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蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)及應(yīng)用

云知道

一、前言
近年來(lái)，隨著蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，蜂窩無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視 。
這主要?dú)w因于政府的強(qiáng)制性要求和市場(chǎng)本身的驅(qū)動(dòng) 。FCC于1996年10月頒布了無(wú)線(xiàn)E9ll呼叫應(yīng)急服務(wù)功能，其核心是要求所有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)必須分階段的提供緊急呼叫用戶(hù)的經(jīng)緯度位置信息 。針對(duì)E911定位需求的具體實(shí)施，各國(guó)主要大公司均就GSM、IS-95CDMA以及第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)開(kāi)始制定各自的定位實(shí)施方案 。非凡是 3GPP和3GPP2上對(duì)定位的要求更加具體化，這也是對(duì)蜂窩無(wú)線(xiàn)定位市場(chǎng)潛力的肯定 。另一方面，移動(dòng)通信用戶(hù)對(duì)移動(dòng)定位業(yè)務(wù)的需求日益迫切 。蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)能夠在移動(dòng)臺(tái)處于空閑狀態(tài)或通話(huà)狀態(tài)的情況卜獲取其地理位置等信息，利用移動(dòng)臺(tái)的定位信息，運(yùn)營(yíng)商可以1hJ用戶(hù)提供各種增值業(yè)務(wù)，如位置環(huán)境信息查詢(xún)、緊急救援、智能交通、廣告發(fā)布等等，同時(shí)還可以作為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、維護(hù)和治理的輔助數(shù)據(jù) 。到目前為止，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展 ?？梢灶A(yù)見(jiàn)在未來(lái)幾年內(nèi)，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的移動(dòng)業(yè)務(wù)將得以迅猛的發(fā)展 。
二、蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)
利用移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)臺(tái)定位的方法主要有三類(lèi)，(l)基于電波場(chǎng)強(qiáng)的定位技術(shù)；(2)基于電波到達(dá)入射角(AOA)的定位技術(shù)；(3)基于電波到達(dá)時(shí)間(TOA)或到達(dá)時(shí)間差(TDOA)的定位技術(shù) 。
1．場(chǎng)強(qiáng)定位技術(shù)
電波場(chǎng)強(qiáng)定位技術(shù)根據(jù)移動(dòng)臺(tái)接收的信號(hào)強(qiáng)度與移動(dòng)臺(tái)至基站的距離成反比關(guān)系，通過(guò)測(cè)量接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)值和已知信道衰落模型及發(fā)射信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)值可以估算出收發(fā)信機(jī)之間的距離，由多個(gè)距離測(cè)量值(至少三個(gè))可以估算移動(dòng)臺(tái)的位置 。這一技術(shù)的要害在于如何建立一個(gè)能夠準(zhǔn)確的反映服務(wù)傳播范圍內(nèi)的無(wú)線(xiàn)電波傳播模型，這在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn) 。除此之外，由于小區(qū)基站的扇形特性、天線(xiàn)有可能傾斜、無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的不斷調(diào)整以及地理環(huán)境、車(chē)輛等因素都會(huì)對(duì)定位精度產(chǎn)生影響 。由于移動(dòng)通信環(huán)境中電波傳播的復(fù)雜性，決定了這？技術(shù)在定位精度上的局限性，但是由于該技術(shù)比較簡(jiǎn)單易行、在對(duì)精度要求不是很高的情況下仍被采用 。為了改善其性能，人們開(kāi)始研究利用電波傳播中的射線(xiàn)跟蹤方法來(lái)逛一步提高定位的精度 。
2．到達(dá)入射角的定位技術(shù)
電波到達(dá)入射角的定位技術(shù)利用基站的陣列天線(xiàn)來(lái)測(cè)出移動(dòng)臺(tái)來(lái)波信號(hào)的人射角、構(gòu)成從基站到移動(dòng)臺(tái)的徑向連線(xiàn)，即測(cè)位線(xiàn)，這兩條連線(xiàn)的交點(diǎn)即為目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)的位置 。由于兩條直線(xiàn)只能相交于？點(diǎn)，這種方法不會(huì)產(chǎn)生定位模糊性 。但是它需要在每個(gè)小區(qū)基站上放置4？12組的天線(xiàn)陣 。這些天線(xiàn)陣？起工作，從而確定移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)相對(duì)于基站的角度 。當(dāng)有多個(gè)基站都發(fā)現(xiàn)了該信號(hào)源時(shí)，那么它們分別從基站引出射線(xiàn)，這些射線(xiàn)的交點(diǎn)就是移動(dòng)臺(tái)的位置 。AOA的優(yōu)點(diǎn)在于它僅需要兩個(gè)基站參與便可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)定位，同時(shí)不存在移動(dòng)臺(tái)位置的模糊性問(wèn)題 。但是該技術(shù)需要在現(xiàn)有的基站增加天線(xiàn)陣列，由此增加了大量的建設(shè)費(fèi)用 。與此同時(shí)，電波到達(dá)入射角估計(jì)會(huì)受到由多徑和其它環(huán)境因素所引起的無(wú)線(xiàn)信號(hào)波陣面扭曲的影響，移動(dòng)臺(tái)距離基站較遠(yuǎn)時(shí)，基站定位角度的微小偏差也會(huì)導(dǎo)致定位距離的較大誤差 。
3．到達(dá)時(shí)間/到達(dá)時(shí)間差的定位技術(shù)
到達(dá)時(shí)間／到達(dá)時(shí)間差的定位技術(shù)是基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的一項(xiàng)技術(shù) 。到達(dá)時(shí)間定位技術(shù)通過(guò)測(cè)量從目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的信號(hào)以直線(xiàn)到達(dá)基站的時(shí)間，根據(jù)電磁波在空中的傳播速度可以得到移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離 。移動(dòng)臺(tái)即位于以基站為圓心，移動(dòng)臺(tái)到基站的電波傳播距離為半徑的圓上 。通過(guò)多個(gè)基站進(jìn)行上述測(cè)量計(jì)算，移動(dòng)臺(tái)的二維位置坐標(biāo)可出三個(gè)圓的交點(diǎn)確定 。到達(dá)時(shí)問(wèn)定位技術(shù)要求接收信號(hào)的基站知道移動(dòng)臺(tái)發(fā)送信號(hào)的時(shí)間，并要求基站有非常精確的時(shí)鐘 。為了克服這一缺點(diǎn)，人們提出了到達(dá)時(shí)間差的定位技術(shù)，它是通過(guò)檢測(cè)移動(dòng)臺(tái)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)基站的時(shí)間差來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)定位的，而不是到達(dá)的絕對(duì)時(shí)間來(lái)確定移動(dòng)臺(tái)的位置，這就大大降低了對(duì)時(shí)間同步要求 。很明顯，移動(dòng)臺(tái)一定位于以?xún)蓚€(gè)基站為焦點(diǎn)的雙曲線(xiàn)上 。所以通過(guò)建立兩個(gè)以上雙曲線(xiàn)方程，求解雙曲線(xiàn)的交點(diǎn)即可得到移動(dòng)臺(tái)的二維位置坐標(biāo) 。

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