288694$wangfang - n261$蜂窝无线定位技术的研究(3)

江西师范大学学士学位论文

BTS2 BTS3 BTS1

图6 TDOA示意图

基于网络的定位系统中常采用精度较高的TOA和TDOA定位法，如图5及图6所示。TOA中，移动台位于以基站为圆心、移动台到基站的电波传播距离为半径的圆上。在多个基站进行上述运算，则移动台的位置可以由三个圆的交点确定。TOA要求接收信号的基站、移动台知道信号的开始传输时刻，并要求基站有非常精确的时钟。TOA提供的定位精度毕COO高，但是它的响应时间比COO或E-OTD更长（约10s）。TDOA是通过检测信号到达两个基站的时间差，而不是到达的绝对时间来确定移动台的位置，这也就降低了对时间同步的要求。移动台定位于以两个基站为焦点的双曲线方程上，确定移动台的位置需要建立两个以上双曲线方程，两条双曲线的交点即为移动台的位置。

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3.6 根据到达角AOA(Angle of Arrival)

在基站通过阵列天线测出移动台来波信号的入射角，构成从基站到移动台的径向连线，两根连线的交点即为待定移动台的位置。如图7所示。

B BTS2 N N B-A A

BTS1 图7 AOA示意图

这种方法不会产生二义性，因为两根直线只能交于一点。它需要在每个小区基站上放置4-12组的天线阵，这些天线阵一起工作，从而确定移动台发射信号相对于基站的角度。当有两个或两个以上基站都发现了该信号源时，那么它们分

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别从基站引出射线，这些射线的交点就是移动台的位置。AOA的缺点是到达角估计会受到由多径和其它环境因素所引起的无线信号波阵面扭曲的影响，移动台距离基站较远时，基站定位角度的微小偏差会导致定位距离的较大误差。

3.7 根据场强定位

移动台接收的信号强度与移动台至基站的距离成反比关系，通过测量接收信号的场强值和已知信道衰落模型及发射信号的场强值可以估算出收发信机之间的距离，根据多个距离值可以估算出移动台的位置。

然而，这项技术被认为是定位技术中最不可靠的一种。由于小区基站的扇形特性、天线有可能倾斜以及无线系统的不断调整，通过计算功率损耗而确定移动台的位置的过程会十分复杂。而且信号并不只因为传输距离而产生衰减，其它的因素如穿越墙、车辆等都会对信号强度产生影响。功率测量电路也无法区分多个方向接收到的功率，如直接的和反射的。

3.8 指纹定位

指纹定位亦称数据库相关定位。它能为处于不同位置发出的信号特征参数建立数据库，通过将实际接收到的信号和数据库进行比较来实现移动台的定位。接收到的信号由于其对地形和传播时障碍物具有依赖性，因而呈现出非常强的站点特殊性。因此对于每一个位置来说，该信道的多径结构对每一个位置是惟一的，如果同样的射频信号被从该位置发射，这样的多径特征可以被认为是该位置的指纹或者特征签名。

指纹定位的实施大致分两个阶段:

第一个阶段是数据采集，主要是采集一些需要定位区域各个位置的信号的一些特征参数，建立一个位置指纹数据库。其中，每一个指纹信息，都对应着一个特定的位置；第二个阶段是实时阶段及完成定位阶段。通过所测定的信号参数，采取相应的配置算法来确定与数据库的哪一条数据互相匹配，以此来确定用户的实际位置情况。

3.9 CGI－TA(Cell Global Identity-Timing Advance)

CGI是小区全球识别码，每个蜂窝小区有一个惟一的小区识别码。CGI由位置区识别LAI和小区识别CI构成，即:

