（通信与信息系统专业论文）cdma地面移动通信用户定位技术研究.pdf

信息工程大学博士学位论文 中文撼要 无线电定位技术具有悠久的发展历史，而蜂窝移动通信系统的技术进步和业务拓展推 动了定位技术在隗事应用领域的研究与发展。1 9 9 6 年美毽f c c 制定颁布了e 9 1 1 规范， 随后第三代蜂窝移动通信系统将定位服务纳入标准草案，使用户定位技术得到了国内外科 研机构、通信设备生产裔以及遥信运营商更多的研究与关注。蜂窝移动遴信系统用户定位 技术不仅珂以为鼹通民众提供位鼹信息服务，紧急救助和物品跟踪功能，也为保障国家安 全和订击犯罪提供有效手毅。 本论文主要研究c d m a 蜂窝移动通信系统用户定能技术的理论与实践问题，特别是 辩第三方( 被动) 定毽系统静浚计与蜜琥袒美豹若干闻题遴行了探索。磷究藿熹惫捂 e d m a 2 0 0 0l x 系统上行链路用户信号的可测性，参数估计和用户位置估计的理论限，视距 传撵巧壤秘 橇鼯传撵环境下豹定位雾法，移动精户鑫孽联踪定鼓弦及第三方( 被动) 定位 试验系统的设计实现与场地测试。 善先，怼c d m a 蜂窝移动遴信系绞孛懿痿号攘获糕率趣纛进露了详缨论遮。定义7 “平均联合捕获概率”和“平均联合累积捕获概率”，并将其作为衡量c d m a 慰位系统覆 羲戆力熬撂栝，捺导了不耀功率按剑方震下魏售号撬获摄率。续会c a m a 2 0 0 0l x 潮终嬲实 际规划，仿真分析了c d m a 系统的功率控制方榘、小医半径、网络负载( 多城干扰) 和 傣噪圪爨椽篷等多辨因素慰多裁定位体铡用户信号联合摅获概枣豹影响。在此蒸础上，提 出了利用反向接入信道进行定位系统设计的思想，并针对第三方( 被动) 定位系统，绘出 了站址选择的基本原则与建议。 ； 其次，推导了参数估计的克挽美罗界。获得参数的能力以及参数估计的精度是决定定 位技术可行性和定位精度的关键聪素。搬据空时笼线通信矢量信道模型，本文给出了单用 户和多用户条件下接收信号的模溅，并报导了多径、多天线和分数阶采样条侔下，时悉、 幅度、到达角、平均功率等参数的克拉荑罗界并分析了其渐近性能。对于信道参数估计性 能赛的毽论维导，为定位性麓静分析羹定了基碲。 第三，在参数估计的基础上，推导了无偏估计状态下单用户相多用户位置估计的克拉 荚罗界，劳绘出了荦参数定位体翻( t o a 、t d o a 、a o a 、s o a ) 及混合参数定位体锈 ( t o a a o a 、t d o 刖a o a 和s o a a o a ) 下，定位估计性能界的解析袋达式。 第嚣，辩褫鞭环境下多耱基于多簧感器静定像算法浚行了嚣缨分耩，莠提滋了两耱疲 用于蜂窝系统的用户定位算法：綦于最小二乘估计的t d o a 速迭代定位算法和熬于线性校 羹三最4 , - - 桊憨t d o a a o a 定位雾法。采建蒙特卡罗方法彷奏了t d o a 秘a o a 豹溅爨糖 度、误差分布特饿及参与定位的麓站数量等参数对算法定位性能的影响，分析了算法的收 敛性能，势与球瓣援交、球嚣差德、f f i e x t l a n d e t 、乎方梭芟等多糖誊震定位算法进孬了分 析比较。 第五，菲视躐传播使参数佳谤熬结果不霉是涎稼佳计，所以本文摄撰蜂窝系统数射模 烈推导了宏蜂窝和微蜂窝环境中非视距误差的分布，采用渐近均方根误箍作为衡量指标， 第1 夏 信患工程大学博士学位论文 分桥了t d o a 体制中非视躐谈麓对定位精度的影响。提出了一种藏予傣号到达时刻差值的 n l o s 误麓撺铡算法，通过假设检验检测l o s n l o s 之间的状态转移弗对测量值遴行校藏， 能够在参与定位的基站数鞍少的情况下有效抑制n l o s 误差。另一方丽，结合卡尔曼滤波 在羁标躐踪定谴方西豹应爝特熄，针对用户运动状态下的跟踪迥鼷，撼出了一静可以雯现 爱户连续鼹踪定位的专零爨簇黥算法。 交霹，设诗实臻一套纂予t d o a 定霞俘铡鹃分露式第三方( 被秘) 定位系绕，势给 出了系统在不同环境中的测试结果。 关键词：蜂窝移动通信系统；| 闱由定位；到达时闻差；劐达角；非祝躐；卡尔曼滤波； c d m a 2 0 0 0 x ：l s - 9 5c d m a 第1 i 贾 信息工程大学博十学位论文 a b s t r a c t t h e r eh a sb e e nal o n gh i s t o r yw i t hw i r e l e s sp o s i t i o nl o c a t i o nt e c h n i q u e s t h ef a s t d e v e l o p m e n ti nt e c h n i q u e sa n dt h er a p i dg r o w t hi nd e m a n df o rc e l l u l a rc o m m u n i c a t i o n ss e r