BER-based Multipath Fading Effect Mitigation Technique for Indoor Localization

Abstract

널리 퍼져가는 무선 모바일 기기들의 사용과 동시에 이들을 사용하는 위치인지 (Location aware) 기반의 기술들이 병원, 소셜 네트워크, 공공장소 서비스 등 여러 분야들을 타깃으로 활발히 연구되고 있다. 이런 위치인지 기반 기술들 중 실내환경에서의 위치인지 서비스는 특히 많은 학자들의 관심을 받고 있는데 그 이유는 이 연구분야의 중요성 그리고 아직까지 해결되지 않은 어려움들이겠다. Wi-Fi를 기반으로 하는 실내위치탐지는 따로 기계를 설치하지 않아도 되는 이로움이 있다. 하지만 무선접속장치 (AP)에서 얻을 수 있는 수신 신호강도 (RSSI) 정보를 기반으로 하는 실내위치탐지방법은 이미 널리 연구되고 사용되는 반면에 정확도가 크게 떨어지는 단점이 있다. 그 이유 중 큰 원인으로 손꼽히는 다중경로 페이딩 (multipath fading)은 특히 실내에서 자주 발생하고 있고 이를 해결하는 새로운 실내위치탐지 방법이 절실히 필요한 상황이다. 본 논문에서는 AP에서 얻을 수 있는 정보를 이용하는 동시에 다중경로 페이딩의 악영향으로부터 최대한 벗어남으로써 Wi-Fi 기반의 실내위치탐지의 정확도를 향상시키는 방법을 설명하겠다. Physical layer에서 제공되는 각 subcarrier들의 비트 에러율 (Bit error rate)을 기반으로 다중경로 페이딩을 확인하고 이런 페이딩을 많이 겪는 subcarrier들을 걸러내며 거리측정을 함으로써 실내위치탐지의 정확도를 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 실험을 통하여 이 논문이 제시하는 비트 에러율 기반의 실내위치탐지 방법이 기존의 수신 신호강도 기반의 실내위치탐지 방법에 비해 얻을 수 있는 높은 정확도를 수치를 통해 확인하였다.

The proliferating use of wireless and mobile devices has provoked a widespread of research in location-aware technology for various services such as health, social network and general public services. Above all, indoor location-based service has been receiving an increasing amount of attention due to both its importance and limitations. WiFi-based indoor localization is an attractive solution for its open access and low installation cost. However, the received signal strength indication (RSSI) from the wireless Access Point (AP) is not a suitable metric for estimating the distance between the AP and the mobile device considering its vulnerability against multipath fading effect, which is a dominant source for distance estimation errors in indoor settings. In this work, we explain in depth how to overcome such multipath fading effect so as to enhance the distance estimation accuracy with the fine-grained information resulted from a channel measurement upon a packet transmission. Using confident information provided by the physical layer, we can accurately estimate the prevailing channel bit error rate (BER) per individual subcarriers thereby exploring frequency-selective fading with the goal of alleviating multipath fading effect. Moreover, accurate distance estimation is possible upon employing our BER-based subcarrier filtering technique in indoor localization. The experimental results indicate that the distance estimation accuracy enjoys significant improvement with our channel BER-based indoor localization approach compared to the traditional RSSI-based localization approach.