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浅论无线蜂窝通信系统中的定位技术
浅论无线蜂窝通信系统中的定位技术 本文论述了无线蜂窝通信系统中的两种定位体制,并重点介绍基于移动网 络定位技术的常用定位方法,即AOA、TOA、TDOA定位方法,同时分析各种定位 方法的优缺点。要想获取到目标的具体位置信息,一般都是采用GPS定位信息,但当目标处 在高楼耸立的城市之间,GPS的部分卫星信号处于遮挡状态,此时为了获得到目标 的准确信息,可以考虑采取其他的辅助定位方式。比如说,利用伪卫星技术,该技术 实质上就是指安置在地面上的地基发射站,它发射的信号与GPS的信号相类似,但 该种技术需要架设额外的设施;采用DTV技术,由于大城市环境中,DTV设施资源 也有限。此时可以考虑采用无线蜂窝通信系统,该系统在城市中应用成熟,基站信 号好。因基站可以发射信号,目标可以利用基站的信号信息,确定目标的位置,即可 以采用无线蜂窝通信系统来弥补GPS定位技术的不足,从而准确获取目标的位置 信息。
无线蜂窝通信系统中的定位技术主要有两种体制。一种是基于下行链路的 定位技术,即基于移动台的定位技术;一种是基于上行链路的定位技术,即基于移 动网络的定位技术。基于移动台的定位技术要求移动台参与定位参数的测量以及 测量值的求解计算。基于蜂窝网络的定位技术是指网络根据测量数据计算出移动 终端所处的位置,通常必须利用3个或3个以上蜂窝基站接收手机信号的定位参数, 即到达时间、角度或强度。
1 基于移动台的定位技术 现已提出的基于移动台的方法主要有:基于下行链路增强观测时间差定位 方法、基于下行链路空闲周期观测到达时间差方法、基于GPS作为辅助的定位技 术等。
2 基于移动网络的定位技术 基于蜂窝网络的定位方法目前主要有:基于Cell-ID定位和基于时间提前量 定位的方法、上行链路信号到达时间定位方法、上行链路信号到达时间差定位方 法以及上行链路信号到达角度定位方法等。
2.1 AOA角度到达[1](AOA,Arrival of Angle)定位方式是根据信号到达的角度,测定 出运动目标的位置。在AOA定位方式中,只要测量出运动目标与两个基站的信号 到达角度参数信息,就可以获取目标的位置。蜂窝移动网的AOA定位方式,指的是 基站接收机利用基站的天线阵列,接收不同阵元的信号相位信息,并测算出运动目 标的电波入射角,从而构成一根从接收机到发射机的径向连线,即测位线,目标终 端的二维位置坐标可通过两根测位线的交点获得。
2.2 TOA 抵达时间[2](TOA,Time of Arrival)定位方式也称为基站三角定位方式,通 过测量从运动目标发射机发出的无线电波,到达多个(3个及以上)基站接受机的传 播时间,来确定出运动目标的位置。已知电波传播速度为c,假设运动目标与基站之 间的传播时间为t,运动目标位于以基站为圆心,以移动终端到基站的电波传输距 离ct为半径的定圆上,则可由3个基站定位圆的交点,来确定目标移动的二维位置。
TOA定位方式中,为了根据发射信号到达基站的接收时间,来确定出信号的传播时 间,要求运动目标发射机在发射信号中,加有发射的时间戳信息。这种定位方式的 定位精度取决于,各基站和运动目标的时钟的精度,以及各基站接收机和运动目标 发射机时钟间的同步。
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,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。因此TOA对系统同步的要求很高,并且需要在信号中加时间戳(要求 基站之间的同步),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对基站进行校正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。
