu ra trung bình thay đổi khi chiều dài và vị trí Stub1 thay đổi 2
Hình 3.11: Hình ảnh anten TDAA được chế tạo và hệ số S11 của TDAA ................ 2
Hình 3.12: So sánh kết quả đo và mô phỏng của anten TDAA. ................................ 2
Hình 3.13: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ và AR của TDAA tại 5,8 GHz 2
Hình 3.14: Cấu hình hệ định vị đơn trạm trong phòng .............................................. 2
Hình 3.15: Nguyên lý và hình ảnh chế tạo của AĐKBS chuyển búp phân cực tròn . 2
Hình 3.16: Hệ số tổn hao do phản xạ, hệ số tương hỗ của các phần tử trong AĐKBS
đề xuất và hình ảnh đo bằng máy phân tích vec-tơ. ................................................... 2
Hình 3.17: Hệ định vị đơn trạm sử dụng chuẩn IEEE 802.11.................................... 2
Hình 3.18: Vùng phủ tín hiệu vô tuyến theo trục OX và trục OY ............................. 2
Hình 3.19: Lưu đồ thuật toán định vị dựa trên WKNN.............................................. 2
Hình 3.20: Hệ thống định vị sử dụng AoA ................................................................ 2
Hình 3.21: Lưu đồ thuật toán định vị dựa trên MUSIC ............................................. 2
Hình 3.22: Sai số định vị 2 chiều của hệ thống với 8 điểm thử với hai phương pháp 2
Hình 3.23: Kịch bản của hệ định vị tại C1-413 Đại học Bách Khoa Hà Nội............. 2
Hình 3.24: Lưới điểm chuẩn và vị trí các điểm thử. .................................................. 2
Hình 3.25: Ba trường hợp anten khác nhau được tích hợp cho đối tượng ................. 2
Hình 3.26: Mật độ RSS thu được khi đối tượng tích hợp anten khác nhau ............... 2
Hình 3.27: Mật độ RSS thu được ứng với công suất phát khác nhau ........................ 2
Hình 3.28: Hình ảnh các tín hiệu đối tượng nhận được trong nhà ............................. 2
Hình 3.29: Sai số trung bình theo K điểm lân cận với cách tiếp cận tất định. ........... 2
Hình 3.30: Sai số trung bình theo K điểm lân cận với cách tiếp cận thống kê. ......... 2
Hình 3.31: Sai số trung bình theo K điểm lân cận với cách tiếp cận tất định. ........... 2
Hình 3.32: Sai số trung bình theo K điểm lân cận với cách tiếp cận thống kê. ......... 2
Hình 3.33: Các trường hợp thực nghiệm phương pháp dấu vân tay sử dụng ANN ... 2

Hình 3.34: Mô hình mạng nơ-ron được sử dụng trong trường hợp 1 ........................ 2
Hình 3.35: Mô hình mạng nơ-ron được sử dụng trong trường hợp 2 ........................ 2

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Tổng hợp các hệ thống định vị vô tuyến sử dụng AĐKBS ....................... 1
Bảng 1.2: So sánh ba phương pháp và những đặc điểm của chúng trong hệ thống định
vị được khảo sát từ năm 2012 đến năm 2017 ............................................................. 2
xi


Bảng 2.1: Các tham số kích thước của anten LC-ĐaH .............................................. 2
Bảng 2.2: Các tham số kích thước của anten LC-ĐiH; đơn vị mm ........................... 2
Bảng 2.3: Các tham số của anten LC- DâX tại 2,45GHz; đơn vị mm ....................... 2
Bảng 2.4: Các tham số của anten LC-DâX tại 5GHz; đơn vị mm ............................. 2
Bảng 2.5: Băng thông và hệ số tăng ích của anten LC-DâX khi thay đổi số lượng chấn
tử dẫn xạ (n) tại tần số trung tâm 5GHz ..................................................................... 2
Bảng 2.6: Kết quả mô phỏng độ lệch pha giữa các đầu ra của Butler 4×4 ................ 2
Bảng 2.7: So sánh với các công bố khác có liên quan ............................................... 2
Bảng 2.8: Theo nguyên lý độ lệch pha giữa các đầu ra của Butler 8x8 ..................... 2
Bảng 2.9: So sánh với các công bố khác trên thế giới................................................ 2
Bảng 2.10: Các kịch bản của hệ thống định vị dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4 ......... 2
Bảng 2.11: Sai số định vị của các phương pháp và thuật toán khác nhau; đơn vị m . 2
Bảng 2.12: So sánh với các công bố có liên quan trên thế giới.................................. 2
Bảng 3.1: Giản đồ bức xạ của AĐKBS mảng pha dải quạt rộng ............................... 2
Bảng 3.2: So sánh với AĐKBS mảng pha đã đề xuất ở chương 2 ............................. 2
Bảng 3.3: Các tham số của mạng tiếp điện ................................................................ 2
Bảng 3.4: Các công bố nghiên cứu anten phân cực tròn dựa trên kỹ thuật SR .......... 2
Bảng 3.5: Kết quả định vị của hai phương pháp AoA và dấu vân tay ....................... 2
Bảng 3.6: So sánh với các công bố có liên quan ........................................................ 2
Bảng 3.7: Kết quả định vị của hai phương pháp AoA và dấu vân tay ....................... 2

