基于蜂窩系統(tǒng)無(wú)線定位移動(dòng)臺(tái)誤差累積函數(shù)論文(編輯修改稿)
2025-07-21 02:50 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采集一些需要定位區(qū)域各個(gè)位置的信號(hào)的一些特征參數(shù)，建立一個(gè)位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，每一個(gè)指紋信息，都對(duì)應(yīng)著一個(gè)特定的位置；第二個(gè)階段是實(shí)時(shí)階段及完成定位階段。通過(guò)所測(cè)定的信號(hào)參數(shù)，采取相應(yīng)的配置算法來(lái)確定與數(shù)據(jù)庫(kù)的哪一條數(shù)據(jù)互相匹配，以此來(lái)確定用戶的實(shí)際位置情況。 CGI－TA(Cell Global IdentityTiming Advance)CGI是小區(qū)全球識(shí)別碼，每個(gè)蜂窩小區(qū)有一個(gè)惟一的小區(qū)識(shí)別碼。CGI由位置區(qū)識(shí)別LAI和小區(qū)識(shí)別CI構(gòu)成，即:LAI＋CI＝MCC＋MNC＋LAC＋CITA是一個(gè)時(shí)間提前量的定位參數(shù)。它是由基站測(cè)量得到的結(jié)果，這樣可以減少基站與移動(dòng)用戶之間的傳輸時(shí)延。因此，利用TA可以估計(jì)MS和BS之間的距離。但是，無(wú)線傳輸中不可避免的多徑效應(yīng)，使得利用TA進(jìn)行定位精度很低。因此，把移動(dòng)臺(tái)所處的小區(qū)ID號(hào)和TA結(jié)合在一起來(lái)定位移動(dòng)用戶，是一種簡(jiǎn)單而且經(jīng)濟(jì)的定位方法。移動(dòng)臺(tái)所處的小區(qū)ID 號(hào)是網(wǎng)絡(luò)中已有的信息，移動(dòng)臺(tái)在當(dāng)前小區(qū)注冊(cè)后，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中就會(huì)將該移動(dòng)臺(tái)與該小區(qū)ID號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)。結(jié)合TA，在小區(qū)的覆蓋半徑內(nèi)得出粗略的位置。在此基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)一些位置查詢業(yè)務(wù)，如顯示移動(dòng)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(wú)線定位技術(shù)的比較不同的技術(shù)類型各有優(yōu)缺點(diǎn)。下表1對(duì)不同的技術(shù)類型進(jìn)行了總結(jié)和比較。表1 不同的技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)GPS技術(shù)成熟可靠，定位精度高，不需要增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。是依賴于美國(guó)的GPS全球衛(wèi)星；城市環(huán)境和室內(nèi)環(huán)境下，可能會(huì)產(chǎn)生衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法到達(dá)等問(wèn)題；須將GPS系統(tǒng)集于MS中，提高了移動(dòng)終端的造價(jià)，提高了功耗；集成GPS天線也帶來(lái)一些問(wèn)題。AGPS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改動(dòng)少，投資少；技術(shù)成熟可靠，定位精度高；定位時(shí)間較GPS方式短?，F(xiàn)有的手機(jī)不能實(shí)現(xiàn)AGPS定位方式，必須進(jìn)行更換；手機(jī)增加GPS定位方式，必須增加相應(yīng)的硬件，使得成本增加，自然也會(huì)增加功耗和體積；存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。COO無(wú)需對(duì)網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)進(jìn)行修改，響應(yīng)時(shí)間短。定位精度取決于所在小區(qū)的大??；與其它技術(shù)相比較，其精度最低。場(chǎng)強(qiáng)定位無(wú)需對(duì)網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)進(jìn)行修改。信號(hào)強(qiáng)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(yuǎn)時(shí)誤差更大，定位精度低。EOTD網(wǎng)絡(luò)初始投資少；不需要增加硬件模塊和附件，現(xiàn)有手機(jī)只需要對(duì)軟件進(jìn)行更新?，F(xiàn)有手機(jī)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(yīng)影響定位精度。TOA100％兼容現(xiàn)有手機(jī)，不必做任何改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)定位；較為精確。初始投資高；需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件進(jìn)行相應(yīng)改動(dòng)，如增加定位測(cè)量單元LMU；現(xiàn)有GSM網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)同步還需要進(jìn)行改造；業(yè)務(wù)量大時(shí)網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)加重。