一種實(shí)用無線定位算法

吳晨燁, 方金鑫

（南京郵電大學(xué)，南京 210000）

一種實(shí)用無線定位算法

吳晨燁, 方金鑫

（南京郵電大學(xué)，南京 210000）

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，利用CELLID定位的方法是最簡(jiǎn)單最快速的，但是該方法只能利用手機(jī)接收到的基站信息來確定基站位置，從而推測(cè)移動(dòng)臺(tái)的位置，因此誤差較大，與實(shí)際路徑不符。本文提供一種利用本地均值來改進(jìn)該定位精確性的方法，消除毛刺。仿真結(jié)果表明，該方法顯著改善了CELLID方法的誤差，消除了不規(guī)則跳躍的點(diǎn)，使路徑與真實(shí)路徑更吻合。

CELLID；本地均值；無線

移動(dòng)臺(tái)定位可以支持許多應(yīng)用，諸如緊急業(yè)務(wù)、路邊援助、計(jì)費(fèi)、導(dǎo)航、跟蹤等[1]。在最近幾十年中，許多研究檢查了移動(dòng)定位估算結(jié)果，它可被分為5類。

第1類是全球定位系統(tǒng)（GPS）[2]，它根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)提供精確定位。

第2類基于所接收到的信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）測(cè)量值估算移動(dòng)臺(tái)定位[3]。這種方法利用所接收信號(hào)強(qiáng)度和基站（BS）到移動(dòng)臺(tái)的距離之間的關(guān)系。

第3類通過幾個(gè)BS處某移動(dòng)臺(tái)的到達(dá)角（AOA）來定位該移動(dòng)臺(tái)[4]。AOA估算可被用來畫出從BS到移動(dòng)臺(tái)的方向線（LOB），多條LOB相交于所估算的移動(dòng)臺(tái)位置處。該技術(shù)不需要基站之間的時(shí)間同步，并且少到像2個(gè)BS就能工作。

第4類通過測(cè)量到達(dá)時(shí)間（TOA）來確定移動(dòng)臺(tái)定位，由于電磁波以光速傳播，它提供BS和移動(dòng)臺(tái)之間距離的估算。所估算的距離產(chǎn)生以BS為圓心的圓。那么利用多個(gè)TOA得到的多個(gè)圓的交叉點(diǎn)可被確定為移動(dòng)臺(tái)的定位。GSM測(cè)量TOA的最簡(jiǎn)單辦法是通過利用時(shí)間提前量（TA），TA測(cè)量BS和移動(dòng)臺(tái)之間往返傳播的時(shí)間。通過強(qiáng)迫移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行從服務(wù)BS到相鄰BS的切換嘗試，可以得到多個(gè)TA。

最后一類是為了移動(dòng)定位估算，識(shí)別信道狀況，諸如路徑損耗和功率延遲譜。通過所接收信號(hào)的實(shí)際特征與貯存在網(wǎng)絡(luò)的可用數(shù)據(jù)庫中的條目相匹配來確定移動(dòng)臺(tái)位置。利用信道狀況識(shí)別的定位精度極大地取決于信道狀況變化和數(shù)據(jù)庫大小。

本文要介紹一種基于CELLID的優(yōu)化算法，達(dá)到消除毛刺，使路徑更加平滑的目的。

1 優(yōu)化方法介紹

在各種定位算法中，如TOA，TDOA，RSSI等都需要同時(shí)知道至少3個(gè)基站的信息，就算是AOA算法，也至少需要知道兩個(gè)基站的信息，但是在實(shí)際應(yīng)用中，我們的手機(jī)并不能同時(shí)搜到多個(gè)基站信號(hào)，往往站在一個(gè)點(diǎn)只能搜到一個(gè)基站信息，所以，本文利用本地均值這個(gè)概念解決了以上問題。

在移動(dòng)過程中，我們假設(shè)xi是在第i個(gè)點(diǎn)測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度，那我們?nèi)之前L范圍內(nèi)i-k到i-1個(gè)點(diǎn)，以及i+1到i+k個(gè)點(diǎn)（k=1，2，3…)，取這個(gè)2L范圍內(nèi)點(diǎn)的均值作為在i點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度。這就是工程上的本地均值。

本文利用該概念，把行進(jìn)過程中所得到的點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化。

2 仿真結(jié)果

本文用地圖軟件Cellmap測(cè)試出實(shí)際的路徑，從圖中可以看出明顯的毛刺，這實(shí)際上是路徑的偏移，有些點(diǎn)偏移十分明顯。為了方便觀察、對(duì)比以及優(yōu)化，于是本文根據(jù)Cellmap所測(cè)的數(shù)據(jù)，用origin畫出了仿真路徑圖，如圖1所示，從仿真圖可以更明顯的看出路徑的不規(guī)則，毛刺明顯，與真實(shí)路徑明顯不符，甚至有個(gè)別點(diǎn)跳躍的很嚴(yán)重。所以本文通過MATLAB軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，使路徑更平滑，再根據(jù)重新計(jì)算的數(shù)據(jù)用origin畫出新的路徑仿真圖，如圖2所示。