Bảng 3.8: Sai số trung bình của hệ thống trong các trường hợp của Kịch bản 1. ...... 2
Bảng 3.9: Sai số định vị khi khảo sát mạng ANN trong trường hợp 1 ...................... 2
Bảng 3.10: Sai số định vị khi khảo sát mạng ANN trong trường hợp 2 .................... 2
Bảng 3.11: Sai số định vị trong trường hợp sử dụng ANN ........................................ 2
Bảng 3.12: Sai số trung bình của hệ thống trong các trường hợp của kịch bản 2. ..... 2
Bảng 3.13: So sánh với các hệ thống định vị có liên quan ......................................... 2

xii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu của luận án
3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
5. Những đóng góp chính của luận án
6. Cấu trúc nội dung của luận án

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ
TUYẾN TRONG NHÀ SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP
SÓNG
Chương 1 trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu trên thế giới về hệ thống
định vị đối tượng trong nhà dựa trên sóng vô tuyến nói chung và hệ thống định vị vô
tuyến trong nhà sử dụng anten điều khiển búp sóng nói riêng. Có nhiều cách tiếp cận
hay phân loại hệ thống định vị khác nhau: theo cấu hình hệ thống [62-64], theo tham
số vị trí [65]; theo phương pháp định vị: giao góc, giao khoảng cách, dấu vân tay và
xấp xỉ lân cận [10], [37], [66] hoặc phân loại chi tiết theo tham số vị trí và phương
pháp định vị như [67]. Do đó, chương này sẽ trình bày cơ sở về hệ thống định vị vô
tuyến trong nhà như: cấu hình hệ thống định vị, các khối chức năng của hệ thống định
vị, các kỹ thuật định vị bao gồm tham số vị trí, phương pháp, thuật toán định vị dựa

trên sóng vô tuyến đã được sử dụng trực tiếp trong luận án này. Các mô hình truyền
sóng trong nhà cũng được phân tích và đề cập trong mục này. Phần cuối của chương
trình bày về anten, nguyên lý anten mảng và anten điều khiển búp sóng tích hợp trong
mạch đo tham số vị trí sử dụng trong hệ thống định vị vô tuyến.

1.1. Tổng quan về các hệ thống định vị vô tuyến trong nhà
1.2. Các cấu hình định vị
1.3. Sơ đồ khối chức năng của hệ thống định vị
1


1.4. Các kỹ thuật định vị
1.5. Anten và anten điều khiển búp sóng trong hệ thống định vị vô
tuyến
1.6. Kết luận chương 1

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN BA TRẠM
TRONG NHÀ
2.1. Giới thiệu chương
2.2. Giải pháp anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt hẹp
2.3. Thực nghiệm hệ thống định vị ba trạm sử dụng anten điều
khiển búp sóng dải quạt hẹp
2.4. Kết luận chương 2

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN TRONG NHÀ
ĐƠN TRẠM SỬ DỤNG ANTEN ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG
3.1. Giới thiệu chương
3.2. Giải pháp thiết kế anten điều khiển búp sóng mảng pha dải
quạt rộng
3.3. Giải pháp thiết kế anten điều khiển búp sóng chuyển búp phân

cực tròn
3.4. Thực nghiệm hệ thống định vị đơn trạm tích hợp anten điều
khiển búp sóng mảng pha dải quạt rộng
3.5. Thực nghiệm hệ thống đơn trạm tích hợp anten điều khiển búp
sóng chuyển búp phân cực tròn
3.6. Kết luận chương 3
2


KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN
Trong luận án này, cơ sở khoa học và phát triển các hệ thống định vị vô tuyến
trong nhà AĐKBS lần lượt được trình bày. Trước tiên dựa vào các đặc điểm của hệ
thống định vị trong nhà được yêu cầu; từ đó đề xuất các AĐKBS tương ứng giúp cải
thiện chất lượng các hệ thống định vị đề xuất;
Các AĐKBS mảng pha đề xuất tuy đơn giản nhưng hiệu quả, đã đáp ứng được các
tiêu chí đặt ra khi ứng dụng cho hệ thống định vị trong nhà. Mặc dù số phần tử trong
mảng không nhiều chỉ bốn hoặc tám phần tử nhưng búp sóng nhỏ nổi bật so với các
công bố khác trên thế giới, đó là do sự khác biệt từ việc đề xuất anten phần tử trong
mảng. Ngoài ra AĐKBS chuyển búp phân cực tròn đề xuất cũng gồm nhiều đặc điểm
nổi trội về băng thông, hệ số tăng ích, hiệu suất và đặc biệt là chất lượng phân cực
tròn (phân cực tròn trong dải tần rộng, góc phân cực tròn rộng).
Các hệ thống định vị ba trạm và đơn trạm được thử nghiệm khi tích hợp AĐKBS
trong hệ thống. Các phương pháp và thuật toán định vị tiêu biểu được áp dụng trong
thực nghiệm hệ thống. Cuối cùng nhận được các kết quả định vị có thể so sánh với
nhiều hệ thống đã được công bố trên thế giới.
Những đóng góp của luận án:
(1) Đề xuất và chế tạo được các mẫu anten điều khiển búp sóng
- Các AĐKBS mảng pha búp sóng hình dải quạt với các tham số được cải thiện
như: hệ số tăng ích, hiệu suất, độ rộng búp sóng hẹp theo phương quét, cấu trúc
phẳng, dễ chế tạo và tích hợp trong các thiết bị vô tuyến, ngoài ra:

+ AĐKBS mảng pha dải quạt hẹp với tần số trung tâm 2,45GHz, 5GHz với
góc mở dải quạt 60 đến 100
+ AĐKBS mảng pha dải quạt rộng với tần số trung tâm 2,45GHz với góc
mở dải quạt ~200
- Đề xuất AĐKBS chuyển búp phân cực tròn với tần số trung tâm 5,8 GHz, có
những đặc điểm được cải thiện như hệ số tăng ích và hiệu suất, thêm vào đó là
băng thông siêu rộng, chất lượng phân cực tròn tốt, phủ được vùng 360.
(2) Đề xuất ba mô hình định vị đơn trạm và ba trạm trong môi trường trong nhà, ứng
dụng các mẫu anten điều khiển búp sóng đề xuất ở trên:
- Hệ thống định vị ba trạm dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4, các trạm tích hợp
AĐKBS mảng pha có búp sóng dải quạt hẹp trên vùng định vị 32m2. Sai số
trung bình của hệ thống: 0,75m (WKNN); 1,64m (giao khoảng cách); 1,07m
(giao góc-RSSImax)
- Hệ thống định vị đơn trạm tích hợp hai AĐKBS mảng pha có búp sóng dải quạt
rộng dựa trên chuẩn IEEE 802.11, vùng định vị 25m2. Sai số trung bình hệ
thống: 0,526m (WKNN); 0,952m (AoA-MUSIC).
3


Hệ thống định vị đơn trạm tích hợp AĐKBS chuyển búp phân cực tròn dựa
trên chuẩn IEEE 802.11, vùng định vị 29m2, sử dụng phương pháp dấu vân
tay. Sai số trung bình hệ thống khi trạm phát 0dBm, đối tượng tích hợp TDAA:
0,35m (WKNN); 0,58m (Bayes).
Hướng phát triển của luận án
- Nghiên cứu phát triển thêm hệ thống định vị dựa trên công nghệ UWB sử dụng
AĐKBS chuyển búp phân cực tròn có băng thông siêu rộng.
- Khảo sát khi đối tượng di chuyển với tốc độ nhanh, áp dụng thêm các thuật
toán lọc hiện đại
-

