RSSI-Stabilisierung für BLE Indoor Positioning

Aktuelles Problem

Die RSSI-Werte der einzelnen Beacons schwanken stark, obwohl bereits ein Kalman-Filter (Q=1.0, R=50.0) und eine Ausreißer-Erkennung (20 dBm) im Einsatz sind.

Empfohlene Filter-Pipeline

Roher RSSI
  → Stufe 1: Median-Filter (Fenster 5-7 Werte) — eliminiert Ausreißer automatisch
  → Stufe 2: Kalman-Filter (Q=0.1, R=3-5) — glättet auf vorgereinigten Daten
  → Gefilterter RSSI

Die Literatur zeigt, dass Median + Kalman zusammen 50-70% weniger Schwankung erzeugen als Kalman allein.

Maßnahmen nach Priorität

Hoch (Quick Wins)

Maßnahme	Aufwand	Erwartete Verbesserung
Kalman-Parameter anpassen (Q=0.5, R=10.0 statt Q=1.0, R=50.0)	5 Min	30-40% stabileres RSSI
Median-Vorfilter (Sliding Window, Fenster=5) vor dem Kalman-Filter	1-2 Std	50-70% weniger Ausreißer
ESP32 Advertising Interval auf 20-30ms senken	30 Min	Mehr Datenpunkte für Aggregation

Mittel

Maßnahme	Aufwand	Erwartete Verbesserung
ESP32 TX Power auf 0 oder -3 dBm (weniger Multipath-Reflexionen)	15 Min	10-20% weniger Multipath
Empirische R-Kalibrierung (60s Roh-RSSI bei 1m loggen, Varianz = R)	30 Min	Optimale Kalman-Parameter
ScanFilter auf UUID setzen (weniger CPU-Last durch irrelevante Geräte)	15 Min	Weniger Overhead
Adaptiver Kalman-Filter (R dynamisch aus letzten N Messungen berechnen)	3-4 Std	15-25% bessere Dynamik

Niedrig (für Bachelorarbeit erwähnenswert)

Maßnahme	Aufwand	Erwartete Verbesserung
Sensor Fusion mit IMU (Accelerometer + Gyroskop, Pedestrian Dead Reckoning)	2-3 Tage	25-30% bessere Position
Partikel-Filter auf Positionsebene	1-2 Tage	15-24% bessere Position
Machine Learning (Fingerprinting mit Random Forest)	Mehrere Tage	Situationsabhängig

Kalman-Parameter Tuning

Szenario	Q (Process Noise)	R (Measurement Noise)
Aktuell (suboptimal)	1.0	50.0
Quick Fix (ohne Median)	0.5	10.0
Mit Median-Vorfilter	0.1	3.0 - 5.0

R empirisch bestimmen: Smartphone 1m vor Beacon halten, 60s Roh-RSSI loggen, Varianz berechnen = R. Typische BLE-Varianz: 4-25 dBm².

Hardware-Empfehlungen (ESP32)

Advertising Interval: 20-30ms (statt Standard 100ms) → mehr Messpunkte
TX Power: 0 dBm oder -3 dBm (reicht für 3.5x4.5m Raum, reduziert Wandreflexionen)
Channel Map: ADV_CHNL_ALL — alle 3 Advertising-Kanäle nutzen (minimiert frequenzspezifisches Fading)

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