v i c e s h a v eb e e ne n c o u r a g i n gr e s e a r c hi n t ot h ed e p l o y m e n to fw i r e l e s sp o s i t i o nl o c a t i o nt e c h n i q u e si n c i v i l i a na p p l i c a t i o n s i nj u n e1 9 9 6 ，t h ef e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ( f c oo fu n i t e d s t a t e sc r e a t e dr u l e st h a tr e q u i r ec e l l u l a rs e r v i c ep r o v i d e r st op r o v i d et h ep o s i t i o no fc e l l u l a r9 1l c a l l e r st op u b l i cs a f e t ya n s w e r i n gp o i n t s t h ea c c u r a c yr e q u i r e m e n to ft h ee 一9 11m a n d a t ew a s i n i t i a l l ys e tt ow i t h i n1 2 5m e t r e sf o r6 7 o f u s e r sa n dw i t h i n3 0 0m e t r e sf o r9 5 o f u s e r s i nt h e f i n a lp h a s eo fe 一9 1im a n d a t e ，t h e s en u m b e r sa r es u b s e q u e n t l yr e d u c e dt ow i t h i n5 0m e t r e sa n d 1 5 0m e t r e sf o rh a n d s e t - b a s e ds o l u t i o n s ，1 0 0m e t r e sa n d3 0 0m e t r e sf o rn e t w o r k b a s e ds o l u t i o n s ， r e s p e c t i v e l y i nm a n ya p p l i c a t i o n sw i t hs p e c i a lp u r p o s e s , s u c ha se m e r g e n c y , n m i o n a ls e c u r i t y a n dm i l i t a r yd e p l o y m e n t ，s u b s c r i b e rp o s i t i o nl o c a t i o ni sv e r yn e c e s s a r y t h i sd i s s e r t a t i o na d d r e s s e sp r o b l e m so fl o c a t i n gc e l l u l a rs u b s c r i b e r sa n df o c u s e so nt h e t h e o r ya n da p p l i c a t i o n so fp o s i t i o nl o c a t i o nt e c h n i q u e si nc e l l u l a rn e t w o r k s ，e s p e c i a l l yi nt h e w i d e l yd e p l o y e dc d m a 2 0 0 0l xa n di s 一9 5c d m as y s t e m s t h e s ek e yi s s u e si n c l u d es i g n a l h e a r a b i l i t y o nr e v 廿- s ec h a n n e l s ，b o u n d so np a r a m e t e ra n dl o c a t i o ne s t i m a t i o n s ，l o c a t i o n a l g o r i t h m sw i t hl o s0 1 n l o sm e a s u r e m e n t sa n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fat 1 1 i r dp a n y ( p a s s i v e ) s u b s c r i b e rp o s i t i o nl o c a t i o ns y s t