基于蜂窩系統(tǒng)無線定位移動臺誤差累積函數(shù)論文(編輯修改稿)
2025-07-21 02:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 采集一些需要定位區(qū)域各個位置的信號的一些特征參數(shù)，建立一個位置指紋數(shù)據(jù)庫。其中，每一個指紋信息，都對應著一個特定的位置；第二個階段是實時階段及完成定位階段。通過所測定的信號參數(shù)，采取相應的配置算法來確定與數(shù)據(jù)庫的哪一條數(shù)據(jù)互相匹配，以此來確定用戶的實際位置情況。 CGI－TA(Cell Global IdentityTiming Advance)CGI是小區(qū)全球識別碼，每個蜂窩小區(qū)有一個惟一的小區(qū)識別碼。CGI由位置區(qū)識別LAI和小區(qū)識別CI構成，即:LAI＋CI＝MCC＋MNC＋LAC＋CITA是一個時間提前量的定位參數(shù)。它是由基站測量得到的結果，這樣可以減少基站與移動用戶之間的傳輸時延。因此，利用TA可以估計MS和BS之間的距離。但是，無線傳輸中不可避免的多徑效應，使得利用TA進行定位精度很低。因此，把移動臺所處的小區(qū)ID號和TA結合在一起來定位移動用戶，是一種簡單而且經(jīng)濟的定位方法。移動臺所處的小區(qū)ID 號是網(wǎng)絡中已有的信息，移動臺在當前小區(qū)注冊后，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中就會將該移動臺與該小區(qū)ID號對應起來。結合TA，在小區(qū)的覆蓋半徑內(nèi)得出粗略的位置。在此基礎上，可以實現(xiàn)一些位置查詢業(yè)務，如顯示移動用戶所在區(qū)域內(nèi)的餐館、旅館等信息，定位精度則取決于小區(qū)的大小和周圍的環(huán)境。3幾種無線定位技術的比較不同的技術類型各有優(yōu)缺點。下表1對不同的技術類型進行了總結和比較。表1 不同的技術方案的優(yōu)缺點技術方案優(yōu)點缺點GPS技術成熟可靠，定位精度高，不需要增加網(wǎng)絡設備。是依賴于美國的GPS全球衛(wèi)星；城市環(huán)境和室內(nèi)環(huán)境下，可能會產(chǎn)生衛(wèi)星信號無法到達等問題；須將GPS系統(tǒng)集于MS中，提高了移動終端的造價，提高了功耗；集成GPS天線也帶來一些問題。AGPS網(wǎng)絡設備改動少，投資少；技術成熟可靠，定位精度高；定位時間較GPS方式短。現(xiàn)有的手機不能實現(xiàn)AGPS定位方式，必須進行更換；手機增加GPS定位方式，必須增加相應的硬件，使得成本增加，自然也會增加功耗和體積；存在一定的安全風險。COO無需對網(wǎng)絡和手機進行修改，響應時間短。定位精度取決于所在小區(qū)的大??；與其它技術相比較，其精度最低。場強定位無需對網(wǎng)絡和手機進行修改。信號強度受基站的扇形特性、天線角度以及環(huán)境因素影響大，距離遠時誤差更大，定位精度低。EOTD網(wǎng)絡初始投資少；不需要增加硬件模塊和附件，現(xiàn)有手機只需要對軟件進行更新?，F(xiàn)有手機不能適用于EOTD定位方式，需要更新或全部替換軟件；受RTD和幾何距離參數(shù)的影響，定位精度較低；多徑效應影響定位精度。TOA100％兼容現(xiàn)有手機，不必做任何改動即可實現(xiàn)定位；較為精確。初始投資高；需要對網(wǎng)絡硬件和軟件進行相應改動，如增加定位測量單元LMU；現(xiàn)有GSM網(wǎng)要實現(xiàn)同步還需要進行改造；業(yè)務量大時網(wǎng)絡負擔加重。TDOA兼容現(xiàn)有手機，較為精確。不要求移動臺和基站的同步。