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G. Retscher, T. Tatschl:
"Differential Wi-Fi - A Novel Approach for Wi-Fi Positioning Using Lateration";
Talk: 78th FIG Working Week 2016, Christchurch, Neuseeland (invited); 2016-05-02 - 2016-05-06; in: "78th FIG Working Week 2016", (2016), Paper ID 7973, 17 pages.

For positioning using Wi-Fi either location fingerprinting or lateration is commonly employed. Fingerprinting is very labour consuming as a database with RSS (Received Signal Strength) scans from all visible access points (APs) measured on a large number of known reference points has to be established. Lateration requires the use of theoretical path loss models to convert the RSS measurements into ranges to all visible APs. To improve the applicability of RSS-based lateration methods in indoor environments and further provide feasible mathematical analysis for indoor localization, in this work we propose an improved lateration method based on the well-known DGNSS principle, which can outperform the original lateration methods in terms of performance significantly. The idea of the novel approach termed Differential Wi-Fi (DWi-Fi) is that positioning corrections can be deduced if reference stations are deployed at certain AP locations or in a network in the area of interest. They measure the RSS to all other visible APs similar as it is done on the mobile userīs side. The RSS and the deduced range or coordinate corrections are obtained from a comparison with the known ranges between the AP reference stations. In addition, in a reference AP network area correction parameters (i.e., Flächenkorrekturparameter FKP) can be calculated similar as it is done in RTK-GNSS positioning in a CORS network. These corrections are then applied to the current RSS scans from the mobile user. The major advantage of DWi-Fi is that the RSS to range conversion is based on correction parameters and not only on standard theoretical path loss models. In this contribution the concept is discussed in detail and first promising results are presented.

Für die Positionierung mit WLAN (Wi-Fi) werden meistens entweder das sogenannte Fingerprinting oder auch Lateration eingesetzt. Fingerprinting ist sehr arbeitsintensiv, da eine Datenbank von gemessenen Signalstärken (RSS) zu allen Access Points bestimmt und angelegt werden muss. Dafür sind eine Vielzahl von Messungen auf Referenzpunkten, die in der Regel in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind, notwendig. Andererseits erfordert die Lateration den Einsatz von theoretischen Modellen für die Ableitung des Zusammenhangs zwischen der Signalstärke und der Distanz. Zur Verbesserung der Einsetzbarkeit der RSS-basierten Lateration und deren mathematischen Behandlung für die Positionierung in Innenräumen wird in dieser Arbeit ein neuer Ansatz vorgestellt, der auf dem Prinzip von differentiellen GNSS (DGNSS) Verfahren beruht. Das sogenannte DWLAN Verfahren erreicht eine entscheidende Verbesserung im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit und die erreichbaren Positionierungsgenauigkeiten dadurch, dass wie bei DGNSS Strecken- bzw. Koordinatenkorrekturen durch gleichzeitige Signalstärkenmessungen auf Referenzstation und auf dem mobilen Endgerät des Nutzers ausgeführt werden. Aus einem Vergleich der von den RSS-Messungen abgeleiteten Distanzen an den Referenzstationen und den Entfernungen aus Koordinaten können die Korrekturparameter abgeleitet werden. Die Referenzstationen werden entweder bei den Access Points oder in einem Netz von Stationen im Interessensgebiet angeordnet. Im zweiten Fall können dann Flächenkorrekturparameter FKP wie in einem RTK-GNSS Referenzstationsnetz abgeleitet und an die Messungen der Nutzer angebracht werden. Der größte Vorteil von DWLAN ist, dass die bestimmten Entfernungen zwischen der Nutzerposition und den Access Points nicht nur alleine von theoretischen Modellen abhängen sondern durch die Anbringung von Korrekturparametern abgeleitet werden. In diesem Artikel wird das Verfahren vorgestellt und erste vielversprechende Ergebnisse gezeigt.

Wi-Fi, Differential Positioning, Lateration

http://fig.net/resources/proceedings/fig_proceedings/fig2016/papers/ts06b/TS06B_retscher_tatschl_7973.pdf