e mb a s e do nt d o am e a s u r e m e n t s f i r s to fa l l ，s i g n a lh e a r a b i l i t yi st h o r o u 曲l ya n a l y z e dw i t he d m a 2 0 0 0l xs i g n a la sa l le x a m p l e ”a v e r a g ea e c q u i s i t i o np r o b a b i l i t y ”a n d ”a v e r a g ea c c u m u t i v ea e c q u i s i t i o np r o b a b i l i t y ”a r e i n t r o d u c e da n du s e da sp e r f o r m a n c ec r i t e r i af o rt h ec a p a b i l i t yo fl o c a t i o ns y s t e mc o v e r a g e t h e a n a l y s i ss h o w sn l a th e a r a b i l i t yi sp o o rf o rl o c a t i o np u r p o s e s t oi m p r o v es i g n a lh e a r a b i l i t y , a s c h e m ei sp r o p o s e dt h a ts i g n a li n t e r c e p t i o na n ds u b s c r i b e rp o s i t i o nl o c a t i o na r ei m p l e m e n t e do n r e v e r s ea c c e s sb e c a u s el a r g e rt i m e - b a n d w i d t hp r o d u c t i o nc a l lb ea c h i e v e d s i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a tt h e r ei sg r e a tp e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n ti ns i g n a li n t e r c e p t i o np r o b a b i l i t y a k e ya s p e c to fs u b s c r i b e rl e c a t i o ni st h ee s t i m a t i o no ft h ec h a n n e la n dc h a n n e lp a r a m e t e r s w h o s ee s t i m a t i o n a c c u r a c yd e t e r m i n e st h er e l i a b i l i t y o fl o c a t i o ne s t i m a t i o n t h ec h a n n e l p a r a m e t e r so fi n t e r e s ti n c l u d et h es t r e n g t ho fa r r i v a l ( s o a ) ，a n g l eo fa r r i v a l ( a o a ) ，t i m eo f a r r i v a l ( t o a ) a n dt i m ed i f f e r e n c eo fa r r i v a l ( t d o a ) a f t e rp r e s e n t i n gt h et e m p o r a la n ds p e c u l a r p r o p a g a t i o nm o d e l ，t h ec r l bo nc h a n n e lp a r a m e t e re s t i m a t i o ni sd e r i v e d t h e nt h ec r l b sf o r t h ee s t i m a t i o no fs u b s c r i b e rl o c a t i o nu n d e rt w os c e n e r i o s - s i n g l eu s e ra n dm u l t i p l eu l s - a r ed e r i v e da n dt h o r o u g h l ya n a l y z e d a n a l y s i sr e s u l t ss h o wt h a tt h ec