圖1 仿真的路徑圖

圖2 優(yōu)化后的仿真路徑圖

由圖2可以明顯看出，仿真的路徑與測(cè)出的路徑基本一致，與圖1中的大致路徑也吻合，但是路徑中的毛刺得到了有效的消除，沒有明顯的偏移，更符合實(shí)際情況，定位更加精確了。

3 總結(jié)

本文提出了一種簡(jiǎn)易的定位算法CELLID的改進(jìn)，消除了原方法中出現(xiàn)的明顯偏差，使定位更加精確，更接近真實(shí)值，能滿足普通用戶無線定位的要求。

但是該方法建立在移動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，如果移動(dòng)臺(tái)靜止，該方法的準(zhǔn)確性將大大降低，這一問題需要在今后繼續(xù)改進(jìn)。

[1] Drane C，Macnaughtan M，Scott C. PositioningGSMtelephones, IEEE Commun[J]. Mag, Apr 1998,36,(4).

[2] Caffery J J, Stuber G L. Overview of radiolocation in CDMA cellular systems[J]. IEEE Commun Mag, Apr 1998,36:38-45.

[3] Zhao Y. Mobile phone location determination and its impact on intelligent. transportation systems[J]. IEEE Trans Intell Transp Syst. Mar 2000,1:55-64.

[4] Kapplan E. Understanding GPS: Principles and Applications[M]. Amsterdam,The Netherlands: Elsevier, 1996.

News

2013年度中國(guó)綜合布線十大品牌揭曉

近日，“2013年度數(shù)據(jù)中心工程標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)年度論壇”在北京隆重召開，來自數(shù)據(jù)中心行業(yè)的頂尖專家和高層代表，以及專業(yè)嘉賓500余人，參加了此次業(yè)界盛會(huì)。本次論壇由中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)信息通信專業(yè)委員會(huì)主辦，中國(guó)數(shù)據(jù)中心工作組（CDCC）、綜合布線工作組聯(lián)合承辦，會(huì)上頒發(fā)了“2013年度中國(guó)優(yōu)秀數(shù)據(jù)中心評(píng)選”9個(gè)類別的獎(jiǎng)項(xiàng)，康普公司、TE Connectivity 安普布線、美國(guó)西蒙公司、耐克森綜合布線系統(tǒng)（亞太區(qū)）、TCL-羅格朗、羅森伯格亞太電子有限公司、美國(guó)泛達(dá)網(wǎng)絡(luò)、南京普天天紀(jì)樓宇智能有限公司、施耐德電氣、上海天誠(chéng)通信技術(shù)有限公司等10家企業(yè)榮獲“2013年度中國(guó)綜合布線十大品牌”稱號(hào)。還包括了8場(chǎng)精彩演講和圓桌會(huì)談，16個(gè)專業(yè)展位，是國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域最具影響力的技術(shù)會(huì)議之一。

中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)顧問、原建設(shè)部總經(jīng)濟(jì)師、中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng) 徐義屏做了開幕致辭。他表示，此次論壇旨在交流數(shù)據(jù)中心的經(jīng)驗(yàn)，共同探討進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的有效途徑，是貫徹黨的十八大報(bào)告提出堅(jiān)持走中國(guó)特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路重大戰(zhàn)略部署的具體行動(dòng)。而如何利用信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)各行業(yè)的改革，從而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，是當(dāng)前信息化建設(shè)面臨的重大課題，需要數(shù)據(jù)中心人士發(fā)揮聰明才智，貢獻(xiàn)力量。

隨后，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)信息通信專業(yè)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)數(shù)據(jù)中心工作組組長(zhǎng)、中國(guó)數(shù)據(jù)中心專家委員會(huì)主任委員鐘景華，代表評(píng)選委員會(huì)介紹了“2013年度中國(guó)優(yōu)秀數(shù)據(jù)中心評(píng)選”的評(píng)選原則和過程。

A practical wireless location algorithm

WU Chen-ye FANG Jin-xin
(Nanjing University of Posts and Telecommunication, Nanjing 210003, China)

In mobile communication systems, CELLID is the simplest and most rapid positioning method.However, this method can only determine the location of the base station by base station information of mobile photo, to speculate the location of the mobile station.The error is so large that the path is not match with the actual path.This paper provides a way to improve the positioning accuracy and remove the burrs by using the local mean.The simulation results show that,this method signif i cantly reduces the error of CELLID method,eliminate the irregular jumping point,to make the path in accordance with the real path.

CELLID; local mean; wireless

TN929.5

A

1008-5599（2013）12-0085-03

2013-10-30