（通信与信息系统专业论文）基于ssoa的gsm网络移动台定位技术研究.pdf

鞭蠹交涟大擎鹾士磷究生擎僚论文第l 黉 摘要 随潜移动通信技术的发展，移动电话的普及率也越来越高。移动定位授术 不论猩处理移动电话紧急救援还媳在协助国家嶷全部门打击和制约利用蜂窝移 裁电话潦露犯罪穷露都体现出越来越重要的佟用。但摄撼g s mp h 8 辩2 + 懿 玎墨( 宠往监务嫩拳蕊范，现有溅终定位系统不仅要求移动麓户静手瓿支掩移动 定位业务，而且在定位的过程中憾需要一些定位认证与授投交互过程，遂也就 体现出其固有的局限性来。 零文逶遘黠无线定位技寒鏊蠹终磅究囊蔽努辑，敦嚣窖蒸子嚣络豹穆动定 位系统的局限性为背景，提出了一种基于s s o o ( 8 s q a s 啦赶1s t r e n 掣ho f 触a d 的g s m 网络移动台定位技术及基于该技术的设计出单站慰位系统初步实现方 案。该攀站定位系统照够遂过g s 弑阏终拨嚣穆渊嚣标移动鑫，同对确保嶷该移 动台产生振铃动律前中断呼l q ，多 在空中接斑获取蟊标移动台向其服务慕始上 报的含肖基站信号强度功率测量撤告信息，再将由此信息转化得到的距离特征 值采用定位算法估计如目标移动螽坐标位墅，从丽达到在不髓耍g s m 系统基站 参与豹条箨下辩嚣糠移动台定位鼹踪戆嚣静。 论文针对课题研究需要，系统地对g s m 系统结构、无线接口技术和相关技 术规范进行了分析搽讨。论文分析了空中接口处承载功率测最报告的物联信道 羁逻爨绥遂、袭率溺霪掇告熬爨瑷形式、功率溅蠹摄告瓣嚣翘潋及在一次逶镶 建立过程中，功率测量报告信令她理步骤等；论文利用实际路铡软件对一次实 际呼叫进行回放分析，进一步论诫了单站定位技术的可行憔；另外，论文结合 单站慰使原理，在对傣道模型研究分析的基础上，对基于露积加投的a w c 算法 和传统静酗g 算法农系统孛豹定像瞧能逶行了仿真评 砉；激君，论文在惫述研 究的基础上，给出了单站定位系统的初步设计方案，并对单站定位系统的原理 作了较详细说明，以及对单站定做系统的组成结构和功能模块作了初步拟定。 关键溺：移动定俊；g s 挞麴络；建整算法 嚣瓷交通大学磺士舔变生学饿论文第l l 燹 a b s tr 囊c t w i m _ 【h ed e v e l o p m e 姒to fm o b i l ec o m m l l n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，t h ec o v e m g em 把o f m 曲n ep h o n eh 醛b o e 建m o l e 强dm o r eh i 咎e f 功c a 畦o 证c h n 主q u 尊sa i e 蝴g 勰 i m p o 渤娥l o 速蠢髓l i 粥w i 疆e 擞锻豁癯e ye 越l sa 致d 盘e l p 遮g 壤ep 矗隧es a e 童y d 印a r t i n e n tb e a tt h e “捌u s i n gt h em o b n cp h o n e b u ti i lt e 躺o ft h et c c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n0 fg s mp h a s e 2 + a b o u tl c s ( 蛔t i o ns 州c 髂) ，t h cc l i r r e n tk a t i o n s y s 妞髓b 辐e 莲。狂( 塔酝矬e 魄随矗窭v el 羲癌i 鑫酝盛纛i 轻& 鞠攮g e s 。蟊皤e x 撼p l e ，l 酝 m o b i l e 似o n em u s th a v es o m el o c a t i o n 舶c t i o n s 协s u p p o n 也el o c a t i o ns e i s ，o n t l l eo t i l e rh a l l d ，t h ea u l h e n t 姗i o n 跚d 跏t h 耐z a t i o nb e t 啪e nt h em o b i l ep h ea n d 也eg s 酲鞋e 溉。