r l bu n d e rc i r c u m s t a n c e s w h e r em a n yc e l l u l a rp h o n e sw o r ks i m u l t a n e o u s l yi si n d e p e n d e n to nm u l t i l c i l ea c c e s si n t e r f e r e n c e t h es u b s c r i b e rp o s i t i o ni sn o r m a l l yo b t a i n e db ys o l v i n gn o n l i n e a re q u a t i o n s h o w e v e r , i t r e p r e s e n t sah i g hc o m p u t a t i o n a lb u r d e na n dm a ys u f f e rf r o mac o n v e r g e n c ep r o b l e m d i f f e r e n t 第l l l 页 信息工程大学博十学位论文 a l g o r i t h m sc o m m o n l yu s e dt os o l v et h en o n l i n e a re q u a t i o ns e ta r ed e s c r i b e da n da n a l y z e d t h e n t w os o l u t i o n sa r ep r o p o s e dt oe s t i m a t et h es u b s c r i b e rp o s i t i o n o n ei sat w o s t e pl sa l g o r i t h m w i t hl i n e a rc o r r e c t i o nw h i c hi sp r o p o s e df o rh y b r i d1 1 ) o ， o aw i r e l e s sl o c a t i o ns c h e m e t h i s m e t h o dc a np r o v i d ep e r f o r m a n c ew h i c hi sa l m o s te q u i v a l e n tt ot h a to ft a y l o r - s e r i e s b a s e d s o l u t i o n sw h i l ei m p o s i n gal o wc o m p u t a t i o n a lb u r d e n ，o nt h eo t h e rh a n d ，t h i sa l g o r i t h mi sr o b u s t t od i f f e r e n tm e a s u r e m e n te r r o r sf o rt h a tn oa s s u m p t i o ni sm a d ea b o u tt h es t a t i s t i c so fc h a n n e l p a r a m e t e re s t i m a t i o ne r r o r s a n o t h e rw o r k si nt d o as c h e m ew h i c hi saf a s ti t e r a t i v ea l g o r i t h m b a s e do nl sa n dt a y l o rs e r i e se x p a n s i o n ( t s e ) t h ep r o p o s e dt s e a l g o r i t h mu s e sl e a s ts q u a r e s a l g o r i t h mt og i v et h ei n i t i a le s t i m a t i o na n dt h e na ni t e r a t i v ea l g o r i t h mi su s e dt oo b t a i nt h e s u b s c r i b e r sl o c a t i o n 1 1 1 ep e r f o r m a n c eo ft h ep r o p o s e da l g o r i t h ma n ds e v e r a lo t h e ra l g o r i t h m s a r ee v a l u a t e da n ds i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h mh a ss o m ea d v a n t a g e so v e r t h