4


DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ CHÍNH
1. Bùi Thị Duyên, Ngô Văn Đức, Lê Minh Thùy, Nguyễn Quốc Cường, (2015) “Mô
phỏng một số khả năng điều chỉnh đồ thị bức xạ cho dipole antenna vi dải băng
thông rộng”, Kỷ yếu hội nghị khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ sáu,
pp 1002-1008, Hà Nội, tháng 5.
2. Thi Duyen Bui, V. D. Ngo, B. H. Nguyen, Q. C. Nguyen, and M. T. Le, (2016)
“Design of beam steering antenna for localization applications,” in 2016
International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), Japan, pp. 956–
957 (Scopus)
3. Thi Duyen. Bui, Q. C. Nguyen, and M. T. Le, (2017) “Novel wideband circularly
polarized antenna for wireless applications,” in Microwave Conference (APMC),
2017 IEEE Asia Pacific, KUALA LUMPUR, Malaysia, pp. 430–433. DOI:
10.1109/APMC.2017.8251472 (Scopus)
4. Thi Duyen. Bui, L. Minh Thuy and N. Quoc Cuong, (2017) “High gain antenna
with wide angle radiation for modern wireless communication applications,” in
International Conference on Advanced Technologies for Communications, pp. 39–
42. DOI: 10.1109/ATC.2017.8167638.
5. Bùi Thị Duyên, Nguyễn Trì, Lê Minh Thùy, Nguyễn Quốc Cường, (2018) “Định
vị trong môi trường hẹp dựa trên mạng cảm biến không dây theo chuẩn IEEE
802.15.4” Tạp chí Nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, Số 56, pp. 126133, ISSN 1859 - 1043.
6. Thi Duyen Bui, Minh Thuy Le, and Quoc Cuong Nguyen, (2018) “Electronically
steerable antenna array for indoor positioning system,” Journal of Electromagnetic
Waves and Applications., pp. 1–15, ISSN 0920-5071 (SCIE-Q2)
DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN
1. Ngô Văn Đức, Bùi Thị Duyên, Lê Minh Thùy, Nguyễn Quốc Cường, (2015)
“Thiết kế ăng-ten điều hướng cho hệ thống định danh/định vị ở dải tần UHF”, Kỷ

yếu hội nghị khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ sáu, pp 605-611, Hà
Nội, tháng 5.
2. Bùi Thị Duyên, Ngô Văn Đức, Lê Minh Thùy, and Nguyễn Quốc Cường, (2015)
“Anten định hướng cao sử dụng lớp siêu vật liệu phản xạ bề mặt PRS,” Tạp chí
khoa học và công nghệ năng lượng, Trường Đại học Điện Lực, số 9, pp. 78–84,
ISSN 1859 - 4557.
3. N. Nhu Huan, L. Anh Dung, B. Thi Duyen, N. Thanh Tung, and L. Minh Thuy,
(2016) “Wideband left-Handed Metamaterial: Analysis, modelling, and testing for
antennagain enhancement,” in Proceedings of the 2016 VIETnam-Japan, pp 7984, Nha Trang.
4. Nhu Huan Nguyen, Thi Duyen Bui, Anh Dung Le, Anh Duc Pham, Thanh Tung
Nguyen, Quoc Cuong Nguyen and Minh Thuy Le, (2018) “A Novel Wideband
Circularly Polarized Antenna for RF Energy Harvesting in Wireless Sensor
Nodes,” Int. J. Antennas Propag., vol. 2018, pp. 1–9, ISSN: 1687-5869 (SCIE-Q3)

5


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]
[2]

[3]
[4]

[5]

[6]
[7]

[8]

[9]
[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]
[16]

P. Jensfelt, (2001) “Approaches to mobile robot localization in indoor
environments,” Royal Institute of Technology, Switzerland.
K. Pahlavan and P. Krishnamurthy, (2013), Principles of wireless access and
localization. Chichester, West Sussex, United Kingdom: John Wiley & Sons
Inc.
© ELEDIA Research Center, (2016), “ELEDIA Wireless Indoor Localization,”
ELEDIA WaLK. [Online]. Available: />A. H. Ismail, H. Kitagawa, R. Tasaki, and K. Terashima, “WiFi RSS fingerprint
database construction for mobile robot indoor positioning system,” in 2016
IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC),
Budapest, Hungary, pp. 0001561–001566.
JOSE FERMOSO, (2009 “Nokia’s Location Sensor concept ‘keychain’ to lead
hybrird location-based services,” Feb-2009.
P. Harrop, (2014) “Mobile phone indoor positioning systems create $10bn
market,” Jan-2014.
“7 Examples of Location-Based Services Apps.” [Online]. Available:
/>C. Esposito and M. Ficco, (2011), “Deployment of RSS-Based Indoor

Positioning Systems,” Int. J. Wirel. Inf. Netw., vol. 18, no. 4, pp. 224–242.
Dr. Rainer Mautz, (2012), “Indoor Positioning Technologies,” thesis,
Institute of Geodesy and Photogrammetry, ETH Zurich, Switzerland.
A. Yassin et al., (2017), “Recent Advances in Indoor Localization: A Survey
on Theoretical Approaches and Applications,” IEEE Commun. Surv. Tutor., pp.
1–1.
Y. Gu, A. Lo, and I. Niemegeers, (2009), “A survey of indoor positioning
systems for wireless personal networks,” IEEE Commun. Surv. Tutor., vol. 11,
no. 1, pp. 13–32.
S. Doiphode, J. W. Bakal, and M. Gedam, (2016), “Survey of Indoor
Positioning Measurements, Methods and Techniques,” Int. J. Comput. Appl.,
vol. 140, no. 7, pp. 1–4.
P. Davidson and R. Piche, (2017), “A Survey of Selected Indoor Positioning
Methods for Smartphones,” IEEE Commun. Surv. Tutor., vol. 19, no. 2, pp.
1347–1370.
J. Biswas and M. Veloso, (2010), “WiFi localization and navigation for
autonomous indoor mobile robots,” in 2010 IEEE International Conference on
Robotics and Automation, Anchorage, AK, pp. 4379–4384.
Y. Shi et al., (2018), “Design of a Hybrid Indoor Location System Based on
Multi-Sensor Fusion for Robot Navigation,” Sensors, vol. 18, no. 10, p. 3581.
Christ, Godwin, and Lavigne, (1993), “A prison guard Duress alarm location
system,” in Proceedings of IEEE International Carnahan Conference on
Security Technology CCST-94, Albuquerque, NM, USA, pp. 106–116.
6