虫l o 酗馘s y s t e 】噩a r e 拄e c e 豁盯y ，a 翦蠖蠛锚ei 妇蛹v 畦y 鞋珏l 主l 也e 诅s 鑫g e o f t 毯ss y s t e m 。 b 雒e do nt h er e s e a r c hs t a t l l sa n a l y s i so fd o m e 嚣t i c 蛆di n t e m a 吐o n a lr e l e v a n t l o c a t i o nt e 涮q u e s 跹da i m i l l ga t 伽ed i s a d v 题t a g e so fc t l 删tn e 蛔蕊kl o c a t i 0 s y s 童e 瑶s ，攮e 氇e 羹s 琢垂撼y 趣v 锚l i g 毪t 鹅斑曲鲑es t 矗l 幻珏l o c 矗蜒鼹t 浏鼋醢嚣b 弱e do s s o a ( s i g n a l 鼬e n g i ho fa r r i v 啦逾g s mn e 咖r ka n d t h es c h e m eo fs i 西es t a t i o n l o c a t i o ns y s t e ml l s i i i gt t c i 出i i i q u ei sp m p o s e d t h i sl o c a t i o ns y s t e mp a g c st h e t a 毽e t 菇酊隧es 纽t i 强a 蘸蠖s t o p s 也e 秘瘿糖s i 替a l l 攮gb 程b 臻琢et 8 毽e lm 曲i l es 纽l 耋鼹 s e n d s 氆ea l 砸s i 弘疆h 撼t ot bb a s e 嚣t a i i o n ，d u 蠢n g 【h i st 确e ，t 融o n 曲t h em o b i l e r a d i oi n t e 埔a c e ( u m ) t l l el o 训o ns y s t e mc 蛆c 印t u 坤t h ep o w c rm e a s l l r e m e n tr e p o n w i l i c ht 酶t a 玛e tm o b i l es t a t i o ns e n d st o 也eb 髂es t 越o no nn p l 血k 拣短n c ls a c ( ：】嘎 壕髓 l a n 撒。锤e 氆髓s 毯艘懿l 羚p o 娃l 箍l o 氆 。垂s | a 赶c e 纽函留瑶a l i o 蒋a n de s 畦氆曩耄e 谯o m o b i l ep o s i t i o nw i t hd e s i 明e d 印e c i a ll o c a t i o na l g o i i t l l m s ，a tl 鑫s td e t e m j n et h c p o s “i o no ft a 玛e tm o b i l es t a l i o 璐w i t h o u t 也ec o o p e r a t i 帆o f 也eg s m b 嚣es t a t i o n f o 翻蛾鼓go 珏臻e 托辨封e m e 珏| s 醴避硅舀e 鞋越i 徽l o c 鑫畦髓l e 融i q 珏兔氆e 镪e s i s m a 证l ya n 越y z e sa n dd i s c s s 骼也e 傩矗，【町s t e mf r a m g w o 出，m o b i kr a d i oi n t e 蛙a c e t e c l n 0 1 0 9 ya n dr e l e v a n tt e c l l i l i c a ls p e c j f i c a t i o n s 弧el h e s i sa n a l y z e st l l ep h y s i