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移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)及應(yīng)用論文
摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們之間的交流日益密切和頻繁，同時(shí)人們活動(dòng)范圍的不確定性也越來越大。于是對(duì)用戶的位置信息進(jìn)行定位顯得愈發(fā)重要。目前，伴隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，位置服務(wù)開始得到重視并得到應(yīng)用。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)（MS）定位則是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中開展位置服務(wù)的重要前提。因此，文章重點(diǎn)就移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)臺(tái)定位技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行略述。
關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)；移動(dòng)臺(tái)定位技術(shù)；應(yīng)用
1 無線定位的概念
無線定位主要指的是運(yùn)用無線電波信號(hào)，來對(duì)移動(dòng)臺(tái)所處實(shí)際位置進(jìn)行確定的一種技術(shù)。通常來說，位置信息主要包含了和移動(dòng)臺(tái)相關(guān)的坐標(biāo)，諸如移動(dòng)臺(tái)所在位置的經(jīng)緯度以及高度等相關(guān)信息。對(duì)于無線定位而言，其最為重要的質(zhì)量指標(biāo)就是定位系統(tǒng)的精度，其可以理解為位于準(zhǔn)確區(qū)域周圍的不確定區(qū)域，采用多次定位測(cè)量之后而最終得到的一個(gè)百分比值。例如67%的定位測(cè)量則表示其可以定位移動(dòng)臺(tái)到實(shí)際位置50m范圍的距離，而95%的定位測(cè)量則可以定位移動(dòng)臺(tái)到實(shí)際位置150m范圍的距離。實(shí)際生活中，不同的定位服務(wù)需要不同的定位精度。諸如天氣預(yù)報(bào)、交通信息等需達(dá)到200km，但是導(dǎo)航以及設(shè)備定位則需要達(dá)到10-50m。
2 定位方法及應(yīng)用
定位移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)，可以采取如下兩種定位方法，也可以將二者進(jìn)行混合使用。以下將詳細(xì)予以論述。2.1利用無線電波信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行定位該定位方法主要是將已知位置基站和移動(dòng)臺(tái)之間所傳播的無線電波信號(hào)的特征參數(shù)通過檢測(cè)，以便于對(duì)移動(dòng)臺(tái)的實(shí)際距離、方向以及其他要素等進(jìn)行確定�，F(xiàn)階段，蜂窩網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)最為常用的網(wǎng)絡(luò)形式，對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)臺(tái)定位，主要包括了基于方向和基于距離兩種定位方法。（1）基于方向的定位技術(shù)。到達(dá)角（AOA）定位技術(shù)主要是基站借助接收機(jī)天線陣列來對(duì)移動(dòng)臺(tái)發(fā)射電波的入射角進(jìn)行測(cè)量，也就是信號(hào)的方向，從而構(gòu)成基站到移動(dòng)臺(tái)的徑向連線，也就是方位線。若需要測(cè)量的方向的精度為±s，則可以限定移動(dòng)臺(tái)的角度在2s的視線路徑上。通過兩個(gè)基站的AOA測(cè)量，則可以對(duì)目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)的位置進(jìn)行確定。該定位方法原理簡(jiǎn)單，但是實(shí)際應(yīng)用中還存在一些缺陷，因此較少應(yīng)用到目前的移動(dòng)臺(tái)定位中。（2）基于距離的定位技術(shù)。估計(jì)移動(dòng)臺(tái)和基站之間的實(shí)際距離，可以利用接收信號(hào)的強(qiáng)度、到達(dá)時(shí)間、到達(dá)時(shí)間差以及信號(hào)的相位來獲取。在二維空間中，對(duì)于移動(dòng)臺(tái)位置的的測(cè)量需要3次，在三維空間中，則需要進(jìn)行4次測(cè)量。例如如果預(yù)估基站和移動(dòng)臺(tái)間的距離為d，則第一次測(cè)量時(shí)可以定位移動(dòng)臺(tái)在以基站為中心、半徑為d的圓上。