第五章 非理想通道訊號干擾
5.2 訊號干擾對於定位影響性
根據第四章中所提到的割線定位演算法，單一行動錨節點必須先得到待定位 感測節點四個相同的 RSSI 值。而在前面章節中所提出待定位感測節點所發出的 訊號皆以理想通道狀態之圓球體做為預設之環境。但在現實環境中，如上述之同 頻異質干擾是相當容易發生的，因此 Beacon 訊號的有效傳輸範圍並不是如圖 5-2 中，DOI(Degree of Irregularity) = 0 時的理想圓球體。
圖 5-2、Degree of Irregularity[34]
如同 5.1 節所介紹的 2.4GHz 日益擁擠，生活中不只 Zigbee 用於 2.4GHz，還 有許多的無線傳輸應用都是使用於 2.4GHz。這些同頻干擾導致 Zigbee 的訊號出 現不穩定的現象，因此出現如圖 5-2 裡的 DOI=0.01 的鋸齒狀的訊號，而不是理 想的圓球體訊號。O. Zhou, T. He 和 J.A. Stankovic [34]的研究中，提到DOI 模型 就是考慮到節點的傳輸範圍可能為非理想圓體。當 DOI 的數值越高時，鋸齒狀的 情況就會越嚴重表示傳輸範圍被環境影響較為嚴重。根據[34]，Ki 表示 DOI 的實
58 點接收到較低的 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)訊號。根據方程式
(39)，當 SINR 的訊號產生變化會影響到 RSSI 的數值。因此，受到其他訊號的干
Jun Huang 等人[35]對於 PRR(packet reception ratio)與 SINR 之間關係針對兩 種案例做了一些實驗，分別為「相同節點在不同地點」與「相同節點在不同時間」
兩組實驗呈現 PRR 與 SINR 之間的關係。其實驗結果如圖 5-3 所示。結果顯示，
當 SINR 小於 4 dB 後，其訊號導致 PRR 大幅降低。因此在 SINR 與 PRR 關係中 將存在於一組臨界值做為訊號接收度的分界點。
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(a) 使用相同節點在不同地點所呈現之 PRR 與 SINR 之關係
(b) 使用相同節點在不同時間所呈現之 PRR 與 SINR 之關係 圖 5-3、PRR-SINR 模型測量之關係圖[35]
其中 PRR 為無線收發器 成功接收封包的機率。如方程式(40)所示
)
) (
( )
(
b
p (40)
) (
b : 接收到封包之機率。
) (
: 封包長度(bit)。
而b()可以改寫成方程式(40)
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圖 5-4、訊號干擾對於割線定位演算法之影響
如圖 5-4 (此為上視圖) 中說明訊號干擾對於割線定位演算法之影響，圓形訊 號範圍為待定位感測節點在於理想通道所發送的訊號情況，也就是沒有受到其他
2.4GHz 的設備所干擾的情形。然而不規則形為待定位感測節點在於非理想通道 時，所發送的訊號受其他 2.4GHz 的設備干擾後所產生不規則(非球體)的有效訊號 範圍。由圓形來看，四個虛擬定位參考點(P1，P2，P3，P4)皆在圓上。根據前面 章節所提，此四個虛擬定位參考點 RSSI 會相同，相對四段距離也是相同(d1 = d2 =
d3 = d4)。然而，當傳輸訊號受到干擾則訊號範圍不在是理想的圓形，如同圖 5-4 不規則形的訊號範圍。此情形會造成當單一行動錨節點穿越待定位感測節點的訊 號時，因環境干擾而取得四個相同的 RSSI 數值。把這四個虛擬定位參考點的位
62 Beacon 封包的接收錯誤導致，表示此一 Beacon 封包沒有被行動錨節點正確接收，
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則表示無法取得該封包的 RSSI 數值。
圖 5-5、因訊號干擾而導致封包錯誤
如圖 5-5，假設在於星號位置本來應該收到封包。但卻因為環境雜訊的干擾，
使得封包錯誤而丟棄封包。根據文獻[35]顯示，SINR 越低相對的 PRR 也就越低。
PRR 的另一方面解釋即為 FER (Frame Error Rate)，也就是說 PRR 越低，則表示 FER 就越高。FER 的計算如下方程式(44)表示。因此，環境干擾越大，則 FER 就 會越高，造成封包錯誤的機率也就越高。
BER bit
FER1(1 ) (44)
BER : Bit Error Rate。
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bit : 為封包長度，以 bit 為單位。
然而，單一行動錨節點在定位的過程中，是持續維持等速移動飛行的狀況。
因此，當 Beacon 封包因 FER 數值過高，造成封包接收錯誤而必須待下一個 Beacon 成功接受時方能做為虛擬定位參考點，其三維座標位置已經與真正該做為虛擬定 位參考點的座標位置有些微的差距。如圖 5-5 所示，虛擬定位參考點位置已經由 原本之 P2轉變至 P2’，所取得的座標數值也已經不同。原本應該接收到封包的位 置卻因為環境干擾沒有收到封包。導致原本 Beacon Interval 因封包錯誤，使得下 一組之 Beacon Interval 成為原始的兩倍時間。根據第四章結果，Beacon Interval 變大則定位誤差也會跟著變大。