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1、2007年1月西安邮电学院学报Jan12007第12卷第1期JOURNALOFXI’ANUNIVERSITYOFPOSTANDTELECOMMUNICATIONSVol112No11TDOA定位技术的基本原理和算法郭华(西安邮电学院电子与信息工程系,陕西西安710121)摘要:重点研究基于时间测量值的蜂窝无线定位算法。在分析现有无线定位技术和定位算法的基础上,本文选择了以到达时间差(TDOA)定位算法为研究重点。首先,介绍了两种比较典型的TDOA定位算法:CHAN算法和Taylor级数展开法。并在多种信道环境下对这两种基本定位算法进行了仿真比较。
2、为了详细评价这两种算法的定位性能,本文在理想的信道环境和典型的实际信道模型(COST259和T1P1)下,研究了多种对算法定位性具有影响作用的参数,其中包括:蜂窝小区大小、参与定位基站的个数、测量设备的误差、信道中的NLOS误差等。关键词:到达时间;到达时间差;到达角度;非视距误差中图分类号:TN92文献标识码:A文章编号:1007-3264(2007)01-0019-06引言1T1P1无线定位信道模型与链路仿真在无线通信中,通信信道的影响是在通信系统1.1T1P1(COST259)信道模型实施时主要考虑的因素。所以,建立完备的和合适T1P1模型
3、由Ericsson的一个移动台定位技术的信道模型,对通信系统的设计具有非常重要的意研究小组提出,是一种常用于仿真评估基于时间定义。现有的移动台定位方法,绝大多数都需要对多位技术的信道模型,也称为COST259模型。个基站和移动台之间传播的定位信号进行测量,并T1P1模型中的每一种信道环境包括一定数量利用得到的定位测量参数来计算目标移动台的位的散射体,每个散射体由平均功率Ωi、超量时延Tbi、置。本章将介绍几种适合于移动台定位的信道模平均到达角度αi和Nakagami-m参数表征。每个型,并将给出几种定位误差表示的方法及其优势和散射体由大量的子波组
4、成,每个子波延时相同,但到局限性,为后面的定位仿真和算法的改进奠定基础。达角度不同,因此可以仿真每个散射体的衰落情况。在此基础上对TDOA的两种典型的定位算法每个散射体子波到达的角度服从高斯分布。不同信CHAN算法和Taylor算法进行仿真和比较。道环境的具体参数如表1所示。表1T1P1信道模型参数环境散射体个数延时τi相对功率Pi平均延时扩展:平均超量延时Nakagamim参数闹市1凵200凵τmax{0.5-1.5}×exp(-6τ/τmax)1∶11市区A1凵200凵τmax{0.5-1.5}×exp(-6τ/τmax)1∶11与市区A类似
5、,但应随相对功率调市区B1凵20τ1.5∶11延时:τ′=τ1+τmax104.315郊区2∶11凵60凵τmax0.1～0.41～5乡村同郊区收稿日期:2006-04-06作者简介:郭华(1978-),男,甘肃兰州人,西安邮电学院电子与信息工程系硕士研究生。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·20·西安邮电学院学报2007年1月1.2延时扩展Greenstein模型电波传播速度,τi为NLOS造
6、成的移动台MS到基T1P1模型中的延时扩展根据Greenstein模型站BSi的超量时延,由信道引起的AOA误差可以看(一种基于实际测量值的模型)来产生即:成是服从均值为零,标准差为:ετmax=T1dy(1)cτiσθ=(2)其中τmax是均方根延时扩展,T1是在d=1km处延di时扩展的中值,ε取值在0.5到1之间,y是一个标准差为σy的对数正态分布随机变量。不同信道环境下2准率评价指标的参数如表2所示。为了正确评价各种定位算法在实际蜂窝网络环表2不同环境的Greenstein模型参数境中的定位性能,需要首先确定评价定位准确率的环境T1εσy
7、经修改的信道模型指标。目前常用的指标是定位解均方误差(MSE)、闹市区1.00.54dBCODIT修正市区均方根误差(RMSE)、克拉美-罗下界(CRLB)、几一般市区0.40.54dBCODIT修正市区何精度因子(GDOP)、圆误差概率(CEP)等。其中,郊区0.30.54dBCODIT郊区GDOP用于度量基站地理位置对定位准确率的影远郊0.10.54dBCODIT郊区响,而GDOP与CEP之间存在一种简单的对应关山区1.01.04dBCODIT远郊系。后面各章主要采用RMSE和CEP指标对相关算法的定位精度进行讨论和评价。基站AOA测量值基于
8、本地散射圆模型,如图12.1均方误差(MSE)与CRLB一种常用于评价定位准确率的度量是定位解的均方误差MSE与理论上基于无偏差估计器方