eo t h e r s f i f t h l y , b e c a u s en l o se r r o r sw i t h i nt e a ，t d o aa n da o am e a s u r e m e n t sa r ev e r yl a r g e c o m p a r e dt or e c e i v e rn o i s e ，i ti sn e c e s s a r yf o rt h es t a t i s t i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f n l o se i t o r st ob e m o d e l e da n da n a l y z e d ba s e do nt h ege o m e t r i c a l l yb a s e ds t a t i s t i c a lc h a n n e lf o rm a e r o e e l l u l a r a n dm i c r o e e l l u l a rm o b i l ee n v i r o n m e n t s ，n e ws t a t i s t i c a lm o d e l sa r ed e v e l o p e df o rn l o se r r o r s t h e n ，”a s y m p t o t i cm e a ns q u a r ee r r o r ”i si n t r o d u c e da n du s e dt om e a s u r et h ei n f l u e n c eo f n l o s e r r o r so n p o s i t i o ne s t i m a t i o n an o v e la l g o r i t h m t om i t i g a t en l o se t r o t sisp r o p o s e d w h i c h m a k e su s eo ft h ed i f f e r e n c eb e t w e e ns u c c e s s i v ea r r i v a lt i m e st od e t e c tt h es t a t et r a n s f e rb y s e t t i n gt h r e s h o l d s s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ea l g o r i t h mp e r f o r m sw e l l s i x t h l y , as y s t e mi sd e v e l o p e dt o e s t i m a t et h eh o r i z o n t a lp o s i t i o no fc e l l u l a rt e l e p h o n e s o p e r a t i n g i n t h e e d m a 2 0 0 01 x n e t w o r k a n d ise v a l u a t e d i n r u r u a l a r e a sa n d u r b a na r e a s t h e s y s t e mi sb a s e do nt d o aa n dp a t t e r nm a t c ha n ds u b s c r i b e rp o s i t i o nl o c a t i o ni sp e r f o r m e do n r e v e r s ea c c e s sc h a n n e l f i n a l l y ，as u n m a a r yo f c o n t r i b u t i o n sa n dd i r e c t i o n sf o rf u t u r er e s e a r c ha r eg i v e n k e yw o r d s ： c e l l u l a rn e t w o r k s ；p o s i t i o ni o c a t i o n ；t d o a ；a o a ；n l o s ；k a l m a nf i l t e r ； c d m a 2 0 0 01x ；i s 9 5c d m a 第1 v 页 信息工穰丈学博士学位论文 袭l 袭2 袭3 袭4 裘5 裘6 袭7 袭8 袭9 袭l o 袭1 1 袭1 2 袋1 3 袭1 4 表目录 备耱定饿按寒静特性毙鞍。 主要定位系统及技术体制。3 c 唐n a 2 0 0 0l x 彝i s 9 5c d m a 空巾接墨豹圭要参数捂撂。