基于移动通信网络无线定位技术的原理及应用

基于移动通信网络无线定位技术的原理及应用

第27卷第3期　　　　　　　　　　　　　测绘科学.27No.3

　　　　　　　　　　　　　Vol

2002年9月ScienceofSurveyingandMappingSep.,2002

基于移动通信网络无线定位技术的原理及应用

赵军,李先华

(华东师范大学遥感与数字技术开放实验室,上海200062)

[摘要]无线电定位技术有着广泛的应用前景,也是未来第三代移动通信的一个支撑技术。本文介绍了基于移动通

信网络无线定位的原理和技术,分析了在移动通信系统内实现移动台精确定位的主要技术难点和提高精度的对策。

[关键词]无线定位;定位技术;移动通信

[中图分类号]TN92　　[文献标识码]A　　[文章编号]1009-2307(2002)03-0048-1　引　言

随着移动通信技术的发展,动用户出于安全和方便的考虑,务,。1996(FCC)作出明确规定,要求各蜂窝网提供者配合当地公共安全应答点(PSAP),对移动电话用户的紧急呼叫实行应急业务,代号为E911。FCC规定到2001年10月1日所有移动网络运营商以可定位概率为67%,均方误差为125m的精度为发出911呼叫的移动用户提供定位服务[1]。除上述用途外,无线定位技术的重要意义还体现在以下几个方面:

(1)用于移动台位置的灵活计费　网络管理中心在计费时可根据移动用户位置收取不同的通话费。

(2)智能交通系统(ITS)　在蜂窝系统中提供对移动台的定位服务后,ITS系统中就可利用该功能来取代传统的AVL系统,提供诸如交通事故、交通堵塞、车辆及旅客位置等服务。

(3)增强网络性能　从宏观角度讲,提供对移动台的精确定位服务可以更好地对蜂窝进行规划;从微观上讲,可以更好地决定什么时候进行小区间的切换。

(4)个人定位服务　在旅行时,可以通过有关的服务中心获得就近的宾馆信息等,可以利用特制的MS对需要限制活动范围的移动目标进行定位跟踪监视。

收稿日期:2002201206

2IApplicationToolkit)方法K可以理解为一组开发增值业务的命令,一种小型编程语言,它允许SIM(SubscriberIdentityModule)卡运行自己的应用软件。STK技术最大的

贡献在于它为SIM卡的增值业务提供了一个简单易操作的开发平台。普通SIM卡手机只能完成存储电话簿等一些简单功能,当手机插入STKSIM卡,功能将大大增强,手机可以提供包括信息点播、位置服务、手机银行、移动点子商务等多种增值业务。

处于GSM移动通信网络中的移动台,会不断对服务小区和相邻小区进行测量并产生测量报告。在测量报告中会包含服务小区的CGI码和接收场强及相邻六个小区的CGI码和接收场强,这些信息为移动台的定位提供了足够的资料,通过相关技术,就可以控制其将测量报告以短消息的形式发出。在获得数据后对其进行处理分析,并查询相关数据库,最终实现移动台的位置服务。考虑到目前每个城市市区内基站的密集程度,将移动台定位于一个小区覆盖范围内是足够的。但这种方法的精确度不高,为了进一步提高定位的精度,我们有必要通过路测获取必要的数据并将其做成实际路测数据库,通过将测量报告中的数据与该数据库中的数据进行对照从而标出较为精确的移动台位置,在市区定位能达到150米。广州爱捷数码资讯科技有限公司开发的

。MobileGis手机位置服务系统即采用STK相关技术

本方法的主要优点是应答的速度快,典型的大约为3s。2.2　基于电波传播时间(TOA或TDOA)的定位法

基于移动通信网络无线定位技术的原理及应用

第3期　　　　　　　　　　赵军等　基于移动通信网络无线定位技术的原理及应用　　　　　　　　　　　　　　49

　　TOA(TimeOfArrival)的定位原理是:电磁波在空间是以光速传播,设移动台与接收基站A、B、C之间电磁波的传输时间分别为ta,tb,tc,则可得如下方程组:

