蜂窝网移动定位场强法的研究与应用

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1、蜂窝网移动定位场强法的研究与应用计征宇，皮亦鸣,舒金表(电子科技大学电子工程学院701-4信箱，四川成都610054)摘要:从场强的传播模型和定位估计算法出发，实现了在蜂窝网络中移动终端的定位。利用终端大量的实测数据在Okumura模型的基础上建立了相对精确的传播模型。然后从减少场强的非视距影响着手,提出了基于场强概率密度函数和最大似然估计法的定位算法。尖键词：场强;定位:最大似然估计:蜂窝网中图分类号：P22511文献标识码：A文章编号:100829268(2005)04200182051引言在移动通信技术迅速发展的今天，利用移动通信网络进行定位有着广阔的应用前

2、景，越来越受到人们的关注。到目前为止，人们已经提出了利用场强(或接收功率)，到达时间差(TDOA).信号到达角度,CELLID以及增强观测时间差(E2OTD)等技术。在上述蜂窝定位技术中，除了场强定位技术外，其他的技术或是在基站上增加额外的硬件设备或移动终端比较复杂，总成本相对较高。而场强定位技术则可以免费地利用现有蜂窝网络的资源•通过在算法上的改进就可以取得比较好的定位精度，投资相对要小得多•可以广泛地应用于手机定位，物品跟踪和紧急业务等定位精度要求不高的场合。下面从蜂窝场强信号的传播特性和定位算法来说明场强定位技术。2蜂窝无线信号传播的数学模型利用场强实现定位

3、必须建立蜂窝网络中无线信号的传播模型，比较好的模型是提高定位精度的一个关键因素。到目前为止，入们已经根据各种开同地形环境中的场强实测数据总结出一些场强衰减的传播模型，如OkumuraHala模型、COST・231Hata模型、Okumura模型、Egli模型、Walfish和Bertoni模型、WIM模型、Lee模型等。其中OkumuraHata模型是根据Okumura实际数据曲线图建立的经验公式，并被收集在CCIR报告中已广泛地应用于实际中。在本文中建立的场强模型是在OkumuraHata模型的基础上根据大量的实测数据验证得出的。其中,0kumuraHata模型

4、为:厶刚，(dB丿=69.55+26.161og(7?・13.821ogfhh)-a(h„t)+“4.9・6.55logfWyiogf^(1)其中f为频率(MHz)，加为基站天线有效高度,1“为移动定位终端天线有效高度，d为移动定位终端与基站之间的距离(km)ya(h.n)是移动定位终端天线的有效高度的修正因子，其近似值如下：a(hm)=(1・Ilog(刀-0.1)hm・(1.561ogf/>・0.8?中小城市(2)a(h,n)=3.2/logni.75M]2-4.97大城市,f^400MHz(3)a(hm)=8.29flogfl.54Mf-1.1大城市,/<20

5、0MHz(4)为了得到郊区和农村或宽阔地区的长区间路径损耗中值，把Hata模型改为：5=L%・2/log(〃28丿尸・5.4郊区⑸Lvil=Ldty-4.78/log(f)]2-18.331ogr/9-40.98农村或开阔地区(6)由于场强的长区间中值与损耗中值存在着一定的线性关系，如果用S”,表示长区间中值，则场强长区间模型为：Sm=Shi~LCity市区(7)Sm=Shi-Lsub郊区(8)S,”=Sb・g农村或宽阔地区(9)其中S加是基站的发射功率(dB)o根据OkumuraHata模型适用条件，即当移动终端和基站的距离大于1km,其测量值相对比较准确，但在

6、城市中基站密度较髙，其测量距离基本都在lkm以内，因此对模型引入了距离修正因子，同时也对终端引入了终端场强接收的偏差因子乐。从而得到场强的长区间中值：S!ny(dBnV=Sm+Clogfd)十乐(10)由于在农村和宽阔地带基站密度较为稀疏、测量距离基本大于lkm,因对场强的中值预测模型不再引入距离修正因子.预测模型为：Svh=Sm+氐(11)经过大量的数据实验验证，当乐=3dBm,C=・8.52，本移动终端的场强损耗测量值与修正的场强长区间中值模型的预测值相接近。3场强定位算法由于信号在从基站到达移动终端的传播过程中会遇到障碍物的阻挡，从而产生反射和散射

7、等现象，收到的信号是各种路径传播过来信号的叠加也由于各个分量的相位各不相同，在同一地方收至!的信号时而增强时而减弱,具有很强的随机性。还有绕射信号的存在，就会产生阴影区场强，其计鸳将会更加复杂的。另外，移动台接收的信号除瞬反值出现快速瑞利衰落外，其场强中值随地区位置菸改变也出现较慢的变化，这种是由阴影效应引起处衰落称为阴影衰落。除此之外•传播的信号还由于气象条件随时间的变化、大气介电常数的垂直梯虔发生慢变化，使电波的折射系数随之变化，结果進成同一地点的场强中值随时间的缓慢变化。总笊来说，蜂窝信号的地面传播，由于受地形、地物的影响造成了非视距(NLOS)传播。本文提

8、出了基于场