蜂窝移动通信网络中的无线定位技术

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1、蜂窝移动通信网络中的无线定位技术

2、第1...摘　要：从移动通信技术应用现状与发展情况出发，介绍了无线定位技术的原理，移动通信信道特性与定位误差的关系以及基本的定位算法。　　关键词：无线定1　引　言　　无线定位技术的研究始于20世纪60年代的自动车辆定位系统，随后该技术在公共交通、出租车调度以及公安追踪等范围内广泛应用。后来，随着人们对基于位置的信息服务的需求增多，无线定位技术得到更多研究者的关注，全球定位系统（GPS）的出现更使得无线定位技术产生了质的飞跃，定位精度得到大幅度的提高，可达到10m以内。虽然直接利用GPS可以达

3、到一种较为理想的定位效果，但是他需要专门的接收设备，对大多数用户来说并不是很方便。近年来，随着蜂窝移动系统的普及，定位技术开始用于蜂窝系统设计、切换、服务区确定、交通监控等方面。　　目前，无线定位可分为卫星无线定位和地面无线定位，卫星定位利用GPS，GLONASS以及我国的北斗双星等卫星系统实现移动目标的三维定位；地面无线定位则通过测量无线电波的传播时间、信号场强、相位、入射角度等参数实现移动目标的二维定位。蜂窝无线定位属于地面无线定位系统。　　现有的蜂窝移动通信网中的无线定位系统按移动通信结构分为基于移动通信网络的无线定位

4、、基于移动台的无线定位、混合定位等。近年来，随着移动用户的快速增加，对位置服务的需求也大大增加，在蜂窝系统中，基于位置的服务有很多种类，如公共安全、基于位置的记费服务、跟踪服务增强呼叫的路由选择服务等。当前的蜂窝无线定位系统中，为了避免对移动终端增加额外开销，多采用的是基于网络的定位方案，由多个基站同时接收检测移动台发出的信号，根据测量到的参数由网络对移动台进行定位估计。移动终端往往是普通，这就需要对基站安装监测设备，测量移动台发出的信号参数，再通过适当的算法估计出移动台的大致位置，而信号的传播很大程度上取决于移动通信信道特

5、性，使定位精度受到很大的影响。2　移动通信网中的定位算法2．1　基于时间的定位算法　　该方法是通过测出电波从发射机传播到多个接收机的传播时间（TOA）或时间差（TDOA）来确定目标移动台的位置。因此，测量值TOA或TDOA的测量精度对移动台的定位精度有很大的影响。2．1．1　到达时间法TOA　　设移动台与基站之间信号传播时间为t，则移动台与基站的距离应该为R＝ct，移动台应该位于以基站为中心，以R为半径的圆上，如图1所示。　　得到TOA的方程组为：500)this.style.ouseg(this)">坐标，ti为接收到第i

6、个基站发送的信息的时间，t为基站发送信号的时间。500)this.style.ouseg(this)">　　　　若测得信号在移动台与3个基站的传播时间，那么3个圆的交点就是基站的位置，如图2（a）所示。　　TOA算法要求参加定位的各个基站在时间上要严格同步，由于电磁波的传播速率很高（108m／s），微小的误差将会在算法中放大，使定位精度大大降低。传播中的多径干扰、NLOS以及噪声等干扰造成的误差会使圆无法交汇，或者交汇处不是一点而是一个区域，如图2（b）所示。　500)this.style.ouseg(this)">　　因此

7、TOA对系统同步的要求很高，并且需要在信号中加时间戳，而实际参加定位的基站一般在3个以上，误差是不可避免的。这时候可以利用GPS对基站进行校时并利用其他补偿算法来估计位置，提高算法的精确度，但同时增加系统的开销和算法复杂程度，因此单纯的TOA算法在实际中应用很少。2．1．2　到达时间差算法TDOA　　TDOA算法是对TOA算法的改进，他不是直接利用信号到达时间，而是用多个基站接收到信号的时间差来确定移动台位置，与TOA算法相比他不需要加入专门的时间戳，定位精度也有所提高。TDOA值的获取一般有2种形式：　　第1种形式是利用移

8、动台到达2个基站的时间TOA，取其差值来获得，这时仍需要基站时间的严格同步，但是当两基站间移动信道传输特性相似时，可减少由多径效应带来的误差，如图3所示。　　根据到达时间差获得的TDOA方程为：500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">　　500)this.style.ouseg(this)">　　第2种形式是将一个移动台接收到的信号与另一个移动台接收到的信号进行相关运算，从而得到TDOA的值，这种算法可以在基站和移动台不同步时，估计出TDOA的值，由于实

9、际应用中，往往很难做到基站与移动台的同步，所以利用相关估计得到TDOA值，再进行定位计算能获得较高精度。对于蜂窝网中的移动台定位而言，TDOA更具有实际意义，这种方法对网络的要求相对较低，并且定位精度较高，目前已经成为研究的热点。2．2　基于场强的定位算法　　该算法是通过测出接收信号的场强