移動(dòng)通信中定位算法的仿真研究

隋東南

摘 要 移動(dòng)通信是當(dāng)前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣和最前沿的通信領(lǐng)域之一，蜂窩移動(dòng)通信的出現(xiàn)，是移動(dòng)通信的一次革命。文章介紹了移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展，討論了蜂窩無(wú)線定位的基本理論；重點(diǎn)介紹了基于TDOA的蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位，并對(duì)Chan算法進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果顯示Chan算法能適應(yīng)不同的測(cè)試環(huán)境，都得出確定的解。

關(guān)鍵詞 移動(dòng)通信；蜂窩無(wú)線定位；Chan算法

中圖分類號(hào) TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）205-0136-02

移動(dòng)通信是指通信中的信息交換是在雙方或者至少有一方是在移動(dòng)中進(jìn)行，對(duì)于在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行的通信而言，由于通信方的位置隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化，有線通信達(dá)不到我們所需要的要求，信號(hào)的傳輸只能依靠無(wú)線電波，因此無(wú)線電通信是移動(dòng)通信的基礎(chǔ)。在市場(chǎng)本身的驅(qū)動(dòng)下，移動(dòng)通信定位業(yè)務(wù)作為一項(xiàng)最具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的移動(dòng)業(yè)務(wù)越來(lái)越受到人們的重視，這一特點(diǎn)在3G移動(dòng)通信中日益彰顯。

蜂窩無(wú)線定位技術(shù)的快速發(fā)展主要?jiǎng)恿?lái)自市場(chǎng)本身的驅(qū)動(dòng)和政府的強(qiáng)制性要求。FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）在1996年10月頒布了無(wú)線E911呼叫應(yīng)急服務(wù)功能，要求移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商可以為手機(jī)用戶提供緊急救助服務(wù)，以便為呼叫者提供及時(shí)、準(zhǔn)確的救援。E911法規(guī)對(duì)在不同環(huán)境和條件下運(yùn)營(yíng)商對(duì)呼叫者的位置定位精度做出了詳細(xì)明確的要求，F(xiàn)CC的這一規(guī)定的推動(dòng)了美國(guó)甚至全球蜂窩無(wú)線定位技術(shù)的快速發(fā)展。

1 基于TDOA的蜂窩網(wǎng)定位算法分析

基于TDOA的蜂窩網(wǎng)定位算法通常需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟，第一步進(jìn)行延時(shí)估計(jì)計(jì)算，得到算法計(jì)算需要的相應(yīng)參數(shù)即移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的時(shí)間差測(cè)量值TDOA；然后根據(jù)得到的參數(shù)值建立對(duì)應(yīng)的方程并選擇對(duì)應(yīng)的相關(guān)算法求解?；赥DOA的蜂窩網(wǎng)定位算法的定位過(guò)程、定位原理如圖所示。

2 定位算法仿真

2.1 無(wú)線定位精度評(píng)價(jià)指標(biāo)

在實(shí)際應(yīng)用中，為了正確評(píng)價(jià)各種算法在實(shí)際應(yīng)用的定位性能，避免因?yàn)樵u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同而產(chǎn)生評(píng)價(jià)差異，我們明確規(guī)定了評(píng)價(jià)定位準(zhǔn)確率的指標(biāo)。本文中用到的評(píng)價(jià)指標(biāo)有以下方面。

2.1.1 均方誤差（MSE）

2.1.2 均方根誤差（RMSE）

2.2 仿真性能分析

下面從不同的方面對(duì)Chan算法進(jìn)行仿真：

1）基站個(gè)數(shù)是造成仿真準(zhǔn)確度的一個(gè)重要因素，基站個(gè)數(shù)增加，會(huì)大大提高算法的定位精度。這是因?yàn)榛緜€(gè)數(shù)增加可以使得能利用的信息增多進(jìn)而提高定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2）信道環(huán)境是影響算法精度的另外一個(gè)重要因素，下面是在非高斯通信環(huán)境下進(jìn)行的仿真，仿真的條件是：小區(qū)半徑從1 000m到5 000m，基站的個(gè)數(shù)是3個(gè)、5個(gè)、7個(gè)。本文分別是在鬧市區(qū)和山區(qū)兩種情況下進(jìn)行仿真?？梢钥闯觯瑢?shí)際信道環(huán)境下仿真精度會(huì)受到很大影響。

從上可以看出，Chan算法能適應(yīng)不同的測(cè)試環(huán)境，都得出確定的解。當(dāng)基站個(gè)數(shù)為3時(shí)，算法的定位效果一般，但是當(dāng)基站個(gè)數(shù)大于3時(shí)，算法可以給出很好的定位，這時(shí)因?yàn)樵诙ㄎ贿^(guò)程中可以利用的冗余信息增加。算法的定位精度受信道環(huán)境的影響比較明顯，因此，在選擇算法時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況選擇最合適的算法。

參考文獻(xiàn)

[1]韋惠民，李白萍.蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[2]桑林，郝建軍，劉丹譜.數(shù)字通信[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2002.

[3]杜栓義.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[4]劉賽.基于TDOA的空間定位算法[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008（8）.

[5]劉莉，荊濤，付立.一種分層蜂窩網(wǎng)中基于用戶分類的建模分析方法[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2007，29（9）.

[6]闞云鶴.蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于TDOA的無(wú)線定位算法研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2008.

[7]綦朝輝，劉肖強(qiáng)，鄧憲法.現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[8]陳顯治.現(xiàn)代通信技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[9]張賢達(dá).保錚，通信信號(hào)處理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2000.

[10]趙榮黎.數(shù)字蜂房移動(dòng)通信系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1997.

[11]于楠.蜂窩網(wǎng)TDOA定位算法研究[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2008.

[12]韋萌.蜂窩網(wǎng)絡(luò)TOA/TDOA定位技術(shù)研究[M].西安：西安電子科技大學(xué)，2010.endprint