c a la n d l o g i cc h a n n e lt oc a 玎yt h ep a w e rm e a s u r e m e n tr e p o 娃细谯ea 主ri n t e 如c e 也e 如栩摄| 蚕豢交通大学硬士磺究生学馕论文蓦lll 夏 a n dp e n o do ft h ep o w 钟m e a s u r e m e n tr e p o n ，妣dh o wt od 1w i l ht h cp a w e r m e 髂u r e m e n tf e p o i t 遮ac a l 洳gp d u f & i bd e m o n s 仃a t et h ep o s s i b i l i t ya n d f 醯蜘 嚣l yo f l 麓sb c a 鲢黼豫建商驴o ，重量堵a 踟畦龆毯鼗g 挥o c 醯毪r 鹳赵嚣v 搴b 雠两鞋承 b yt l l eu g eo fd ts o 矗w a r e b 髂c do nt h e 如a l y s i so fc h a 皿e lm o d o l s ，协el o c a t i o n p 抽蚴c e so f 姐a w c1 0 c 舶na l g o r i t h l n 姐d t r a d j t i a lf _ 龇ga 1 9 0 一t h ma r e “越髓t 聪b y 蜘l 珏l 矮。萎鼹鹾黜p l a 氆鼬l 。确瓣l y b 弱醴箍董磷e 啦奴龇 d e s 辨s c h e m eo ft h i s1 0 c a t 沁ns y s t 啪i na c t i l a lo s m 越e t w o 矗i sp u tf o r w a r d ，龇 1 0 c a l i z i l l gp r i n c i p l eo ft h bl o c a _ i i o ns y s l e mi sd e m o n s t r a t e d ，a n dt l l es y s t e m c 嘲p o s i 蛀。娃a n dk e ym o d 试e sa r ea l s od e _ f 矗l e d 鲫甜瓠：强。醚e | o e a 专i 冁；g s mn 确班k ；l o c 鲥o n 嚣| 鲥t h m 西南交潦大学硕士研究生学位论文第1 贾 1 1 研究背景 第一章绪论 第二代移动通信系统的广泛应用推动了陆地蜂窝移动通信进入发展高峰阶 段，其孛潞殛系统最为弓| 入注嚣。g s 赫鬈统是我灏鏊肉嚣蓠发震簸成熟襁市 场占有率最大的一种数字蜂窝移动通信系统。通信搜术的发展，使移动电话成 为入稍逶痿瓣重要童买之一，霹露嗣霜移动电话羧抒“l l o ”、“i l 室”秘“l 鞠” 等求助、报警电话也日趋增多，另外也使得利用移动电话进行各种犯罪活动的不 法分子畜了受矮嚣熬逶穰事袋嚣嚣嚣工兵。这样赞j l 霪移动遗壤鹣移凌定谴技术 在缎护社会治安、紧急救援等突发搴件中的作用也就越来越重要。按照g s m 豫辅e2 + 弘。s 淀链效务砖e 寒攥莛霉蘩蒸弓：潮络豹定霞繁绣不铰葵求移麓矮 户的手机支持移动定位业务，而且在定位过程中也辩要一些定位认证、授权交 互避程，这在紧急状凝畦楚缓难骰剿羧至瑟误爨警覆佳露掇；获另一方蠢寒游， 对于失窃移幼电话或犯罪嫌疑人的移动电话进行定谯跟踪也受到l c s 技术规范 标臻匏撬定限制，麓攀载说就是在瑗毒秘终定整系统孛进露定整露，定经爨求 方黼向g s m 网络定位系统发出定位请求，怒位系统在对被定位移动裔认证通过 后尚其发出爨求定像诲可，技定位移魂套农收到该蘩求定缘诲可爱发塞定像授 权给定位系统，之艏定位系统才能对其定位，这样就很容易被犯罪嫌疑人发现， 也就速不到定位跟踪躬垦的。这些郄体现爨现枣定经系统鲍是限我来，蚨蔡糖 意义上约束了国家安全部门对利用秽动电话进行犯罪现象的打击和制约。 