CDMA网络单站定位

1、CDMA网络单站定位姓名：安宗强学 号：201030310170专业：通信与信息系统在CDMA蜂窝系统中由于存在远近效应问题而必须采用功 率控制，因此，当一个移动用户接近其服务基站时就要减小发射 功率，这样它就可能接收不到其他基站的信号。当采用测量到达 时间或者时间差定位时，这时候就可能导致出现定位基站数量不 够（因为无论采用那一种定位方式一个基站都不能满足定位的需 求），从而出现不能正常定位的情况，这就是众所周知的CDMA 系统的“听力”问题。在这种情况下，考虑使用单基站定位技术。 随着智能天线技术成熟应用于移动通信系统，对信号幅角的测量 精度越来越高，使得以前被抛弃的AOA定位方法重新得到

2、重视， 随之TDOA/AOA混合定位的研究开始出现，这种方案有效解决 了 CDMA系统的“听力”问题。在基于蜂窝网络的定位中，通常需要不止一个基站参与对移 动台的定位。但是在某些移动传输环境或者是特殊条件下，移动 台往往只能接收到一个基站的信号。比如偏远的山区或者是农村 地区，不能得到多个基站的信息，此时如果要进行对移动台进行 定位，那么就要考虑到单基站定位。或者是在闹市区，由于遮挡 比较严重，移动台与其服务基站存在NLOS （非视距）传播路径， 此时也可以考虑单站定位来提高定位精度。蜂窝网络定位的基本方法有以下几种:1场强定位法2起源于蜂窝小区定位技术(COO)3增强观测时间差分(E_OTD

3、)4到达角定位技术(AOA)5到达时间定位技术(TOA)6到达时间差定位技术(TDOA)7 GPS辅助定位(A_GPS)8混合定位技术法(TDOA/AOA,TOA/AOA)以下是对以上的这八种方法的说明：1场强定位法该方法是通过测出接收到的信号场强和已知的信道衰落模 型及发射信号的场强值估计收发信短的距离，根据多个三个距离 值就可以得到设备的位置。从数学模型上看，和TOA算法类似， 只是获取距离的方式不同。场强算法虽然简单，但是由于多径效 应的影响，定位精度较差。2起源于蜂窝小区定位技术(COO)COO定位是一种单基站定位，即根据设备当前连接的蜂窝 基站的位置来确定设备的位置。那么很显然，定位

4、的精度就取决 于蜂窝小区的半径。在基站密集的城市中心地区，通常会采用多 层小区，小区划分的很小，这时定位精度可以达到50M以内； 而在其他地区，可能基站分布相对分散，小区半径较大，可能达 到几千米，也就意味着定位精度只能粗略到几千米。目前Google 地图移动版中，通过蜂窝基站确定“我的位置”，基本上用的就是 这种方法。从原理上我们可以看出，COO定位其精度是不太确定的。但是这却是GSM网络中的移动设备最快捷、最方便的定位方法， 因为GSM网络端以及设备端都不需要任何的额外硬件投入。只 要运营商支持，GSM网络中的设备都可以以编程方式获取到当 前基站的一个唯一代码，我们可以称之为基站ID，或C

5、ellIDo 在一般的设备中，可能都存在一个类似如下的GetCurrentCellID() 方法的接口来提供当前GSM蜂窝基站ID：3增强观测时间差分(E_OTD)这种方法是通过对定位设备的两次发送信号的相差时间来 对定位设备进行定位的。4到达角定位技术(AOA)AOA(Angle of Arrival，到达角度)定位是一种两基站定位方法， 基于信号的入射角度进行定位。IB*购她说陆1做位置如上图所示，知道了基站1到设备之间连线与基准方向的央 角al，就可以画出一条射线L1；同样知道了知道了基站2到设 备之间连线与基准方向的央角a2,就可以画出一条射线L2。那 么L1月L2的交点就是设备的位置