需要對網(wǎng)絡硬件和軟件進行相應改動。AOA無需對手機進行修改。需要復雜的天線，向蜂窩基站增加天線陣列不美觀也不方便管理。指紋定位所需定位基站少，一個基站即可實現(xiàn)定位，且定位精度較高，不需要改變移動臺前期工作量大，不適應環(huán)境變化快的區(qū)域CGI－TA定位過程簡單，比較經(jīng)濟精度不高，定位精度受小區(qū)大小和周圍環(huán)境的影響4 產(chǎn)生定位誤差的原因及對策在蜂窩移動通信系統(tǒng)中, 造成定位誤差的主要原因有多徑傳播、NLOS傳播、多址干擾等。提高定位精度的關鍵是如何采取適當?shù)拇胧┙档瓦@些因素的影響，同時這也是無線定位技術研究的首要問題[8]。 多徑傳播多路徑傳播效應是指在移動臺附近的物體反射了移動臺發(fā)射的信號，如果此反射過的信號也傳送至基站的接收器，將使得基站接收到的信號像是從反射物的方向傳過來，造成基站的誤判或混淆。多徑傳播是引起AOA的定位算法及場強法定位不準確的基本原因。對基于時間的定位法來說,即使在MS和BS之間電波可以視距傳播,多徑傳播也會引起時間測量誤差。目前已出現(xiàn)了一些對付多徑傳播的有效方法，如高階譜估計、最小均方估計及擴展的卡爾曼濾波等。 NLOS傳播NLOS傳播是影響定位精度的主要原因，它會引起TOA或TDOA測量誤差。因此，如何降低NLOS傳播的影響也是提高定位精度的關鍵。目前降低NLOS傳播的影響通常有多種方法，如利用測距誤差統(tǒng)計的先驗信息就可將一段時間內(nèi)的NLOS測量值調(diào)節(jié)到接近LOS的測量值；降低LS算法中NLOS測量值的權重等。 多址干擾在CDMA系統(tǒng)中，多址干擾在基于時間的定位系統(tǒng)中，會影響時間初捕獲和延時鎖相環(huán)的工作。功率控制的采用使多個非服務基站將難于同時正確測量TOA或TDOA測量值。目前已出現(xiàn)了一些探索解決該問題的方法，如在定位時將移動臺發(fā)射功率瞬間調(diào)到最大。 基站分布移動臺的定位一般要求同時與三個或三個以上基站相關處理。由于蜂窩系統(tǒng)用于通信設計時主要考慮移動臺與一個基站聯(lián)系，當需要切換時，才會與臨近的幾個基站聯(lián)系，目前的網(wǎng)絡在有些地區(qū)可能難于保證移動臺與三個以上基站的聯(lián)系。5 AOA、TOA、TDOA方法與仿真 算法原理 AOAAOA定位技術一般利用由兩個或更多基站通過測量接收信號的到達方向來估計MS的位置，如圖8所示。AOA定位方法可以唯一確定一個二維定位點。MS發(fā)，BS1收，測量可得一條BS1到MS連線。同理，可測量得到另一條直線，兩直線相交產(chǎn)生定位角，便可得知移動臺位置。位置估計的精度依賴于發(fā)送器相對于接收器的位置。如果發(fā)送器恰好處于兩個接收器之間的直線上，則AOA測量將無法鎖定目標位置。因此，通常采用多于兩個的接收器來提供定位精度[7]。圖8 AOA算法原理示意圖 TOA設移動臺與基站之間信號傳播時間為t，則移動臺與基站的距離應該為R=ct（c為電磁波在空間中傳播速度），移動臺應該位于以基站為中心，以R為半徑的圓。得到TOA的方程式為 （5）其中()為基站的位置，（）為移動臺位置。令三個以上的基站執(zhí)行此種量測，可得到（6）。聯(lián)立方程組: （6）解出()即為移動臺位置，如圖9所示。圖9 TOA算法示意圖TOA算法要求參加定位的各個基站在時間上要嚴格同步，由于電磁波的傳播速率很高，微小的誤差將會在算法中放大，使定位精度大大降低。傳播中的多徑干擾、NLOS以及噪聲等干擾造成的誤差會使圓無法交匯，或者交匯處不是一點而是一個區(qū)域，如圖10所示。這兩種誤差，NLOS誤差是最主要的誤差
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