[17] Phạm Thị Thanh Thủy, (2017), “Nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật định vị
và định danh kết hợp thông tin hình ảnh và wifi,” Đại học Bách khoa Hà Nội,
Hà Nội.
[18] N. des Aunais et al., (2016), “Analytical method for multimodal localization

combination using Wi-Fi and camera,” in 2016 14th International Conference
on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV), Phuket, Thailand, pp.
1–6.
[19] manh kha hoang, thi hang duong, trung kien vu, and vu trinh anh, (2017),
“Enhancing WiFi based Indoor Positioning by Modeling Measurement Data
with GMM,” in 2017 International Conference on Advanced Technologies for
Communications (ATC), Quy Nhon, pp. 325–328.
[20] Faculty of Electronics, Hanoi University of Industry, T. K. Vu, H. L. Le, and
National Center for Technological Progress, (2019), “Gaussian Mixture
Modeling for Wi-Fi fingerprinting based indoor positioning in the presence of
censored data,” Vietnam J. Sci. Technol. Eng., vol. 61, no. 1, pp. 3–8.
[21] T. H. Dao, Q. C. Nguyen, V. D. Ngo, M. T. Le, and C. A. Hoang, (2014),
“Indoor Localization System Based on Passive RFID Tags,” in 2014 5th
International Conference on Intelligent Systems, Modelling and Simulation,
Langkawi, Malaysia, pp. 579–584.
[22] T.-H. Dao, M.-T. Le, and Q.-C. Nguyen, (2014), “Indoor localization system
using passive UHF RFID tag and multi-antennas,” in 2014 International
Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC 2014),
Hanoi, Vietnam, pp. 405–410.
[23] “911 and E911 Services,” 911 and E911 Services. [Online]. Available:
/>[24] J. Werb and C. Lanzl, (1998), “Designing a positioning system for finding
things and people indoors,” IEEE Spectr., vol. 35, no. 9, pp. 71–78.
[25] H. Koyuncu and S. H. Yang, (2010), “A Survey of Indoor Positioning and
Object Locating Systems,” Int. J. Comput. Sci. Netw. Secur., vol. 10, no. 5, pp.
121–128.
[26] L. M. Ni, Yunhao Liu, Yiu Cho Lau, and A. P. Patil, (2003), “LANDMARC:
indoor location sensing using active RFID,” in Proceedings of the First IEEE
International Conference on Pervasive Computing and Communications, 2003.
(PerCom 2003)., Fort Worth, TX, USA, pp. 407–415.
[27] P. Bahl and V. N. Padmanabhan, (2000), “RADAR: an in-building RF-based

user location and tracking system,” , vol. 2, pp. 775–784.
[28] M. Youssef and A. Agrawala, (2004), “Handling samples correlation in the
Horus system,” in IEEE INFOCOM 2004, Hong Kong, China, vol. 2, pp. 1023–
1031.
[29] Ekahau, Inc., “Ekahau Positioning EngineTM 3.0 User Guide,”
/>[Online].
Available:
/>ning%20Engine%20UserGuide.pdf.
[30] M. M. Perez, G. V. Gonzalez, J. R. V. Hermida, I. M. Herranz, and C. Dafonte,
(2016), “Improving the Locating Precision of an Active WIFI RFID System to
7


