室内GPS信号覆盖系统的设计与实现.doc

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1、.word格式,室内GPS信号覆盖系统的设计与实现1引言随着移动通信的飞速发展和智能手机的大量普及，LBS(LocationBasedService，基于位置服务)给人们的日常生活带来了前所未有的便利。在LBS使用到的诸多技术中，最基础并且最关键的一项就是定位技术。GPS定位是目前全球范围内应用最广泛、最成熟的一种定位技术。然而，在定位需求与日俱增的许多室内场所，比如机场、展厅、写字楼、地下停车场、仓库等地点，由于GPS卫星信号被遮挡，造成GPS接收机无法实现定位。基于这样的背景，本文介绍一种全新的途径，即利用已经广泛部署的移动通信室内分布系统来解决GPS信

2、号的室内覆盖问题。2基本原理概述2.1LBS的系统架构与原理,专业.专注..word格式,简单地说，LBS包含两层含义：首先是确定移动设备或用户所在的地理位置；其次是提供与位置相关的各类信息服务。LBS的常用系统架构如图1所示：LBS提供服务的基本原理为通过定位技术获取移动终端用户的位置信息，然后再通过GIS数据信息的支持，结合个性化服务应用程序，为用户提供所需位置服务。在欧美日韩等国外地区，LBS给各运营商创造了丰厚的利润，在中国也显示出了巨大的潜力。目前市场上多款手机提供地图服务，用户可以查找自己和好友的位置，查询周边信息，规划自己的交通出行路线。2.2

3、GPS系统构成与原理GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)是一种可以定时和测距的空间交会定点导航系统，它可以向全球范围用户提供精确、连续的三维位置和速度信息，同时满足军事部门和民用部门的需要。GPS系统还可向用户提供精确的时间信息。,专业.专注..word格式,整个卫星星座由布置在6个轨道平面上的24颗卫星构成，一个分布在全世界的地面控制监视网络监视着卫星的健康与工作状态，这个网络也向卫星上载导航数据和其他数据。由于用户接收机是被动无源工作，GPS系统可以向无限数目的用户提供定位导航服务，如图2所示。卫星利用高精度的星载原子钟

4、做时间基准发射导航信号，而星载原子频标是与内在的GPS系统时基准同步的。CDMA(CodeDividedMulti-Address，卫星用码分多址)技术在L1(1575.42MHz)和L2(1227.6MHz)这两个频率上广播测距码和导航数据。接收机接收导航数据以确认卫星的位置，测距码则用来确定信号的传输延时，从而确定卫星到用户的距离。如果接收机的时钟是与卫星同步的，则只需要三颗卫星即可测距，但由于接收机的时钟相对于卫星时钟来说比较不稳定，因此至少需要观测四颗GPS卫星用于计算用户的经度值、纬度值、高度值和接收机的时钟偏移值等4个未知量。GPS定位技术因其覆

5、盖面广，在大多数环境下能做到全天时较高精度的定位，成为行人导航的重要手段。但是，因为信号遮挡、衰减和干扰等因素，在诸如机场、展厅、写字楼、地下停车场、仓库等室内环境中其接收机的定位时间长、精度很差甚至无法定位。而这类环境正是个人用户的主要活动区域，为了获得连续的导航定位结果，必须依赖于其它技术辅助增强或者完全替代它。,专业.专注..word格式,2.3移动通信室内分布系统室内分布系统是实现室内场所深度覆盖的重要手段，也是电信运营商的重要战略资源。其原理是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖，满足容量和

6、质量的需求。3室内GPS信号覆盖系统的设计3.1GPS室内信号特性分析GPS信号包括两个载波频率成分：L1和L2。L1的中心频率为1575.42MHz，L2的中心频率为1227.6MHz。由于这两个频率的时间参考是原子频标，所以它们是非常准确的。目前，L1频率包含了C/A码和P(Y)码信号，而L2频率只包含了P(Y)码信号。用于民用定位只能使用精度较低的C/A码，因此民用GPS接收机主要接收频率为1575.42MHz的L1载波。本文主要也是针对解决L1载波C/A码的室内信号覆盖问题展开讨论。,专业.专注..word格式,在地面上接收的GPS信号是十分微弱的，

7、它们的功率电平通常比噪声电平低得多。每颗GPS卫星在L1频段上以478.63W(56.8dBm)的功率来广播C/A码信号，信号的传输路径大约20000km。GPS信号在这段路径中的自由空间损耗，可用下式估算：Lo=32.4+20lgd+20lgf(1)其中距离d的单位为km，信号频率f的单位为MHz。将d=20000、f=1575.42代入(1)式，可算出从卫星到地面的自由空间衰减为182.4dB。因此，L1载波的C/A码在到达地面的强度约为PC/A=(56.8-182.4)dBm=-125.6dBm。GPS接口控制文档中给出的信号强度的最小值为-130dB

8、m，与上述结果基本一致。在室内环境下，由于受到视线信