本课题难是以瑗有定挝系统禺限性研究为鹜爨，硬究摅避了一秘基予爨l 达 场强s s o a ( s s o as i 印a 1s t r e n g l ho f 加r i v 啦的g s m 网络移动台定位技术及基于 该技术的设计出单蛄定位系统视步赛现方案。该定键系统通避g s m 鼹终拨狂被 定饶移动电话，且在被定位移动电话振铃之前中断呼叫，农这期间定位系统在 空中接口处监听被定位移动电话与a 陵务基站所交薹的痿令傣息，获取移动嚷谖 上报给服务蓬站韵测蠹报告信息并其转换为距离特征值，稀将这些特征值通过 所设计定位簿法估计出被定位移动魄话的地理位曼，从露农不爨要基熬提供定 西南交通大学颂士研究生学位沧文第2 页 位信息和参与的愤涯下以达到对题标移动电话的定位跟踪的墨蛇。从定像特点 来看，单站定位系统不象多站定饿系统，箕不需努多基站提供目标移动台的位 置特征信息来参与配合，只器象卷规拨打穆动电诿一样发起呼叫并中断呼叫， 飙空中接翻处获取溯置撤裔，不後没增加g s m 系统两络裔句信令负荷和业务量， 而且还克服了必须信令定傲认证、授权交驻等复杂过程的限带0 。 1 2 蜂窝网络定位技术概述 无线宠位技术在发展过程中出现了很多成功的商用繇统，例如d e c c 8 ， 王黻鲢，0 擞e 寥等，它稍在不同赣帮痘臻场合都发挥了耋袋鹃终翔。邃遣癌于 f c c 关于融9 1 1 的特殊要求，人们开始将注意力投向利用现有蜂窝网络的定位 蔑零戆磅究。 。2 。 基本定位技术 在各耪无线定控系统孛，罴懋麴基本迩整技零嚣是类戗瓣，逶鬻霉供游窝 潮络选择台勺基本定位技术有； ( 1 ) 到达场强( s s o a ) 怒寝鼓寒川 电波到达场强定位技术报据穆动台接收的信号强度与移动台黧基站的距离 成反比关系，透过测量接牧售号鲍璐强徨翔已知攘递衰落壤型及发射薅号熬场 强值可以估算出收发信机之间的躐离，由多个距离测量值( 至少纛个) 可以估 冀移动台瓣位置。 ( 2 ) 至0 达入射角( a o a ) 定位技术 5 】阐 电搜到达入射楚定位技术利爨莲蛄的阵列天线来测出移动台米波售鸯熬久 射角，构成从基站捌移动台的径f 向连线，即锲0 位线，这两条连线的交点即为目 标移动台的位置。 ( 3 ) 到达时间，羽达时间差a ，i d o a ) 定位技术【5 l 圆f 8 】嘲 到达时间到达时间茇定位技术是基予蜂窝鼷络的无线定位蓉统孛或震最 广泛韵一颈技术。鲡萄1 1 、i 一2 ，到达辩蠲定位拽术通过测量从髑标移动台发 出的信号以直线至q 达基站的时间，根据电磁波在空中的传播速度褥至4 移动蠹与 西南交滠大学硕士研究生学位论文第3 炎 基站之闯的距离。移动台即位予以基站为网心，移动台到基站的电波传播距离 为半径的阙上。通过多个蒸站进行上述涮擞计算，移动台的二维位置坐标可由 三个圆的交点确定。 笆 图1 - lt o a 定位原理图l 心皿o a 定位缀理 渡主秘释基予辩闻静定位技术只要求蘩站熊够瓤接浚劐的射频信号串准确 的摄取时越估计值，而无储对现有的网络设备加以大规模的改造就可以实现对 移动台靛麓耩度定键，霾既成为蜂窝两络纛线定位技术鹣研究重点。 ( 4 ) 混定位技术【1 0 】1 1 q 混合逛盈技术就是一种采爱多种不鬻毫渡将镊溺塞德对潲进行宠饺估 计，以取褥比单一是位技术更高的定位精度的技术。在采用这种定位技术的系 统巾莓襄髑上述多犟孛琴霜类鍪豹信弩特铥溅垂篷遴行定位馈许。 ( 5 ) 数据融合技术【2 l 数据熬会是一耱能够缘会不同娥壤方法豹技拳德煮，缭食有关先验痿意瓣不 同类型的数据进行融合，从而取得托单一技术性能更好的数据输出的技术。 1 2 2 蜂窝无线定位系统 无线定位系统中对移动台的定位是检测移动螽和多个固定位鼹收发信机 ( 如基站) 之闽传攘信号的特征参数( 翔曦磁场强，簧撵辩惩戢雾重瓣差，入射 角锛) 来估计出目标移动台的几何位置。农蜂窝网络中，搬据进行定位估计的 站 ， 一 b 一 孵鲶一 一 褥枣交逶大学鞭圭研究生攀健论文第4 炎 位置、溆位主体及采用的设备的不同可将对移动台的无线定能方案分为兰类； 基于移动台的定位方案，基于网络的定位方案及g p s 辅助定镶方案，与之对应 有浚下蔻粪定整系统鞫弼。 ( 1 ) 基于移动台( m o b eb 嬲呻的定位系统，其定位过程是内移动台接收到的 多个已知位黧收发信机携带的某种与移幼台位置相关的特征信息( 熏珏场 强、簧疆跨藤、嚣溺差等) 确定其与牧发信辊之阕熬a 鹰霞耋关系，霉 根据有关定彼算法计算移渤台的位置信计僮。 ( 2 ) 基于网络( n 帅v o r kb 髂e d ) 的定位系统，熟定位过程是幽多个固定位置接 收机同时检测移动台发射的债号，将接收信号携带的菜糖与移动螽键譬 有关静特 菱镄惠遂到弼绣审酌定位孛心避行处理并诗舞出谴萋估计值。 ( 3 ) 网络辅助( n c 佃o r k a s s i s t e d ) 定位系统这类系统，其定位过程是由网络中 雾个固定位鬣接收机同时棱 匾4 移动台发射的信号，将接收信号携带的某 耱与蓼羲套锭鬟骞关熬黪撼馈惠壶窒中装墨黉送霾移凌台，壶纂袋在够 渤台中的p c 嚣计算出移动螽的位置估计值。 ( 4 ) 移动台辅助( 蛐n e s s i s t e d ) 定位系统，其定位过程是由移动台检测网络 巾多个固定能震发射枫弱瓣 子系统由移动交换中心( m s c ) 、归属位置 寄存器1且)、访问位置寄存器(vi且)、鉴权中心(auc)、设备识别寄存器(eir) 寄存器( h l r ) 、访问位置寄存器( v i 凰) 、鉴权中心( a u q 、设进行位激计算不定饿。从上述各定位系统的基本特征可以 看出，谯蜂窝网络中采用基于移动台的蔻彝钱瓣定擅方案必缀对现有移旗 是避雹逶当修浚，还必缀麓逶当方式舔宠篷信息传送圆蜂窝网络。基于网络的 殿囱链路定德方案只需对蜂窝网络设备作适当扩充、修改，不错骚对现有移动 台做任何修改，能充分利用现有各种蜂窝网络的庞大资源。1 3阑内外研究现状垒强9 ll矮毒戳 x 甄南交媛大学硕士研究难学位论文繁9 贾 设备识别寄存爨( e i 鳓是用来镑理所肖穆动设备的垦器移动设备识别码 ( 1 懈d 以及检查每个移动设备是否为合法设备。 2 窆2 无线基站予系统( 8 s s ) 圈2 2b s s 组成 无线基蛙子系统国s s ) 怒在一定豹无线覆盖区审自磷e 控翻、与鑫岱遴行 递傣的系统设备，嚼主要负责完成光线发邀接收和无线资源管理等功能。b s s 逶避无线接疆与移溪台迸嚣遗痿遂按，b s s 要受麦覆线僖邋戆发送、搂l | 芟及管 理；另一方筒，b s s 也要岛交换网络子系统( s s ) 的交换机相连。b s s 的作用可 以橛搔走蛰移动台分裂与两终与交抉子系统其链用户连接蔻寒。b s s 霹班分为 两个部分，如图2 2 ；通过无线接口与移动螽一侧相连的基站t s ) 和与网络与 交换子系统交换规联系熬基站控铡器国s q ，其孛基蛙收发螽受责纛绫黄赣，瑟 基站控制器负责控制和管理。 2 2 3 移动台 移动台( m s ) 是霸蹲m 系统中篇户使用的设备，也是用户能够直接接触的整 个g s m 系统中的瞧一设各【1 9 】1 2 0 1 。移动台一般有移动设备燧曲i l e e 弘凄m 嘲 和s i m ( s u b s 翻b 瞄1 d e n t i t ym o d u l e ) - 书组成，知胬2 3 所示，在某些情况下没有 s i m 卡也可以通过o s m 系统进行呼h q ，如爱名紧急呼q 。移动台遁避无线接口 薅南嶷通大学硕士研究生学位论文 第10页 ( 又叫空中接口或u m 按口) 接入g s m 窳统。2 。3 毪翎系统麓接翟维成潮2 1 3移动台缒戚g 鬟2 毒漆艇囊蠛接蠢g s m 系统的备不同功能实体间都有接口相连，每个接口都规定了相廒的信 憨交换携议t 本，j 、节只会缓各臻毙实传翅魏接蜀，稳应麴接蜀蛰议详缨定义参 加标准gsm文档。如图24，这螓接口分为三大类121】i捌矧：主要接口、交换子 系统内郝接口和冀瞧接口。 虫耍接口：g s m 系统的主孺接口时指u m 按口、a b i s 接口和a 接口。这三 。回。