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(yīng)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(yīng)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(gòu)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(jié)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(yīng)，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(jié)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(luò)中已有的信息，移動臺在當(dāng)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(yīng)起來。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，可以實現(xiàn)一些位置查詢業(yè)務(wù)，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(shù)的比較不同的技術(shù)類型各有優(yōu)缺點。下表1對不同的技術(shù)類型進行了總結(jié)和比較。表1 不同的技術(shù)方案的優(yōu)缺點技術(shù)方案優(yōu)點缺點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(luò)設(shè)備改動少，投資少；技術(shù)成熟可靠，定位精度高；定位時間較GPS方式短?，F(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(yīng)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(fēng)險。COO無需對網(wǎng)絡(luò)和手機進行修改，響應(yīng)時間短。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。場強定位無需對網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(yīng)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(luò)硬件和軟件進行相應(yīng)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(wù)量大時網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)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(luò)硬件和軟件進行相應(yīng)改動。AOA無需對手機進行修改。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(yīng)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(guān)鍵是如何采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档瓦@些因素的影響，同時這也是無線定位技術(shù)研究的首要問題[8]。 多徑傳播多路徑傳播效應(yīng)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(zhǔn)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(guān)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(quán)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(wù)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(guān)處理。由于蜂窩系統(tǒng)用于通信設(shè)計時主要考慮移動臺與一個基站聯(lián)系，當(dāng)需要切換時，才會與臨近的幾個基站聯(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(shù)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(biāo)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(shè)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(yīng)該為R=ct（c為電磁波在空間中傳播速度），移動臺應(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(yán)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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