LAI＋CI＝MCC＋MNC＋LAC＋CI

TA是一个时间提前量的定位参数。它是由基站测量得到的结果，这样可以减少基站与移动用户之间的传输时延。因此，利用TA可以估计MS和BS之间的距离。但是，无线传输中不可避免的多径效应，使得利用TA进行定位精度很低。因此，把移动台所处的小区ID号和TA结合在一起来定位移动用户，是一种简单而且经济的定位方法。移动台所处的小区ID 号是网络中已有的信息，移动台在

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当前小区注册后，在系统的数据库中就会将该移动台与该小区ID号对应起来。结合TA，在小区的覆盖半径内得出粗略的位置。在此基础上，可以实现一些位置查询业务，如显示移动用户所在区域内的餐馆、旅馆等信息，定位精度则取决于小区的大小和周围的环境。

4 几种无线定位技术的比较

不同的技术类型各有优缺点。下表1对不同的技术类型进行了总结和比较。

表1 不同的技术方案的优缺点 技术方案 GPS 优点 缺点 是依赖于美国的GPS全球卫星；城市环境和室内环境下，可能会产生卫星信号无法到达等问题；须将GPS系统集于MS中，提高了移动终端的造价，提高了功耗；集成GPS天线也带来一些问题。 现有的手机不能实现A-GPS定位方式，必须进行更换；手机增加GPS定位方式，必须增加相应的硬件，使得成本增加，自然也会增加功耗和体积；存在一定的安全风险。 定位精度取决于所在小区的大小；与其它技术相比较，其精度最低。 信号强度受基站的扇形特性、技术成熟可靠，定位精度高，不需要增加网络设备。 A-GPS 网络设备改动少，投资少；技术成熟可靠，定位精度高；定位时间较GPS方式短。 COO 无需对网络和手机进行修改，响应时间短。 场强定位 无需对网络和手机进行修天线角度以及环境因素影响改。 大，距离远时误差更大，定位精度低。 现有手机不能适用于E-OTD网络初始投资少；不需要增定位方式，需要更新或全部替E-OTD 加硬件模块和附件，现有手换软件；受RTD和几何距离参机只需要对软件进行更新。 数的影响，定位精度较低；多径效应影响定位精度。 TOA 100％兼容现有手机，不必做初始投资高；需要对网络硬件 11

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任何改动即可实现定位；较和软件进行相应改动，如增加为精确。 定位测量单元LMU；现有GSM网要实现同步还需要进行改造；业务量大时网络负担加重。 兼容现有手机，较为精确。TDOA 不要求移动台和基站的同步。 AOA 无需对手机进行修改。 所需定位基站少，一个基站指纹定位 即可实现定位，且定位精度较高，不需要改变移动台 CGI－TA 定位过程简单，比较经济 需要对网络硬件和软件进行相应改动。 需要复杂的天线，向蜂窝基站增加天线阵列不美观也不方便管理。 前期工作量大，不适应环境变化快的区域 精度不高，定位精度受小区大小和周围环境的影响 5 产生定位误差的原因及对策

在蜂窝移动通信系统中, 造成定位误差的主要原因有多径传播、NLOS传播、多址干扰等。提高定位精度的关键是如何采取适当的措施降低这些因素的影响，同时这也是无线定位技术研究的首要问题。

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5.1 多径传播

多路径传播效应是指在移动台附近的物体反射了移动台发射的信号，如果此反射过的信号也传送至基站的接收器，将使得基站接收到的信号像是从反射物的方向传过来，造成基站的误判或混淆。多径传播是引起AOA的定位算法及场强法定位不准确的基本原因。对基于时间的定位法来说,即使在MS和BS之间电波可以视距传播,多径传播也会引起时间测量误差。目前已出现了一些对付多径传播的有效方法，如高阶谱估计、最小均方估计及扩展的卡尔曼滤波等。

5.2 NLOS传播

NLOS传播是影响定位精度的主要原因，它会引起TOA或TDOA测量误差。因此，如何降低NLOS传播的影响也是提高定位精度的关键。目前降低NLOS传播的影响通常 …… 此处隐藏：2128字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……