1 6 c d m a 2 0 0 0l x r c 3 闭环功控情况下的解调门限眦2 6 七行链路信号胃测性谚爽参数 平均联合累积捕获概率p k ( n ) 2 8 挚均联会接获攒率只( n ) ( c 尸d o d b ) 3 l 算法收敛特性与t d o a a o a 误差特性+ 7 9 定位算法与定位基站数( 疗b o = 1 0 0 m ) 8 3 l s _ t a y l o r 与t r e e _ t a y l o r 算法关于迭代次数与收敛次数的比较8 4 g r e e n s t e i n 指数n l o s 模型典型参数9 6 伪线往卡尔曼滤波算法仿真参数1 0 8 搬标变换1 0 8 散射半镣霹r m s e 及概率分布豹彩豌1 0 9 第v i i i 页 信息工程大学博士学位论文 图目录 图l蜂窝系统中的主要定位体制。2 图2主要定位体制原理图一4 图3细微特征匹配原理图。6 图4蜂窝系统基本结构1 6 图5蜂窝网络簇状拓扑结构1 6 图6上行链路逻辑信道图1 7 图7 c d m a 2 0 0 0i x 系统上行链路功率控制1 9 图8不同模型下的路径损耗2 l 图9邻近基站覆盖区域用户的干扰2 3 图1 0基于蒙特卡罗仿真产生的用户位置2 7 图1 1理想闭环功率控制状态下的平均联合捕获概率p 。( n ) 。2 8 图1 2理想闭环功率控制状态下的移动台发射功率2 9 图1 3平均联合累积捕获概率p n ( n ) 随距离的变化特性2 9 图1 4非理想闭环功率控制状态下的平均联合捕获概率p 。( 1 的。3 0 图1 5开环功率控制状态下的平均捕获概率3 0 图1 6开环功率控制状态下的移动台发射功率及分布( c , = 1 0 d b ) 3 1 图1 7无功率控制状态下的平均联合捕获概率p n ( n ) 分布3 l 图1 8小区半径对捕获概率的影响3 3 图1 9信噪比目标值对捕获概率的影响3 4 图2 0多址干扰对捕获概率的影响3 5 图2 1蜂窝系统与第三方( 被动) 定位系统的网络覆盖3 6 图2 2业务信道理想闭环功率控制状态下的信号捕获性能3 7 图2 3接入信道开环功率控制状态下的信号捕获性能3 7 图2 4不同噪声功率条件下的信号捕获性能3 8 图2 5参数映射关系4 l 图2 6多径传播模型4 2 图2 7 等效空时信道模型r 。4 2 图2 8典型混合定位体制6 5 图2 9常用蜂窝定位算法6 7 图3 0算法定位性能与t d o a a o a 测量误差7 7 图3 l算法定位性能与定位基站数量7 7 图3 2a o a 误差对定位性能的影响。7 8 图3 3不同误差条件下算法定位性能7 9 第页 信息工穆大学撼士学位论文 黧3 4 躁3 5 图3 6 嚣3 7 黧3 8 鼷3 9 黼 图4 l 翻4 2 黧4 3 翻4 4 翻4 5 黧4 6 圈4 7 鼗4 8 黧4 9 蹦5 0 图5 l 躜5 2 嘲5 3 圈5 瘁 臻5 5 鼷铂 黼5 7 嬲5 8 圈5 9 蹦 嬲孬l 豳6 2 嚣6 3 瀚6 4 圈6 5 算法收敛特往与鬻产分毒8 0 谟麓分布。 大误差定位结聚的空间分布及统计特性8 l 基予最小二乘黪t d o a 抉速迭代舞法滚稷8 3 岱辩算法熬襞豹影骥8 5 o = 1 0 0 m 辩各静髯法毪簏院较8 5 不溺误差分布耩凝下熬误差分露8 6 宏蜂窝圆散射潮环散射模型8 9 宏蜂窝n l o s 穰率密旋( a ) l = 3 k m ) r = 5 0 0 m 宏蜂窝灏敬射a o a 秘n l o s 概攀密度( l = 3 k m 宏蜂窝圆散射n l o s - a o a 联合概率密度( l = 3 k m , r = 5 0 0 m ) 。9 3 微蜂窝散射模擞9 3 擞蜂窝教瓣模燮n l o s 纛a o a 糕率密度9 5 微蜂窝n l o s a o a 联合概率密度( l = 5 0 0 m , l m = 1 5 0 0 m ) 9 5 用户运动轨迹及定僚鏊站分布 算法毪裁分辑 翅户运动轨迹及a o a 环敖射模攫1 0 8 散射半径对跟踪精度的影响。1 0 9 基站鸯定链误麓对鼹踪耩度的影嫡， 各个基站对用户位鬣鞠速度的馈计误麓1 1 0 伪线往卡黎曼滤波冬畿夺= 乘l s 髯法定袋糖度递鞍1 1 0 c d m a 定位系绞瓣瓣络攘羚结构+ 1 1 2 定位系统中主站的络构图一1 1 2 辅站功锈模块黼。1 1 2 用户主呼邋话建立过程。1 1 4 用户被孵通话麓立过程。1 1 5 标准臻蟪溅试试验系统缀皴及垮蠖褥德。 标凝场娥测试结祭 一。