[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

Obtain Traceability of Patients in a Hospital,” in 2016 30th International
Conference on Advanced Information Networking and Applications Workshops
(WAINA), Crans-Montana, pp. 833–837.
M. Martínez Pérez et al., (2012), “Application of RFID Technology in Patient
Tracking and Medication Traceability in Emergency Care,” J. Med. Syst., vol.
36, no. 6, pp. 3983–3993.
B. Wagner and D. Timmermann, (2012), “Classification of User Positioning
Techniques and Systems for Intelligent Environments,” in GI Jahrestagung,
Braunschweig, Germany, pp. 537–548.
Z.-A. Deng, Y. Hu, J. Yu, and Z. Na, (2015), “Extended Kalman Filter for Real
Time Indoor Localization by Fusing WiFi and Smartphone Inertial Sensors,”
Micromachines, vol. 6, no. 4, pp. 523–543.
V. Cantón Paterna, A. Calveras Augé, J. Paradells Aspas, and M. Pérez
Bullones, (2017), “A Bluetooth Low Energy Indoor Positioning System with
Channel Diversity, Weighted Trilateration and Kalman Filtering,” Sensors, vol.
17, no. 12, p. 2927.
W. Chen, W. Wang, Q. Li, Q. Chang, and H. Hou, (2016), “A Crowd-Sourcing
Indoor Localization Algorithm via Optical Camera on a Smartphone Assisted
by Wi-Fi Fingerprint RSSI,” Sensors, vol. 16, no. 3, p. 410.
K. Khoshelham and S. O. Elberink, (2012), “Accuracy and Resolution of
Kinect Depth Data for Indoor Mapping Applications,” Sensors, vol. 12, pp.

1437–1454.
H. Liu, H. Darabi, P. Banerjee, and J. Liu, (2007), “Survey of Wireless Indoor
Positioning Techniques and Systems,” IEEE Trans. Syst. Man Cybern. Part C
Appl. Rev., vol. 37, no. 6, pp. 1067–1080.
C.-H. Lim, Y. Wan, B.-P. Ng, and C.-M. See, (2007), “A Real-Time Indoor
WiFi Localization System Utilizing Smart Antennas,” IEEE Trans. Consum.
Electron., vol. 53, no. 2, pp. 618–622.
S. Maddio, M. Passafiume, A. Cidronali, and G. Manes, (2015), “A Distributed
Positioning System Based on a Predictive Fingerprinting Method Enabling
Sub-Metric Precision in IEEE 802.11 Networks,” IEEE Trans. Microw. Theory
Tech., vol. 63, no. 12, pp. 4567–4580.
M. Passafiume, S. Maddio, G. Collodi, and A. Cidronali, (2017), “An enhanced
algorithm for 2D indoor localization on single anchor RSSI-based positioning
systems,” in 2017 European Radar Conference (EURAD), Nuremberg, pp.
287–290.
L. Brás, N. B. Carvalho, and P. Pinho, (2012), “Pentagonal Patch-Excited
Sectorized Antenna for Localization Systems,” IEEE Trans. Antennas Propag.,
vol. 60, no. 3, pp. 1634–1638.
S.-T. Sheu, M.-T. Kao, Y.-M. Hsu, and Y.-C. Cheng, (2013), “Indoor Location
Estimation Using Smart Antenna System,” in 2013 IEEE 78th Vehicular
Technology Conference (VTC Fall), Las Vegas, NV, USA, pp. 1–5.
M. Rzymowski and L. Kulas, (2018), “RSS-Based Direction-of-Arrival
Estimation with Increased Accuracy for Arbitrary Elevation Angles Using

8


[44]

[45]

[46]

[47]

[48]

[49]

[50]

[51]

[52]

[53]

[54]

[55]

[56]

ESPAR Antennas,” in 12th European Conference on Antennas and
Propagation (EuCAP 2018), London, UK, pp. 219 (4 pp.)-219 (4 pp.).
S. Wielandt, J.-P. Goemaere, and L. D. Strycker, (2016), “2.4 GHz Synthetic
Linear Antenna Array for Indoor Propagation Measurements in Static
Environments,” in Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), Madrid,
Spain.
L. Brás, N. B. Carvalho, P. Pinho, L. Kulas, and K. Nyka, (2012), “A Review

