基于GSM的無線定位技術

2019-11-03 09:46:52

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

基于GSM的無線定位技術<2>四、三種GSM定位系統結構及比較實現GSM定位需要解決許多方面的復雜問題。下面將介紹三種不同的可用于GSM移動臺定位的系統物理結構:基于移動臺的,基于網絡的及混合定位。系統結構的不同將對下部設備的造價、覆蓋范圍、系統容量、可同時定位的用戶數產生很大影響。一個給定的定位應用的需求將決定哪里需要定位信息,對于每一個被跟蹤目標的位置更新率,需要跟蹤的目標數及定位信息的凈價值。4、1基于移動臺的定位移動臺利用來自基站的信號計算出它自己的位置的情況被稱為基于移動臺的定位。這是自定位系統的一種。有許多方法可以用來進行位置計算,但TDOA是最基本的一種方法。對于利用TDOA的基于移動臺的定位系統,需要對GSM設備進行兩個基本的改進。首先要改進移動臺,使其可以進行高精度的TDOA的測量。并且這種測量需要多徑抑制算法。相應的在移動臺里要有一個稱為定位函數的的特殊函數,此函數可以精確的確定TDOA及其它一些可能的信號參數。這可以通過對突發傳輸進行處理進而確定訓練序列的開始時刻來得到。第二個改進是由于網絡同步的需要。這里有兩種選擇,第一種是對網絡進行嚴格的同步。這可以通過很多方法實現,其中包括在每個基站使用GPS時間發送/接收機。另一種選擇是給移動臺提供有關網絡同步的信息。這可以使用一個特殊的監測接收機來實現,該接收機可以測量不同基站間的時間差,并通過GSM的短信息業務(SMS)或尋呼業務(PS)把這些時間數據傳送給移動臺(圖2-b)。上面只是描述了使用TDOA的系統的基本的操作。為了實現具有高精度和覆蓋范圍的蜂窩定位系統,集成許多其它來源的信息是必要的。完成這種集成的一種關鍵部分是一個可將不同來源的信息進行混合的復雜的軟件,它被稱為混合函數。這些信息中的一個重要的信息就是基站的位置,這在進行時間測量時是必須的。其它一些可以用來提高精度及解決二義性的可能的信息來源包括信號強度及扇區信息等。在基于移動臺的定位的實際實現中,系統對每個基站的數據庫進行維護,并且把諸如基站位置及相鄰頻率的分配表等信息傳送給移動臺是必要的。在很多時候,其它地方可能需要由移動臺計算出的定位信息。這時定位信息可通過SMS由移動臺傳到其它地方。這將構成一個間接遠程定位系統,但網絡不必知道定位信息正在如此使用。4、2基于網絡的定位利用移動臺傳來的信號計算出移動臺的位置的定位稱為基于網絡的定位,并且這構成一種遠程定位系統。GSM的基于網絡的定位的最簡單的實現也是基于TDOA方法的。在這種情況下,需要幾個分布在移動臺周圍的定位接收機來監測由移動臺傳來的信號,并對這些信號進行精確的TOA的測量。在每個定位接收機中需要一個定位函數。該函數將對上行鏈路中來自通話中的移動臺的突發流進行處理。定位服務中心將從不同的TOA測量中得出TDOA,進而得出定位估計。因此,混合函數將在定位服務中心使用。定位服務中心可被看作事務處理器。它來自不同計算機的對位置測量的請求,選擇適當的定位接收機對指定的移動臺進行所需的定位區測量,收集來自定位接收機的的定位區測量,將所有信息進行綜合來得到定位測量,并把該定位測量傳送給發出請求的計算機。定位服務中心與GSM的移動業務交換中心是處于同一分層的。與基于移動臺的定位相同,在這里同步同樣是一個問題。如果是同步網絡,則在每個基站應該有一個可唯一標定給定頻道中給定的TCH突發信號的TOA的時鐘。在非同步網絡中,則需要有一種機制用來使在每個定位接收機中的時鐘同步(如圖2-c)。采用基于網絡的定位系統結構有許多好處。首先它提供了一種無需對移動臺進行改進的定位方法。另外,如果采用適當的方法與安全措施,定位網絡還可提供許多基于地點的服務,如對交通堵塞的監測,為移動用戶提供諸如路途向導之類的服務等等。