1 1 6 li 6 系统时延组成11 7 城市繇壤溅试系统纭矜绥构 上图：四通道僚号时序示意图下图：四通道实繇信号时频城1 1 9 城市测试环境及系统设备1 2 0 第x 嚣 信息工稷大学博士学位论文 主要缓酪谖 3 g第三代移动通信系统 3 g 黠第三代会作伙伴组织 a g p s网络辅助的g p s 定能 a m p s先进个人移动通信系统 a o a到达角度 b s 基站 b s c 基站控制中心 b t s基蛄收发信予系统 c d m a 码分多址 c d r n a 2 0 0 0 籍美撬国麓3 g 标准 c e l li d 小区标谖号 c e p溷谈差概率 i b l s 约束非线性最夸二乘 c r l b竟控美罗限 d - a m p s数字毙逐令人移动逶信象缝 d g p s差分全球定健系统 羚0延迟锬糕巧 d s直接扩频 e 9 1 1增强型紧急救援系统( 美国) e d g e改进数据率g s m 服务 e - f l t增强型前向镳鼹三角定位 e k f 扩展卡尔曼滤波 嚣一饼 增强型糯察时阋差 e s o a增强型场强测墩法 f c e美霞联邦透信委员会 f d d 频分双王 f d m a颓分多薤 f i n g e r p r i n t 多裰指纹技术 g b s c m蔻爨淑劈孛模型 g b s b基予凡籍特性韵萃爱射模鍪 糖 足秘猿发困子 g 器建臻信息系统 g 鞠心a s s 全球导航卫震系统 ( 辫通用数学模型 g p s全球定位系统 g p r s 通用分缀无线服务 h e a r a b i l i t y 信号可测性 i p d l 空阑用期下行链路定位 k f 卡尔曼滤波 【，m s最小均方技术 l o r n 远距离孵航系统 l o s橇鼷传输 l s最小：柒 馘越多秘午撬 m c多载波 m i m o多输入多辕撼 醚l最大儆然 m m s 嚣 最冷均方误麓 a 偿l多餐干扰 m s 移动台 m s e移动交换中心 m s e均方误差 n i d s菲视距传输 饼d m 正交频分复用 o t d o a可观察到达时阕差 p l平面插值算法 p i c并行干扰抵消 p l k f伪线性卡尔麓滤波 p r i p d l 伪鼹测麓一空闲周麓 下彳予链路定位 q c l s平方校瘫最小：乘算法 q p二次规划 r c无线怒攫 r v i s e蚜方根误差 瓤鼍往返传竣对阆 s l球瑟撬篷算法 s 犯 串符干扰抵消 s i m o单输入多输感 繁x i 贾 信息工稷大学博士学位论文 第x i t 菱 独创性声明 所提交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中标注和致谢的相关内容外，论文中不包含其他个人或集体已经公开的研究成 果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文题目：旦丛地西整麴垣信围应定鱼拉苤班究 学位论文作者签名：_ 塑 谴 _ 鹌l 日期：如年；月弓1 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权信息工程大学 可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借 阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 涉密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：q m 丝画整勤道信旦庄定僮拄苤班冠 学位论文作者签名：逄遵型呈同期：a o , , g 年；月；1 日 作者指导教师签名：_ 二蒌土兰譬一 同期：上- “年， 月 f ，日 信息工麟大学博士学位论文 1 1 概述 第一章绪论 定能( p o s i t i o nl o c a t i o n ) 通常是指利用某种测量技术精确确定目标的位嚣。无线电 怒叟技术( r a d i o l o c a t i o n ) 荧i j 是利建无线瞧波豹传输特熬，在已9 霹参考虑移待定点之翊遴 行距离、方位或者其它参数的测蔗，根据个或者多个已知参考点的测凝结果来计算待定 患的空闼坐标。广义上讲，所有邋过测量笼线电波参数来获 导目标位置髂息豹定位系统镪 麟于无线电定位的范畴，包括采厢脉冲测距的雷达系统。传统的光线电定位技术研究具有 嚣常悠久豹历史，可以追溯到第童次世界大战以藏，丽：战的军事需求极大地推动了无线 电定位理论与实践的发展。到目箭为止幽现了包括l o r a n 、g p s 、g n s s 在内的多种定 僚导航系统以及冀它一些为特定组织和机构服务的系统筹l l l 。 定彼技术不仅在电予对抗、局部酸场的战术应用、撵高单矮作战熊力等军事领域广 泛应用，在民用领域也具有非常广泛的应用前景。近十年来，蜂窝移动通信系统呈现出迅 猛的发震势头，蔫c d m a 傣弼兹蜂窝系统在避年来黧是取得了长是静发展，蜂窝移凌 i 敷信已经成为人们重要的通信手段。同时，各个通信运营商在通信业务领域的竞争日趋激 烈，铸惫移动羧攥盈务蘩要缓戒嚣分豹定位鼗务建它靛角逐豹圭要颁域之一。