第二次測(cè)量則定位其在2個(gè)圓相交的圓弧里；第三次測(cè)量則可以對(duì)移動(dòng)臺(tái)的位置進(jìn)行鎖定。2.2利用移動(dòng)臺(tái)接收的GPS導(dǎo)航電文進(jìn)行定位GPS測(cè)量技術(shù)的定位原理主要為三角測(cè)量。其運(yùn)用多星高軌測(cè)距體制，并將接收機(jī)和GPS衛(wèi)星之間的實(shí)際距離作為基本的觀測(cè)量。如果地面的用戶利用GPS接收機(jī)可以同時(shí)接收到3顆以上衛(wèi)星的信號(hào)，再合理運(yùn)用偽距測(cè)量或者是載波相位測(cè)量，則可以對(duì)衛(wèi)星信號(hào)到接收機(jī)的實(shí)際時(shí)間、距離等進(jìn)行測(cè)算，然后再綜合考慮各個(gè)衛(wèi)星所處的實(shí)際位置，相交衛(wèi)星和用戶等多個(gè)等距離球面后，方可準(zhǔn)確定位用戶的三維（經(jīng)度、緯度、高度）坐標(biāo)以及速度、時(shí)間等相關(guān)參數(shù)�，F(xiàn)階段，常用的移動(dòng)臺(tái)定位技術(shù)包括單純的GPS定位技術(shù)、A-GPS技術(shù)以及GAPONE定位技術(shù)。前者主要運(yùn)用于專用的GPS定位終端中，例如車載臺(tái)燈。后兩者則應(yīng)用于移動(dòng)通信和聯(lián)通的相關(guān)位置服務(wù)中。
3 定位誤差
通常而言，定位的精度取決于多種因素，諸如電波的傳播環(huán)境、接收器的具體設(shè)計(jì)狀況、噪聲以及干擾特性等。在目前的蜂窩信息系統(tǒng)之中，TDOA/TOA測(cè)量誤差則包括以下兩部分內(nèi)容：第一，因基站自身檢測(cè)設(shè)備帶來的誤差。諸如移動(dòng)臺(tái)和基站的時(shí)鐘之間存在的同步誤差，檢測(cè)設(shè)備自身的精度，檢測(cè)設(shè)備在具體檢測(cè)時(shí)由于時(shí)延問題所帶來的誤差等。不過這部分誤差因素，會(huì)隨著定時(shí)技術(shù)和信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的日趨完善而不斷降低。第二，來自于信道，也就是多徑效應(yīng)和非視距傳播所造成的誤差。該方面誤差產(chǎn)生的原因在于信道自身的環(huán)境，具體可以運(yùn)用相應(yīng)的算法來降低其對(duì)于定位精度的不良影響。（1）多徑傳播。無線信號(hào)的多徑傳播也會(huì)干擾到移動(dòng)臺(tái)和基站間的實(shí)際距離和方位的直射路徑信號(hào)的具體角度和時(shí)延，進(jìn)而直接威脅到角度以及時(shí)間測(cè)量的定位方法。一般來說，窄帶系統(tǒng)之中，一旦出現(xiàn)多徑分量的相互重疊，勢(shì)必導(dǎo)致相關(guān)峰的位置出現(xiàn)偏差。而在寬度系統(tǒng)之中，則可以有效分離多徑分量，從而實(shí)現(xiàn)定位更為精準(zhǔn)。不過，如果反射的分量比直達(dá)的分量大，則也會(huì)對(duì)定位精度產(chǎn)生不良的影響。目前通�？梢圆扇「唠A譜估計(jì)、最小均方估計(jì)等辦法來有效對(duì)抗多徑傳播。（2）非視距傳播。無線定位中最為主要的誤差源當(dāng)屬非視距傳播，即便不存在多徑效應(yīng)或者選用了精度較高的定時(shí)辦法，其也會(huì)導(dǎo)致TOA或TDOA測(cè)量出現(xiàn)誤差現(xiàn)象。然而由于目前尚未有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)知關(guān)于非視距傳播模型以及其所能夠帶來的誤差概率。因此目前尚不存在完全有效的辦法來應(yīng)對(duì)該誤差源。通常可以采取如下措施來最大限度的降低該誤差源帶來的誤差現(xiàn)象：第一，運(yùn)用測(cè)距誤差統(tǒng)計(jì)中的先驗(yàn)信息，來有效調(diào)節(jié)一段時(shí)間范圍內(nèi)的NLOS測(cè)量值，使其更為接近LOS的測(cè)量值；第二，將LOS測(cè)量值的權(quán)重進(jìn)行適當(dāng)?shù)南抡{(diào)，并增加一定的約束項(xiàng)在LS算法中。目前，很多定位產(chǎn)品都選用了適宜的算法，來對(duì)多徑、非視距誤差等進(jìn)行抵消，進(jìn)而全面提升整個(gè)定位精度。
總之，位置服務(wù)已經(jīng)成為當(dāng)前非常時(shí)髦的一種服務(wù)類型，也成為了一動(dòng)運(yùn)營(yíng)商新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。其不僅更加便捷人們的生活，還能夠帶給人們生活中的樂趣。當(dāng)然了，我們也必須看到位置服務(wù)也會(huì)在一定程度上泄漏個(gè)人的隱私，對(duì)其安全防護(hù)則是目前以致未來各大運(yùn)營(yíng)商需重點(diǎn)考慮的問題。
作者:趙明信 單位:沈陽(yáng)電信工程局（有限公司）
參考文獻(xiàn)：
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