(xa-x)2+(ya-y)2-cta=0(xb-x)+(yb-y)-ctb=0(xc-x)+(yc-y)-ctc=0

2

2

2

2

差),并且在其发射信号中要包含发射时间标记以便接收基站根据信号到达时间确定信号所传播的距离,如图1(b)。如基站AB,AC,BC之间收到移动台发射电磁波的时间差分别为tab,tac,tbc,那么TDOA技术可用如下方程组描述:

(xa-x)2+(ya-y)2-

　　(xb-x)2+(yb-y)2-ctab=0

其中(xa,ya),(xb,yb),(xc,yc)分别为基站A、B、C的坐标。三个基站得三个圆,三个圆交汇于一点就可确定移动台的位置,如图1(a)所示。TDOA(TimeDifferenceOf

Arrival)技术是对TOA技术的改进,TDOA(xa-x)2+(ya-y)2-

　　(xc-x)2+y)2-ctac=0

(x)2y2位置。TOA测量要求M精确同步(1Λs300m的定位误

c-x)2+(yc-y)2-ctbc=0

测量的是MS发射的信号到达不同的BTS传播的时间差,而不是确切的传播时间,因此不需要

图1[5]

号(RF)传播来的方向,基站必须配备有方向性强的监测MS与BTS间的精确同步,也不需要在其发射信号

中加上发射时间标记,即不需要增加上行链路的数天线阵列,这样就需对现有的基站天线进行改造。据量。所以对于移动通信网中MS的准确定位而言,进行TDOA测量更具有实际意义。TDOA方案具有比STK更高的精度,即在502125米之间,但是其回应时间更慢,一般大概5s。而TOA还有一些问题需要解决,如在市区其精度不一定就好于STK方案,且其应答时间比STK和TDOA更长,典型的大约有10s。由于同步GSM网络代价较高,且此方案提供的精度比STK也好不到哪里,因此TOA的使用受到限制。

2.3　基于电波入射角(AOA)的定位法

AOA(AngleOfArrival)也可称为DOA(DirectionofArrival),此技术已广泛应用于雷达追踪、车辆导航系统中。此方法是利用接收基站检测到电磁波传来的方向来确定移动台的位置,由两个接收站就可确定移动台的位置,如图1(c)。这种方法没有不确定因素,因为两条线只有一个交点。AOA技术应用于移动通信网的难点在于,要想检测出射频信

2.4　混合定位法

每个测量值都可以确定目标所在的一条轨迹,多个测量值可以确定目标所处的多条轨迹。通过求解轨迹交点便可以确定移动目标的位置。在某些情况下(如无法获得足够多的参数测量值),轨迹交点可能并非唯一,即出现定位点的模糊性,这可以通过一系列方法加以解决。例如利用移动目标运动轨迹连续性有关的先验信息或者额外的测量值(如SS、AOA、TOA、TDOA)来确定真实的定位点,更多的测量值有助于提高定位精度和可靠性。比如圆-角定位系统(Circular-Angle)可以进行单一基站位置测量。各种定位技术的比较见表1。

3　蜂窝电话定位系统的两种实现方案

根据进行定位估计的位置及定位数据用途的不同可将移动台的定位方案分为两类:一类是基于移动台的定位系统,这类系统成为移动台自主定位系

基于移动通信网络无线定位技术的原理及应用

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　测绘科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第27卷　　50

统,在蜂窝网络中也叫做前向定位系统,MS接收BTS的信息,进行适当的信号参数测量,并利用这些测量值算出MS的位置;另一类是基于网络的定位系统,即反向链路定位技术,移动通信网中的主流定位技术属于该类,与前一类相比,基于移动通信网所实现的定位具有若干优点:

(1)对现存的大量移动设备无需改动,定位所需

定位方法

STK

的附加设备由网络提供,用户仅通过现有的移动终端即可获得定位信息;

(2)便于网络运营部门有效地进行移动用户跟踪监测,有效地实行移动终端盗打防范和网络资源管理;

(3)易于实现对于 …… 此处隐藏：3021字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……