无线电定位技术在蜂窝通信系统中的应用及实现
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:413
摘 要：当前，移动用户对基于无线定位技术的新业务的需求不断增加，推动了对无线测距及定位技术的深入研究，向用户提供精确的定位信息已经成为新一代pcs系统的标准业务之一。本文主要介绍几种基于现有蜂窝通信系统的无线定位技术的实现原理，所要解决的主要问题和应用前景。
关键词：到达角度(aoa)；到达时间(toa)；到达时间差(tdoa)；视线传播(los)；非视线传播(nlos) |
|
定位技术的应用及分类
近年来，随着用户需求的增加，无线定位技术受到越来越多的关注，推动了对无线定位技术的研究及测距技术的发展。如何尽可能地利用现存网络资源，低成本地实现对用户的精确定位一直是研究的焦点。总的来说，实现无线定位主要有两大类解决方案，第一类是由移动站(ms)主导的定位技术。单从技术角度讲，这种技术更容易提供比较精确的用户定位信息，它可以利用现有的一些定位系统，例如，在移动站中集成gps接收机，从而利用现成的gps信号实现对用户的精确定位。但这类技术需要在移动站上增加新的硬件，这将对移动站的尺寸和成本带来不利的影响。第二类是由基站(bs)主导的定位技术，这种解决方案需要对现存的基站、交换中心作出某种程度的改进，但它可以兼容现有的终端设备。其可选用的具体实现技术主要包括：测量信号方向(信号的到达角度，简称aoa)的定位技术、测量信号功率的定位技术、测量信号传播时间特性(到达时间，简称toa；到达时间差，简称tdoa)的定位技术。为了提高定位的精度，也可以采用利用采用上面数种技术的组合。由于第二类的解决方案能更好的利用现有的网络及其终端设备，因而具有更广泛的应用前景，所以本文将以它作为讨论的主要内容。
测量接收信号功率的定位技术
依据接收到的无线信号的功率是来实现无线定位的一种常用的方法。通过测量基站(bs)收到的来自移动站(ms)的信号功率，以及它们之间无线信道的传输模型，可以估计出移动站到基站的大致距离为d。这样对一个基站bs(i)来讲，移动站必处于以bs(i)为圆心，d为半径的圆上。当采用三个或三个以上的基站对同一个移动站进行测距时，即可以测得该移动站的所在位置。
在这种方法中，无线信号传输过程中的多径效应和通过障碍时产生的阴影效应是产生定位误差的主要原因。在信号的传输方向上，多径效应有时会使在相距仅0.5个波长的两点上信号强度相差30～40db左右。为了克服多径效应对测距的影响，对高速移动中的无线用户可以通过求得其信号功率的平均值来提高定位的准确性，但对于缓慢移动甚至静止的无线用户有效的功率平均值是很难测得的。阴影效应是产生定位误差的另一个主要原因，克服阴影效应的最主要的方法是预先测量每个基站周围的信号功率损耗等高线。
在实际应用的cdma系统中，为了减小近距离用户对远距用户的干扰，必须要采用功率控制技术，在一些tdma系统中，为了减小移动站(ms)的功耗也应用了功率控制。在这样的采用功率控制的蜂窝系统中，要实现用测量信号功率为基础的定位技术，移动站必须以足够高的精度告知基站其发射信号的功率，基站再由接收到的信号功率计算出信号传输过程中的损耗，进而推算出移动站到基站的距离估值，实现对无线用户的定位。
测量接收信号方向(aoa)的定位术
测量信号的到达角度(angle of arr技ive，简称aoa)也是一种在蜂窝网中常用的定位技术。这种方法需要在基站采用专门的天线阵列来测量特定信号的来源方向。对于一个基站来讲，aoa测量可以得出特定移动站所在方向，当两个基站同时测量同一移动站所发出的信号时，两个基站各自测量aoa所得的方向直线的焦点就是移动站所在的位置。尽管这种定位方法的原理非常简单，但在实际的应用中存在一些难以克服的缺点。首先，aoa定位要求被测量的移动站与参与测量的所有基站之间，射频信号是视线传输(los)的。非视线传输(nlos)将会给aoa定位带来不可预测的误差，参见图1。即使是在以los传输为主的情况下，射频信号的多径效应依然会干扰aoa的测量。其次，由于天线设备角分辨率的限制，aoa的测量精度是随着基站与移动站之间的距离的增加而不断减小的。
由于测量aoa的定位方法具有上述的特点，所以对于处于城市地区的微小区来讲，引起射频信号反射的障碍物多且其到移动站的距离与小区半径可以相比，这样就会引起比较大的角测量误差。在这种情况下，基于aoa的定位方法没有实际的意义。对于宏小区，因为其基