6、。这就是AOA定位的基本数 学原理。用函数调用表达如下。Location=GetLocation(Pisition1,a1,Position2,a2)AOA定位通过两直线相交确定位置，不可能有多个交点，避免 了定位的模糊性。但是为了测量电磁波的入射角度，接收机必须 配备方向性强的天线阵列。5到达时间定位技术(TOA)这种定位方法要求至少可以接收到三个基站的定位信号。利 用定位设备接收到信号的时间减去信号发送时的时间就可以得 出信号从基站发送到定位设备所需要的时间，再用这个时间乘以 电磁波传输的速度就可以得出基站与定位设备之间的距离。这 样，定位设备就在以这个距离为半径，基站为圆心的圆上。利用

7、三个基站分别得出三个圆，那么，定位设备就处在这个三个圆的 交点上。6到达时间差定位技术(TDOA)方法是通过两个基站发送信号到达定位设备之间的时间差 从而来确定一对双曲线。那么，如果有三个基站就可以得出两对 双曲线，而定位设备就处在这两队双曲线的交点处。7 GPS辅助定位(A_GPS)A-GPS定位(辅助GPS定位)就是一种混合定位，是GPS定位 技术与GSM网络的结合。A-GPS具有很高的定位精度，目前正 被越来越广泛的使用。8混合定位技术法(TDOA/AOA,TOA/AOA)TDOA/AOA混合定位原理图如下：/上图为TDOA/AOA混合定位的原理图。整个系统由基站， 定位设备，移动台三者

8、构成。其中，定位设备是一种可以移动的 车载装置，它是定位的发起者和实现者，其中移动台和基站是被 动参与者。实现定位需要以下几类数据: 定位设备和基站的坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2)。其中基站的地理坐标由储存在定位设备中的数据库提 供，定位设备的坐标由GPS提供。他们之间的距离为：d =i(x - x )(y - y )1212 l + L向(2)距离之和0 在CDMA网络中，所有的基站都由GPS授时系统实现gPN码的精确同步。此数据由定位设备的阵列天线所得。(4)以下是从上图可得到的方程组/+0二万一6妁 + A 二 黑 _ L 一 dsin 0 sin。 sin /A E十罪巩2L

9、0COS 0 二以上是使用单台定位的情况，在世界实际应用中，为了提高 定位精度，可以用多台定位设备同时为一个移动台服务。当然也 可以移动定位设备，在定位设备不同的坐标下分别就行定位，从 而来提高精度。TOA/AOA混合定位在基于蜂窝网络的定位中，通常需要不止一个基站参与对移 动台的定位。但是在某些移动传输环境或者是特殊条件下，移动 台往往只能接收到一个基站的信号。比如偏远的山区或者是农村 地区，不能得到多个基站的信息，此时如果要进行对移动台进行 定位，那么就要考虑到单基站定位。或者是在闹市区，由于遮挡 比较严重，移动台与其服务基站存在NLOS (非视距)传播路径， 此时也可以考虑单站定位来提高

10、定位精度。以下是TOA/AOA单基站定位图：AOA的获取AOA的获取可以通过信号的幅度差异和相位差异得到，算 法需要用到到达信号强度(SOA)的差异和到达角度的差异，从不 同移动台发来的信号对应不同的强度，并引入相位的差异来辅助定位，找到相位与到达角度之间的关系。对于螺旋型的天线，信号满足下列方程式：E = E 0 e-1.388(0 /0B)其中E是天线相应，E 0为天下内径接收电压，0 为接收信号和天线的角度，0 B为天线传输的带宽。两个天线的布局如下:图中AntR，对于接收到的信号的角度有如下的关系:Er = E 0 e - 1.388 ( 0 -0 s)/ 0 B 图中AnlL.对于接

11、收到的信号的角度有如下关系:El = EoeT388()/%用上面两个式子相除得：”Er/El =击、晚底Rdb = kO将上面这个义子该为db的表达式为：从上面这个式子可以看出两个天线接收到的信号的强度的差异 是和信号到达的角度是相对应的。因此，只要解算出两个天线到 达信号的强度就可以知道到达角度。也可以通过相位的差异来求到达角度下图是通过达到相位差异来求达到角度的原理图。由上图可以得到到达相位差异y = /A = 2 戒 sm/1根据上面的式子就可以算出到达角度值。TOA的获取在CDMA网络通信系统中，基站由GPS授时，而移动台 可以由基站授时。所以只要用接收到信号时的时间减去发送信号 时的时间就可以得到信号从基站到达移动台所