of Antennas for Indoor Positioning Systems,” Int. J. Antennas Propag., vol.
2012, pp. 1–14.
G. Giorgetti, A. Cidronali, S. Gupta, and G. Manes, (2009), “Single-anchor
indoor localization using a switched-beam antenna,” IEEE Commun. Lett., vol.
13, no. 1, pp. 58–60.
A. Cidronali, S. Maddio, G. Giorgetti, and G. Manes, (2010), “Analysis and
Performance of a Smart Antenna for 2.45-GHz Single-Anchor Indoor
Positioning,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 58, no. 1, pp. 21–31.
Ayman M. El-Tager and Mohamed A. Eleiwa, (2009), “Design and
Implementation of a Smart Antenna Using Butler Matrix for ISM-band,” in
Progress In Electromagnetics Research Symposium, Beijing, China.
W. H. Wan Mohamed, (2011), “Integration of PIN diode switching circuit with
butler matrix for 2.45 GHz frequency band,” Optoelectron. Adv. Mater. –
RAPID Commun., vol. 5, no. 7, pp. 793–798.
M. Fernandes, A. Bhandare, C. Dessai, and H. Virani, (2013), “A wideband
switched beam patch antenna array for LTE and Wi-Fi,” in Annual IEEE India
Conference, Mumbai, India, pp. 1–6.
F. Y. Zulkifli, N. Chasanah, Basari, and E. T. Rahardjo, (2015), “Design of
Butler matrix integrated with antenna array for beam forming,” in 2015
International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), pp. 1–4.
L. Brás, M. Oliveira, N. B. Carvalho, and P. Pinho, (2011), “Improved
sectorised antenna for indoor localization systems,” in 2011 41st European
Microwave Conference, pp. 1003–1006.
M. Cremer, U. Dettmar, C. Hudasch, R. Kronberger, R. Lerche, and A. Pervez,
(2016), “Localization of Passive UHF RFID Tags Using the AoAct Transmitter
Beamforming Technique,” IEEE Sens. J., vol. 16, no. 6, pp. 1762–1771.
M. Rzymowski, P. Woznica, and L. Kulas, (2016), “Single-Anchor Indoor
Localization Using ESPAR Antenna,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett.,
vol. 15, pp. 1183–1186.
Ruey-Hsuan Lee, Zong-Da Tsai, Chung-Ting Lang, Chia-Chan Chang, and

Sheng-Fuh Chang, (2011), “A switched-beam FMCW radar for wireless indoor
positioning system,” in 8th European Radar Conference, Manchester, UK.
S. Nagaraju, L. J. Gudino, B. V. Kadam, R. Ookalkar, and S. Udeshi, (2016),
“RSSI based indoor localization with interference avoidance for Wireless
Sensor Networks using anchor node with sector antennas,” in 2016
International Conference on Wireless Communications, Signal Processing and
Networking (WiSPNET), Chennai, India, pp. 2233–2237.

9


[57] Y. Fu, (2017), “Single anchor node real-time positioning algorithm based on
the antenna array,” Int. J. Distrib. Sens. Netw., vol. 13, no. 5, p.
155014771770996.
[58] M. Burtowy, M. Rzymowski, and L. Kulas, (2019), “Low-Profile ESPAR
Antenna for RSS-Based DoA Estimation in IoT Applications,” IEEE Access,
vol. 7, pp. 17403–17411.
[59] A. Cidronali, S. Maddio, G. Giorgetti, I. Magrini, S. K. S. Gupta, and G. Manes,
(2009), “A 2.45 GHz smart antenna for location-aware single-anchor indoor
applications,” in 2009 IEEE MTT-S International Microwave Symposium
Digest, Boston, MA, USA, pp. 1553–1556.
[60] S. Maddio, M. Passafiume, A. Cidronali, and G. Manes, (2014), “Impact of the
dihedral angle of switched beam antennas in indoor positioning based on
RSSI,” in 2014 11th European Radar Conference, Italy, pp. 317–320.
[61] R. Szumny, K. Kurek, and J. Modelski, (2007), “Attenuation of multipath
components using directional antennas and circular polarization for indoor
wireless positioning systems,” in 2007 European Radar Conference, Munich,
Germany, pp. 401–404.
[62] C. Drane, M. Macnaughtan, and C. Scott, (1998), “Positioning GSM
telephones,” IEEE Commun. Mag., vol. 36, no. 4, pp. 46–54, 59.

[63] S. A. Zekavat and R. M. Buehrer, Eds., (2012), Handbook and Position
location: theory, practice and advances. Hoboken, N.J: Wiley-IEEE Press.
[64] Fernando Joaquim Leite Pereira, (2016), “Positioning systems for underground
tunnel environments,” Faculdade de engenharia da universidade do porto,
Portugal.
[65] F. Zafari, A. Gkelias, and K. K. Leung, (2017), “A Survey of Indoor
Localization Systems and Technologies,” Cornell Univ. Libr..
[66] A. Khalajmehrabadi, N. Gatsis, and D. Akopian, (2017),“Modern WLAN
Fingerprinting Indoor Positioning Methods and Deployment Challenges,”
IEEE Commun. Surv. Tutor., vol. 19, no. 3, pp. 1974–2002.
[67] W. Sakpere, M. Adeyeye Oshin, and N. B. Mlitwa, (2017), “A State-of-theArt Survey of Indoor Positioning and Navigation Systems and Technologies,”
South Afr. Comput. J., vol. 29, no. 3.
[68] P. Bahl, V. N. Padmanabhan, and A. Balachandran, (2000), “Enhancements to
the RADAR User Location and Tracking System,” Technical Report MSR-TR2000-12.
[69] J. Hightower and G. Borriello, (2001), “Location systems for ubiquitous
computing,” Computer, vol. 34, no. 8, pp. 57–66.
[70] K. W. Kolodziej and J. Hjelm, (2006), Local positioning systems: LBS
applications and services. Boca Raton, FL: CRC/Taylor & Francis.
[71] M. A. Youssef, A. Agrawala, and A. Udaya Shankar, (2003), “WLAN location
determination via clustering and probability distributions,” in Proceedings of
the First IEEE International Conference on Pervasive Computing and
Communications, 2003. (PerCom 2003)., Fort Worth, TX, USA, pp. 143–150.
[72] Ekahau, Inc., (2012), “RF Localization for the Next Generation Wireless
Devices,” in WPI Campus Workshop 2012, Boynton Hall, USA.
10


