移动通信论文

蜂窝移动通信系统定位技术

随着移动通信技术的发展，无线蜂窝网的覆盖面越来越广，而现有的蜂窝网能为移动用户提供的辅助决策信息非常少。位置服务正是在这一发展机遇下，作为移动通信网提供的一种增值业务而兴起的。它通过一定的技术，得到用户的位置信息，提供给该用户本人或通信系统，或者提供给其他请求得到该用户位置的机构或个人。

一、定位技术

1、场强定位

移动台接收的信号强度与移动台至基站的距离成反比关系，通过测量接收信号的场强值和已知信号衰落模型及发射信号的场强值可以估算出收发信机之间的距离，根据多个距离值可以估算移动台的位置。由于小区基站的扇形特性、天线有可能倾斜、无线系统的不断调整以及地形、车辆等因素都会对信号功率产生影响，故这种方法的精度较低。

2、起源蜂窝小区

起源蜂窝小区的最大优点是它确定位置信息的响应时间快（3s左右），而且起源蜂窝小区不用对移动台和网络进行升级就可以直接向现有用户提供基于位置的服务。但是起源蜂窝小区与其他技术相比，其精度是最低的。在这个系统中，基站所在的蜂窝小区作为定位单位，定位精度取决于小区的大小。

3、增强观测时间差分

增强观测时间差分是通过放置位置接收器实现的，他们分布在较广区域内的许多站点上，作为位置测量单元以覆盖无线网络。没个参考点都有一个精确的定时源，当移动台和位置测量单元接收到来自至少3个基站信号时，从每个基站到达移动台和位置测量单元的时间差将被计算出来，这些差值被用来产生几组交叉双曲线，由此估计出移动台位置。增强观测时间差分会受到市区多径效应的影响。

4、到达时间和时间差

基于网络定位系统中通常采用精度较高的到达时间和时间差定位法。到达时间中，移动台定位于以基站为圆心，移动台到基站的电波传播距离为半径的圆上。

在多个基站进行上述计算，则移动台的二维位置坐标可有三个圆的交点确定。到达时间要求接受信号的基站。移动台知道信号的开始传输时刻，并要求基站有非常精确的时钟。

基于时间的定位要求基站从接收到的射频信号中提取准确的时延估计值。获得时延的方法有两种：一种是采用滑动相关器或匹配滤波器的时间粗探测方法，粗探测过程由滑动相关器、匹配滤波器或连续探测电路来实现，将时延估计值锁定在1个码片间隔内；另一种是采用时延锁相环的精探测方法，精探测由DLL

维持本地及数日PN序列一致。

5、到达角

在基站通过阵列天线测出移动台来波信号的人射角，构成从基站到移动台的径向连线两根连线的交点即为待定位移动台的位置。这种方法不会产生二义性，因为两天直线职能相交于一点。它需要在每个小区基站上放置4—12组的天线阵，这些天线阵一起工作，从而确定移动台发送信号相对于基站的角度。当有多个基站都发现了该信号源时，那么他们分别从基站引出射线，这些射线的交点就是移动台的位置。但该方法存在的缺点是到达角户籍会受到由多径和其他环境因素所引起的无线信号波阵面扭面的影响，移动台距离基站较远时，基站定位角度的微笑偏差会导致定位距离的较大误差。

6、网络辅助GPS

全球卫星定位系统GPS目前最为传统的定位技术。GPS系统由三大部分组成：GPS卫星、地面监控系统、GPS接收机。GPS卫星发给用户有关卫星本身坐标位

置的数据，GPS接收机便可根据三颗卫星发给的数据计算出自己的位置数据，对于移动车辆，则需要第四颗卫星的数据，以配合计算出移动车辆的移动速度与运动方向。尽管GPS定位精度较高，在天空晴朗时，可以获得5—40m的精度。但

直接在移动终端或手机上安装GPS接收芯片却不太适宜。

二、范围定位系统的主要误差源

影响范围定位系统估测的误差源主要有3个：电波多径传播、非视距传播和多址干扰。

在城市和山区等环境中，多径传播普遍存在。接收端受到的信号经过反射，

散射和漫射等，形成多径支路，会造成多径干扰。严重的多径干扰会使传统的接收机难以甚至无法将信号的各支路的分离，从而无法对信号的到达时间和时间差进行估测，或严重影响到达时间和时间差的估测精度，进而使定位系统的精度降低。

在城市和山区等环境中，非视距测量传播同样普遍存在。在大城市中，高林大厦林立，移动终端用户的收发信号很可能无法直接到达基站，即移动端与基站之间不是视线路径，其路径距离必然比直接路径长。因此当非视距测量传播严重时，它所引起的定位误差可能是不可容忍的。

三、定位中的误差抑制技术

现代无线通信系统中，常常会在室内和室外环境下遇到非视距传播的情况。它会带来信号传播估计时间的偏差，如果在定位算法中不能很好地处理该偏差，定位精度将会大大下降，抑制飞时间误差的定位方法主要有四类：

1、最小二乘估计法；

2、基于约束的估计法；

3、稳健估计法；

4、识别与丢失估计法。

最小二乘法通过降低非视距测量值的比重改进定位精度；基于约束的估计法使用非视距测量值对位置估计施加一些约束条件，在这些约束条件下，利用视距测量值估计移动台的位置；稳健估计法充分地利用文件估计理论中的重要文献和方法，对给定数据集合当中的异常值进行检测和丢弃；识别与丢弃估计法侧重于精确识别飞视距测量值，最终仅仅利用视距测量值进行移动台的位置估计。