[發明專利]一種基于移動臺合作的蜂窩網絡無線定位方法

有效

• 申請號: 201110026810.0
• 申請日: 2011-01-25
• 公開（公告）號: CN102149192A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 王婷婷;柯煒
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于蜂窩網絡無線定位技術領域，特別涉及一種利用無線通信設施進行無線定位的方法。

背景技術

無線定位技術在搜索救援、智能交通、物流管理、地質勘探和國土開發、航海/航空導航等諸多領域都有廣泛應用。如今在社會經濟活動和日常生活的各個領域，具有空間位置特性的地理信息發揮著越來越大的作用，高精度的無線定位技術也越來越受到廣泛關注。

在眾多無線定位系統中，最著名的是把無線電發射源設置在各種軌道衛星上的定位系統，例如美國的全球定位系統(GPS)、歐洲的伽利略(Galileo)系統、俄羅斯的GLONASS系統以及我國的“北斗”定位系統等，憑借著廣域覆蓋的巨大優勢，將無線電定位技術發展到一個新的高度。盡管衛星定位技術已經在國民經濟各個方面得到廣泛應用，但是在應用領域由于受到各種接收誤差的影響，需要通過其它輔助手段(例如建立差分基準站)才能達到所需的定位精度要求；同時在接收信號受到物理遮擋的情況下無法完成導航任務。因此，利用現有和即將建設的龐大的民用無線網絡設施進行無線定位，不僅可以彌補衛星定位系統的不足，而且可以作為無線通信高附加值的服務。尤其是在美國聯邦通信委員會頒布了E911(Emergency?call?911)定位要求后，加上巨大市場利潤的驅動，國內外出現了研究移動通信系統終端定位技術的熱潮。典型的蜂窩無線網絡定位信號測量方法有基于信號強度(RSS)、基于信號到達時間(TOA)、基于信號到達時間差(TDOA)、基于信號達到角度(AOA)的方法以及它們的混合方法。

現有的蜂窩定位系統大多要求多基站測量才能定位一個移動臺，例如基于TOA或TDOA的二維平面定位都至少需要三個基站參與。然而由于蜂窩網絡的主要目的是用來實現通信服務，并不是為定位服務專門設計的系統，所以蜂窩網絡的一個主要設計原則就是讓移動臺和提供服務的主基站之間的信噪比盡可能的高，而其他基站和該移動臺之間的信噪比盡可能地低，從而減輕蜂窩間干擾。這樣一來，當使用上行鏈路作為定位信號時，鄰近基站接收到的由目標移動臺發出的定位信號的強度通常比該基站所在小區用戶發出的信號強度低得多，也即鄰近基站不僅無法收到足夠強度的移動臺信號進行參數估計，而且該基站所在小區用戶信號成為強干擾；當使用下行鏈路作為定位信號時，目標移動臺接收到的由鄰近基站發送的定位信號同樣比本小區基站下行鏈路信號強度低很多，本小區基站信號也將成為強干擾。這種情況直接導致的后果是定位設備無法收集到足夠數量的參考基站信號進行定位，這也就是無線定位中的所謂偵聽受限(hearability-restricted)問題。這一問題在基站密度低的環境或為解決遠近效應而采用功率控制技術的系統中最容易出現。另外，增加參與定位的基站數量也會引起其它問題，如網絡超負荷、同步困難、計算復雜度高等。

非視距(NLOS)誤差是蜂窩網無線定位的另一個挑戰。由于不是所有基站都有直射路徑到達移動臺，所以發射機和接收機之間的直線路徑一旦被障礙物阻擋，發射信號要經過反射、折射、散射等才能達到接收機。如果按照傳統的定位方法，根據接收到的NLOS信號對移動臺進行定位，會產生很大的定位誤差。根據Nokia公司的現場測量結果，在GSM網絡環境中平均NLOS誤差達到500-700米，KoreaTelecom公司在IS-95?CDMA網絡中的測量結果也表明平均NLOS誤差達到589米，都遠遠大于測量誤差。在NLOS環境中，為提高定位精度，已提出不少方法來減輕或消除NLOS誤差影響。其中最簡單的方法是識別并丟棄NLOS測量結果，僅用挑選出的LOS測量值進行定位。但這種方法僅僅適用于有大量LOS路徑的情形，當LOS測量值不足或根本沒有LOS路徑時這種方法就不再適用。因此，許多用來抑制NLOS誤差影響的方法被提出，主要可以分為以下幾類：