TDOA兼容現(xiàn)有手機(jī)，較為精確。不要求移動(dòng)臺(tái)和基站的同步。需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件進(jìn)行相應(yīng)改動(dòng)。AOA無(wú)需對(duì)手機(jī)進(jìn)行修改。需要復(fù)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(gè)基站即可實(shí)現(xiàn)定位，且定位精度較高，不需要改變移動(dòng)臺(tái)前期工作量大，不適應(yīng)環(huán)境變化快的區(qū)域CGI－TA定位過(guò)程簡(jiǎn)單，比較經(jīng)濟(jì)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(duì)策在蜂窩移動(dòng)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(guān)鍵是如何采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档瓦@些因素的影響，同時(shí)這也是無(wú)線定位技術(shù)研究的首要問(wèn)題[8]。 多徑傳播多路徑傳播效應(yīng)是指在移動(dòng)臺(tái)附近的物體反射了移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的信號(hào)，如果此反射過(guò)的信號(hào)也傳送至基站的接收器，將使得基站接收到的信號(hào)像是從反射物的方向傳過(guò)來(lái)，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(chǎng)強(qiáng)法定位不準(zhǔn)確的基本原因。對(duì)基于時(shí)間的定位法來(lái)說(shuō),即使在MS和BS之間電波可以視距傳播,多徑傳播也會(huì)引起時(shí)間測(cè)量誤差。目前已出現(xiàn)了一些對(duì)付多徑傳播的有效方法，如高階譜估計(jì)、最小均方估計(jì)及擴(kuò)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(huì)引起TOA或TDOA測(cè)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(guān)鍵。目前降低NLOS傳播的影響通常有多種方法，如利用測(cè)距誤差統(tǒng)計(jì)的先驗(yàn)信息就可將一段時(shí)間內(nèi)的NLOS測(cè)量值調(diào)節(jié)到接近LOS的測(cè)量值；降低LS算法中NLOS測(cè)量值的權(quán)重等。 多址干擾在CDMA系統(tǒng)中，多址干擾在基于時(shí)間的定位系統(tǒng)中，會(huì)影響時(shí)間初捕獲和延時(shí)鎖相環(huán)的工作。功率控制的采用使多個(gè)非服務(wù)基站將難于同時(shí)正確測(cè)量TOA或TDOA測(cè)量值。目前已出現(xiàn)了一些探索解決該問(wèn)題的方法，如在定位時(shí)將移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率瞬間調(diào)到最大。 基站分布移動(dòng)臺(tái)的定位一般要求同時(shí)與三個(gè)或三個(gè)以上基站相關(guān)處理。由于蜂窩系統(tǒng)用于通信設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮移動(dòng)臺(tái)與一個(gè)基站聯(lián)系，當(dāng)需要切換時(shí)，才會(huì)與臨近的幾個(gè)基站聯(lián)系，目前的網(wǎng)絡(luò)在有些地區(qū)可能難于保證移動(dòng)臺(tái)與三個(gè)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(shù)一般利用由兩個(gè)或更多基站通過(guò)測(cè)量接收信號(hào)的到達(dá)方向來(lái)估計(jì)MS的位置，如圖8所示。AOA定位方法可以唯一確定一個(gè)二維定位點(diǎn)。MS發(fā)，BS1收，測(cè)量可得一條BS1到MS連線。同理，可測(cè)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(dòng)臺(tái)位置。位置估計(jì)的精度依賴于發(fā)送器相對(duì)于接收器的位置。如果發(fā)送器恰好處于兩個(gè)接收器之間的直線上，則AOA測(cè)量將無(wú)法鎖定目標(biāo)位置。因此，通常采用多于兩個(gè)的接收器來(lái)提供定位精度[7]。圖8 AOA算法原理示意圖 TOA設(shè)移動(dòng)臺(tái)與基站之間信號(hào)傳播時(shí)間為t，則移動(dòng)臺(tái)與基站的距離應(yīng)該為R=ct（c為電磁波在空間中傳播速度），移動(dòng)臺(tái)應(yīng)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(dòng)臺(tái)位置。令三個(gè)以上的基站執(zhí)行此種量測(cè)，可得到（6）。聯(lián)立方程組: （6）解出()即為移動(dòng)臺(tái)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(gè)基站在時(shí)間上要嚴(yán)格同步，由于電磁波的傳播速率很高，微小的誤差將會(huì)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(huì)使圓無(wú)法交匯，或者交匯處不是一點(diǎn)而是一個(gè)區(qū)域，如圖10所示。這兩種誤差，NLOS誤差是最主要的誤差
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1