摘 要：当前，移动用户对基于无线定位技术的新业务的需求不断增加，推动了对无线测距及定位技术的深入研究，向用户提供精确的定位信息已经成为新一代pcs系统的标准业务之一。本文主要介绍几种基于现有蜂窝通信系统的无线定位技术的实现原理，所要解决的主要问题和应用前景。
关键词：到达角度(aoa)；到达时间(toa)；到达时间差(tdoa)；视线传播(los)；非视线传播(nlos) |
|
定位技术的应用及分类
近年来，随着用户需求的增加，无线定位技术受到越来越多的关注，推动了对无线定位技术的研究及测距技术的发展。如何尽可能地利用现存网络资源，低成本地实现对用户的精确定位一直是研究的焦点。总的来说，实现无线定位主要有两大类解决方案，第一类是由移动站(ms)主导的定位技术。单从技术角度讲，这种技术更容易提供比较精确的用户定位信息，它可以利用现有的一些定位系统，例如，在移动站中集成gps接收机，从而利用现成的gps信号实现对用户的精确定位。但这类技术需要在移动站上增加新的硬件，这将对移动站的尺寸和成本带来不利的影响。第二类是由基站(bs)主导的定位技术，这种解决方案需要对现存的基站、交换中心作出某种程度的改进，但它可以兼容现有的终端设备。其可选用的具体实现技术主要包括：测量信号方向(信号的到达角度，简称aoa)的定位技术、测量信号功率的定位技术、测量信号传播时间特性(到达时间，简称toa；到达时间差，简称tdoa)的定位技术。为了提高定位的精度，也可以采用利用采用上面数种技术的组合。由于第二类的解决方案能更好的利用现有的网络及其终端设备，因而具有更广泛的应用前景，所以本文将以它作为讨论的主要内容。
测量接收信号功率的定位技术
依据接收到的无线信号的功率是来实现无线定位的一种常用的方法。通过测量基站(bs)收到的来自移动站(ms)的信号功率，以及它们之间无线信道的传输模型，可以估计出移动站到基站的大致距离为d。这样对一个基站bs(i)来讲，移动站必处于以bs(i)为圆心，d为半径的圆上。当采用三个或三个以上的基站对同一个移动站进行测距时，即可以测得该移动站的所在位置。
在这种方法中，无线信号传输过程中的多径效应和通过障碍时产生的阴影效应是产生定位误差的主要原因。在信号的传输方向上，多径效应有时会使在相距仅0.5个波长的两点上信号强度相差30～40db左右。为了克服多径效应对测距的影响，对高速移动中的无线用户可以通过求得其信号功率的平均值来提高定位的准确性，但对于缓慢移动甚至静止的无线用户有效的功率平均值是很难测得的。阴影效应是产生定位误差的另一个主要原因，克服阴影效应的最主要的方法是预先测量每个基站周围的信号功率损耗等高线。
在实际应用的cdma系统中，为了减小近距离用户对远距用户的干扰，必须要采用功率控制技术，在一些tdma系统中，为了减小移动站(ms)的功耗也应用了功率控制。在这样的采用功率控制的蜂窝系统中，要实现用测量信号功率为基础的定位技术，移动站必须以足够高的精度告知基站其发射信号的功率，基站再由接收到的信号功率计算出信号传输过程中的损耗，进而推算出移动站到基站的距离估值，实现对无线用户的定位。
测量接收信号方向(aoa)的定位术
测量信号的到达角度(angle of arr技ive，简称aoa)也是一种在蜂窝网中常用的定位技术。这种方法需要在基站采用专门的天线阵列来测量特定信号的来源方向。对于一个基站来讲，aoa测量可以得出特定移动站所在方向，当两个基站同时测量同一移动站所发出的信号时，两个基站各自测量aoa所得的方向直线的焦点就是移动站所在的位置。尽管这种定位方法的原理非常简单，但在实际的应用中存在一些难以克服的缺点。首先，aoa定位要求被测量的移动站与参与测量的所有基站之间，射频信号是视线传输(los)的。非视线传输(nlos)将会给aoa定位带来不可预测的误差，参见图1。即使是在以los传输为主的情况下，射频信号的多径效应依然会干扰aoa的测量。其次，由于天线设备角分辨率的限制，aoa的测量精度是随着基站与移动站之间的距离的增加而不断减小的。
由于测量aoa的定位方法具有上述的特点，所以对于处于城市地区的微小区来讲，引起射频信号反射的障碍物多且其到移动站的距离与小区半径可以相比，这样就会引起比较大的角测量误差。在这种情况下，基于aoa的定位方法没有实际的意义。对于宏小区，因为其基
 热门点击
推荐技术资料
| |
公网安备44030402000607
