Among the various Ultra-wideband (UWB) ranging methods, the absence of uplink communication or centralized computation makes downlink time-difference-of-arrival (DL-TDOA) localization the most suitable for large-scale industrial deployments. However, temporary or permanent obstacles in the deployment region often lead to non-line-of-sight (NLOS) channel path and signal outage effects, which result in localization errors. Prior research has addressed this problem by increasing the ranging frequency, which leads to a heavy increase in the user device power consumption. It also does not contribute to any increase in localization accuracy under line-of-sight (LOS) conditions. In this paper, we propose and implement a novel low-power channel-aware dynamic frequency DL-TDOA ranging algorithm. It comprises NLOS probability predictor based on a convolutional neural network (CNN), a dynamic ranging frequency control module, and an IMU sensor-based ranging filter. Based on the conducted experiments, we show that the proposed algorithm achieves 50% higher accuracy in NLOS conditions while having 46% lower power consumption in LOS conditions compared to baseline methods from prior research.


翻译:在众多超宽带测距方法中,由于无需上行链路通信或集中式计算,下行到达时间差(DL-TDOA)定位成为大规模工业部署中最适用的方案。然而,部署区域中临时或永久性障碍物常导致非视距(NLOS)信道路径和信号中断效应,从而引发定位误差。先前研究通过提高测距频率来解决该问题,但这会导致用户设备功耗显著增加,且在视距(LOS)条件下无法提升定位精度。本文提出并实现了一种新型低功耗信道感知动态频率DL-TDOA测距算法,该算法包含基于卷积神经网络(CNN)的NLOS概率预测器、动态测距频率控制模块以及基于IMU传感器的测距滤波器。实验结果表明,与先前研究的基准方法相比,本文算法在NLOS条件下定位精度提升50%,同时在LOS条件下功耗降低46%。

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