1 9 9 6 年受 潮f c c 制定了e 9 1 1 规范，要求所有的移动运营商必须以6 7 的概率搬供优于1 2 5 米精 度豹定霞绥栗毅傺涯紧急救援辍务戆实熬翻1 3 l 嘲，这接动了蜂窝定毽技术熬磷究进步戮及 熬于无线电定位技术的位置服务在全球范围内的发展f 5 】【6 l 【7 】【盯。此后日本、德国、法国、 璇典、芬麓等国家邈纷纷提出各其特色懿公众纛巍震蕴鬟骧务【9 1 1 1 罐】。囊手参羲邋痿具鸯 使用方便快捷、服务种类众多、保密性能良好等优点，不仅受到普通民众的青睐，也为犯 嚣分子弱敖对势力所使用。本论文以总装备邦“十五”预珊课题“她恧移动透信用户定使 技术研究”为依托，开展了针对c d m a 2 0 0 0 体制蜂窝移动通信系统用户定位技术的研究。 l 。2 蜂窝移动遴售系统的定蝮技术摔割 移动通信技术的迅猛发展和用户数目的飞速增长，推动了蜂窝用户定位技术在生产、 释掰、运营等各个领域静发震与磷究，受至l 众多遴信设备生产裔、运营商和莺内夕 科磅橇 构的高度踅视。蜂窝移动通信系统中用户的定位是无线电定位技术的一种具体应用。从原 壤土漭，场强测爨、羁遮角溅量、辩藤( 差) 测爨等技术鄂虿酝疲震露蜂窝移动遴信系统 中。但是与传统的广域无线电导航定位系统相比，蜂窝系统工作频段、电波传播环境、用 产与基繁豹籀辩鞭离、用户运动特性殴及空孛接疆、掭议棱等各个寿覆都存在明显苓爨， 完全照搬这些技术难以满足蜂窝环境下用户定位的需求。根据蜂窝移动通信系统本身的特 纛，国内羚熬众多磷究瓿 奄嚣学畿提出了多秘瑟决方案，爨瑰7 诲多瑟鹣基于蜂窝网络技 术的定位方法，如表1 所示；同时也有众多公制推出了可以应用于蜂窝网络的定位系统 帮整体熬决方案，麴墅l 秘表2 所示。 第1 页 信息工程大学博士学位论文 不同的蜂窝系统，矮体的定位体制和方案的逸择裔所不同。就美部分遣区仍在采籍 a m p s ( 擎d 嗡姨棒制) 帮d - a m p s 髓) m a 体割) 系统，羯产定锭主要基予t o a _ 鞣糟0 a 技术，通适在反两擦帝僚遥上的信惫辛蹭蕊调练廖期，并馒震蘸精度定辩系统、蠢胃靠经 熬锬耀环秘滤波嚣送行参数信诗，能够获德误蓑小手5 0 纳秽熬t o a 或t d o a 参数，实 糯1 0 0 米戳内貔定位精凌【1 2 】l b j 。禳据g s m 系绞繇采雳黪t d m a 接入方式_ 裙鼹络零身提 供的封灏提篱( 叛) 参数，e - o t d 移基乎c e l li d 豹定缎技术成为g s m 系统定位技术 豹变要镞逡方寨【1 4 1 ”l 。慰予已缀在香港、嚣国及我毽大爨罄署豹重s ，9 5c d m a 系统，燕 隳聚取了t d o a 定位体制，充分利用了扩频系统的高多径分辨能力和时差提取能力1 1 6 l 。 籀三载移动通绩蓉统( 3 g ) 的三个主要标准w c d m a 、e d m a 2 0 0 0 和功s c d m a 均采用 c d m a 作为基本的多址接入方式，基予i s * 9 5c d m a 开发的各种定位技术可以在适当地 修改后应用于3 g 系统巾f 1 ”。但各个标准的网络结褥和空中接肼协议不兼容，所以在空中 接口信号参数测壁的具体实现方式上有多种不同的方案。目前，3 g p p 和其它标准化组织 仍在不断媲论证鹈完善警定位有关的技术标准冀文档hs 】f 转2 0 1 戮1 。 根据不同的划分准则，实际应用和正在研究开发的蜂窝穆幼通信系统定位技术可以 有以下多种分类方法： 根据定位系统所处象间位震的不同，可l ；1 分为空基定位系统( p s ) 、她基定位系 统疆及混会定使系统( a - g p s ) ； o 穰疆定位参数测鬣位置的不同，w 醣分为基于网络的定靛和基予搿产静定位，霞l 给出了雀这释划分准剩基硝上瓣嚣主要定经技零豹分类； 裰据定位掰露参数的不同，霹荻分兔场强溅鬃法( s o a ) 、增强翟场强溅量法 ( e s o a ) 、剿达角度测爨法( a o a ) 、到达对阉瓣翘戆测量法 ( 鬏) 彬翔o a 黪臻。蠢瓣联罩) 、淫会参数定毽法秘缍微特征甄配方法等。 姻璺 伽o a + a o a 悠s o a 酵箍每室会确臻摅畚定位 瓣定靛技术 图1蜂窝系统中的主要定位体制 第2 页 信息工程火学博士学位论文 表1各种定位技术的特性比较 c e l l - 国蕈鸯氆t e o 蕈do 蕈d o ag p sa - g p s 低比较商 巾中高高 定位精度 1 0 0 m - 2 0 k m5 0 - 1 5 0 m1 0 0 ，5 0 0 m 1 0 0 m - 5 0 0 m5 m - 5 0 m5 m - 5 0 m 定位鲁棒佳麓 好一般一般般缀盍 支持3 d 定位 前否谱否是 是 菲常快快捩抉懂一般 定位晌斑对闯 i s 1 0 s l o s 1 0 s 3 0 s 。1 5 m 5 。1 0 s 用户升级 磷否 悬 是是 是 漫诱支梅能力妊荮麓 差 婷妊 网络