當網絡測出移動臺的位置后,它可通過SMS將此信息回傳給移動臺,這樣就構成一個間接自定位系統。4、3混合定位混合定位的系統結構是將自定位系統與遠程定位系統的不同方面相結合而構成的。一個可行的混合定位系統結構是使定位函數位于在移動臺中而混合函數則處于LSC之中。當LSC向某一移動臺發出請求時,該移動臺將對來自不同基站的突發傳輸進行TOA的測量。之后這些測量值將傳輸給LSC,在那里進行TDOA的測量并計算出此移動臺的位置估計值。如同基于移動臺的定位,這里同樣需要某種方式的同步。適用于基于移動臺定位的同步方法對于混合定位結構同樣適用。圖2-d顯示了使用同步基站傳輸的混合定位系統結構。混合定位系統結構的一個變形是數字光標系統。該系統通過傳輸信號的拷貝,并使用不同拷貝的互相關進行TDOA的計算來替代了定位區信息的傳輸。此系統的靜態與動態試驗已達到了100m以下的定位精度。4、4三種系統結構的比較上面對基于GSM的無線定位的三種系統結構進行了簡要的介紹,接下來將對這三種結構從幾個主要方面進行一些比較●這三種系統結構在基礎結構的投資上是不同的。所有這三種系統都需要某種形式的同步,除非采用TDOA的方法。但只有基于網絡的和混合的系統結構才需要LSC。基于網絡的系統則不需要對移動臺進行改進,這意味著它具有定位現在移動電話的潛能。對于每一種系統結構,定位函數與混合函數是處于不同地點的。●提供遠程定位是基于網絡的系統與混合系統的固有能力,而基于移動臺只有通過SMS或其它數據通信的設備將定位信息回傳才能做到這一點。但反過來,只有基于移動臺的系統才具有提供自定位的固有能力,另外兩種系統只有通過SMS或其它方式將數據從LSC傳到移動臺才能提供間接自定位。 ●由于基于移動臺的系統是被動自定位系統,所有處理均在移動臺中完成,移動臺沒有進行傳輸的必要,因此理論上可通過此方式進行定位的移動臺的個數是沒有限制的。這意味著對于移動臺來說進行連續性定位測量是很值得的,并且這比間歇性定位測量的精度要高。混合式系統也是被動系統,故它可以跟蹤許多移動臺,但移動臺則必須向LSC傳送定位區信息。在系統一級進行的處理的數量是相當小的,因為對于定位來講處理負載主要是定位區的計算,而混合函數則承擔相對而言少得多的處理負載。因此,混合系統應該可以支持大量的移動臺并且移動臺應該可以進行連續的定位測量。由每個被定位的移動臺傳給LSC的數據量將決定可支持的移動臺的數量的上限。對于基于網絡的系統,為了進行測量移動臺必須傳輸信號,并且所有的處理都將在網絡中完成。這表明可以進行連續定位測量的移動臺將不多。●如果在定位區測量中只使用BCCH和/或SCH,則基于移動臺的系統及混合系統將不受跳頻的影響。基于網絡的系統則需事先知道跳頻序列以便正確的對頻率變化進行追蹤。●對于跳頻的情況,只有基于網絡的方法對發射功率控制算法很敏感(假設基于移動臺的系統和混合系統只使用BCCH和/或SCH)。這時,基于網絡的GSM定位系統的性能將有所下降。●基于網絡的系統與混合系統可在LSC中使用非常復雜的混合函數,訪問保存了大量與定位測量相關的信息資源的大型數據庫。而在基于移動臺的系統中使用這么多信息源則是相當困難的。五、GSM無線定位技術面臨的問題及發展前景為了建立一個可靠的、精確的、高覆蓋率的GSM定位系統將面臨許多問題。包括技術的與非技術的。技術問題主要包括如何減少或消除同步誤差、多徑影響及相鄰信道的干擾等;而非技術性問題則主要是標準化、隱私及安全性問題。對于GSM定位系統,現在可達到的精度在100m左右。隨著更多技術人員的加入及技術的發展,定位精度將會大幅度提高。如果技術性問題及非技術性問題都可以被解決,則基于GSM的定位系統的發展前景將十分光明。另外,如果系統具有很高的經濟價值的話,那么這將導致第三代定位系統的發展,從而在未來的移動電話及網絡設計中切實考慮進定位的需要。作者:陶鵬北方交通大學電信學院運輸自動化科學技術研究所

上一篇：CDMA數據業務的自適應技術

下一篇：CDMA2000:3G的理想選擇