蜂窩移動電話定位技術與應用

2019-11-03 09:42:10

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供稿：網(wǎng)友

　　隨著移動通信技術的發(fā)展，無線蜂窩網(wǎng)的覆蓋面越來越廣，移動電話／移動臺(MS)普及率也越來越高，移動電話發(fā)起的緊急呼叫數(shù)量在全部緊急呼叫中所占的比例也隨之上升。現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)能為移動電話緊急呼叫提供的輔助決策信息非常少，調查表明，約有25%的移動用戶在發(fā)起緊急呼叫時不知道所處的確切位置，這對極時合理的處警帶來很多限制。因此，美國FCC要求在2001年10月1日之前，移動通信網(wǎng)要能為發(fā)起緊急呼叫的移動用戶提供準確的定位信息。
　　蜂窩移動電話定位技術分類、原理和特點
　　根據(jù)進行定位計算并獲得定位結果的位置以及在何處應用該定位結果，可以將蜂窩電話定位系統(tǒng)分為：自主定位系統(tǒng)、遠程定位系統(tǒng)、間接自主定位系統(tǒng)和間接遠程定位系統(tǒng)。在自主定位系統(tǒng)中，MS可以接收周圍基站(BTS)的信息并進行適當?shù)男盘枀?shù)測量，并利用這些測量值算出MS的位置。在遠程定位系統(tǒng)中，MS發(fā)出的信號被一個或多個接收機接收、測量，測量值被送往定位中心(LC)進行運算求出該MS的定位值，這些定位信息可以在LC應用，也可以傳給其它系統(tǒng)應用，如計算機輔助調度決策系統(tǒng)等。在實際應用中，經(jīng)常需要將主定位信息傳給遠端的應用中心(稱作間接遠程定位)或將遠程定位中心算出的定位數(shù)據(jù)傳給有關的MS(間接自主定位)應用，這就是所謂的間接定位。
　　定位系統(tǒng)可以利用信號強度(SS)、載波相位(CP)、信號到達角度(AOA)和時間測量值(包括信號到達時間TOA、信號到達時間差TDOA)以及它們的組合進行定位估算。每個參數(shù)測量值可以確定目標所在的一條軌跡，多個測量值可以確定目標所處的多條軌跡，通過求解軌跡交點便可以確定移動目標的位置。在某些情況下(如無法獲得足夠多的參數(shù)測量值)，軌跡交點可能并非唯一，即出現(xiàn)定位點的模糊性(如TOA或TDOA二維定位，兩軌跡相交時可能有2個交點，如圖1(a)、(b)，可以通過一系列方法加以解決。例如利用與移動目標運動軌跡連續(xù)性有關的先驗信息或者額外的測量值(如SS、AOA、TOA、TDOA)來確定真實的定位點，更多的測量值將有助于提高定位精度和可靠性。
　　在一個具體的蜂窩定位系統(tǒng)中可以采用同類型的測量值或不同類型的測量值來確定MS所處的不同軌跡，求解其交點進行定位。如圖1(a)、(b)、(c)分別是利用多個TOA、TDOA、AOA測量值進行定位的同類測量值定位方法。TOA測量要求MS的發(fā)射與所有BTS的接收精確同步(1μs的定位誤差將導致300m的定位誤差)，并且在其發(fā)射信號中要包含發(fā)射時間標記以便接收基站信號到達時間確定信號所傳播的距離。TDOA測量的是MS發(fā)射的信號到達不同BTS的傳播時間差而不是確切的傳播時間，因此不需要MS與BTS間的精確同步，也不需要在其發(fā)射信號中加上發(fā)射時間標記，即不需增加上行鏈路的數(shù)據(jù)量。所以對于公用蜂窩網(wǎng)MS的準確定位而言，進行TDOA測量更具有實際意義。AOA定位只需要2個BTS進行AOA測量便可唯一確定一個二維定位點，不存在定位點的模糊性，但需要更換所有的BTS天線。不同類測量值定位的典型例子是利用AOA與TOA或TDOA組合進行定位。蜂窩電話定位系統(tǒng)的實現(xiàn)方案
　　蜂窩電話定位系統(tǒng)的實現(xiàn)方案可以有三種：基于MS、基于網(wǎng)絡和混合方式的定位系統(tǒng)。它們各有特點，請見表1。

表1　基于MS、基于網(wǎng)絡和混合方式的定位系統(tǒng)比較

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