[73] A. Alarifi et al., (2016), “Ultra Wideband Indoor Positioning Technologies:
Analysis and Recent Advances,” Sensors, vol. 16, no. 5, p. 707.
[74] A. R. Jimenez Ruiz and F. Seco Granja, (2017), “Comparing Ubisense,

BeSpoon, and DecaWave UWB Location Systems: Indoor Performance
Analysis,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 66, no. 8, pp. 2106–2117.
[75] X. Luo, W. J. O’Brien, and C. L. Julien, (2011), “Comparative evaluation of
Received Signal-Strength Index (RSSI) based indoor localization techniques
for construction jobsites,” Adv. Eng. Inform., vol. 25, no. 2, pp. 355–363.
[76] Y. B. Bai et al., (2014), “A new method for improving Wi-Fi-based indoor
positioning accuracy,” J. Locat. Based Serv., vol. 8, no. 3, pp. 135–147.
[77] S. He and S.-H. G. Chan, (2017), “INTRI: Contour-Based Trilateration for
Indoor Fingerprint-Based Localization,” IEEE Trans. Mob. Comput., vol. 16,
no. 6, pp. 1676–1690.
[78] H. Liu, H. Darabi, P. Banerjee, and J. Liu, (2007), “Survey of Wireless Indoor
Positioning Techniques and Systems,” IEEE Trans. Syst. Man Cybern. Part C
Appl. Rev., vol. 37, no. 6, pp. 1067–1080.
[79] C. A. Balanis and P. I. Ioannides, (2007), “Introduction to Smart Antennas,”
Synth. Lect. Antennas, vol. 2, no. 1, pp. 1–175.
[80] L. Brás, N. B. Carvalho, P. Pinho, L. Kulas, and K. Nyka, (2012), “A Review
of Antennas for Indoor Positioning Systems,” Int. J. Antennas Propag., vol.
2012, pp. 1–14.
[81] S. Wielandt et al., (2017), “2.4 GHz single anchor node indoor localization
system with angle of arrival fingerprinting,” in Wireless Days, Porto, Portugal,
pp. 152–154.
[82] S. Wielandt, A. Van Nieuwenhuyse, J.-P. Goemaere, B. Nauwelaers, and L. De
Strycker, (2014), “Evaluation of angle of arrival estimation for localization in
multiple indoor environments,” in Ubiquitous Positioning Indoor Navigation
and Location Based Service (UPINLBS), USA, pp. 36–43.
[83] J.-R. Jiang, C.-M. Lin, F.-Y. Lin, and S.-T. Huang, (2013), “ALRD: AoA
Localization with RSSI Differences of Directional Antennas for Wireless
Sensor Networks,” Int. J. Distrib. Sens. Netw., vol. 9, no. 3, p. 529489.
[84] C.-Y. Chen, (2016), “The Sectored Antenna Array Indoor Positioning System
with Neural Networks,” Autom. Control Intell. Syst., vol. 4, no. 2, p. 21.

[85] N. Honma, R. Tazawa, A. Miura, Y. Sugawara, and H. Minamizawa, (2018),
“RSS-Based DOA / DOD Estimation Using Bluetooth Signal and its
Application for Indoor Tracking,” in 2018 International Conference on Indoor
Positioning and Indoor Navigation (IPIN), Nantes, pp. 1–7.
[86] Mohammad Heidari, (2005), “A Testbed for Real-Time Performance
Evaluation of RSS-based Indoor Geolocation Systems in Laboratory
Environment,”, Masters Theses, Worcester Polytechnic Institute, USA.
[87] A. A. Khudhair, S. Q. Jabbar, M. Qasim Sulttan, and D. Wang, (2016),
“Wireless Indoor Localization Systems and Techniques: Survey and
Comparative Study,” Indones. J. Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 3, no. 2, p. 392.

11