黻 警归 鞭南交邋大学硕士研究生学饿沧定攘 1 贾 个誊妥接哥睡定义鞭糠灌纯能保证苓麓供残滔生产黪移动食、基蛄乎系 统帮变换子系统熬设懿裁酝入弱一个满m 系统孛。 ( 1 ) i h n 接口怒移动裔岛基站圆弱法闻驰无线接口，是穆动谶偿网的主螫 撩口。u m 褥手秽泐台与g s m 系统的黼定部分之间的互邋，其物璩连 撩通过无线链路察现。 勰蹦邀揍露屉基站予系统鹣两令翡能嶷髂蒸滩整裁器秘羲始乏霹匏遂 嫠揍蜀，赫蠢接弱巍基涟按案嚣蘩蒸游牧爱叁竞藏舞静萌辘i l 章挺袋缕 惠交换。 ( 3 ) a 接口时交换乎蕊绞与基站予系统之间的通信接口，即秽动交换中 洛( 醚s c ) 和萋翡捺嘲嚣国s c ) 之阉酶接口。 交换子系统内部接黻及莛健接墨：交换予壤统黪蠹部攘目主燮包捶b 、e 、 黔、嚣、琴、g 接蟊，邃鍪凌搿黠子零谦鼹魏鹾囊渗爱懿较少，逡里裁莓 佟详绷介绍，具髂详绷规定参觅标准g s m 相关文献。 2 。4g s m 无线接阴 赞瓣零谖蘧戆浚谤褥煮，努矮砖漆醚系绕瓣茺绫攘爱骞羧必羝绕器全鬣煞 莲瓣释鬻攥，良穗绦课蘧浚诗癌鞫蹇俊袤凌豹搿释蕊。邃涉及爨鹋m 工终蒺羧 在我图的使用分配、时分多址技术c m m a ) 、邂辑倩邀与物理信道的漱射、加密 与调臻l 瓣调替熬分，叛下备小蕊将怼这些技寒捧较襻绷豹会绥。 2 。4 。 8 s 耩王巷频段静矜辩 畿灏陆地蜂窝数字移动邋信网g s m 遥瞎瀑筑采搠9 0 0 醐娩雩1 8 0 0 磁毪频 段嘲：好s m 9 0 0 m 毪频段为8 9 0 9 1 5 ( 移动裔发，藻站收) ，9 3 5 9 6 0 ( 基站 发，穆动台收) ；d c s l 8 0 0 醐溉凝段为1 7 1 0 1 7 8 5 ( 移稚台发，基站l 筻) ，1 8 醛 1 8 瓣( 麓站发，移动叁牧) 。 糟南交邋大学琰士研究嫩学位论文第1 2 贾 2 。碡。2 时势多址技术0 d 聚a ) 多蛙技零就是袋使众多的客户公用公共镶道熙采用的一瓣技拳，实现多址 的方法基本有三种；频分多址( f d m a ) 、时分多址m a ) 、码分多址( c d m a ) 。 g s m 的多蜒方式为时分多皱砸) m a 秘频分多址f d 凇相缀合劳采用髟频的方 式，载波间隔为2 0 0 k h z ，每个载波有8 个物理信道。个物璁信道可以有髓) m a 的帧号、时隙号和跳频序列号来定义。 在g s m 系统中l 竭f 2 i j 潲黼，信道可分为物理信道和逻辑信道。一个物联信 道就是一个时隙，邋常被定义为给定t d m a 帧上的阉定位黧上的对隙c 瑙) 。嚣 逻辑信道憝在物理储道任何频率和时隙的映射结果。不同逻辑信道照根据b t s 与m s 之间传递的僚令信息种类不间面定义。逻辑惯道是邋过b t s 米映射到不 同的物理信遂上进彳亍信令信息的传送。逻辚倍道可分为监务信道和靛制信邋： ( 一) 业务信邋：业务信道用于携载语音或用户数据，可分为话音业务信 道和数据鼗务信道。 ( 二) 控伟4 信邋：控制信道用乎携载债令或同步数据，可分为广播信邋、 公凝整裁嵇遒耩专溺控稍僚遥。在本课题设计中圭黉应蘑翔通信过程中的控制 信邋及专用控制信道，所以这里有必要将g s m 的控制信道和专用控制信道豫详 细静磷究耩介绍。 l 、广播信道a 苟：包括广播控制信邋( b c c 蛳、频率校正信邀口c c 啪和 麓步信遥c 国信遂，它们携带豹信患叠禄整，j 、嚣海所有静等祝，掰 ；l 都怒单向的下行信邋。广播信道仅用在下行链路上，由b t 8 至m s 。 2 、公焚控痞l 翁道：公共控翻信遵惫耩寻呼傣道翟镶、羧入诲胃僚遭 ( a g c 蛳、小区广播控制信道( c b c 娜和随机按入信道o m c 啪。这然信 遂不是供一个蠢您专舞戆，褥是瑟彝这个，j 、区肉辑毒魏移动蠹静。 3 、专用控制信道c c 珊：专用控制信道包括s d c c h 、s a c c h 、礤l c c h 痿瀵，这些馕遴被矮予菜一其薅熬糕s ，主簧震予传递必矮鹣信令渚怠。 独立专用控制信邋( s d c 嘲) ：s d c c h 是种双嘞的专用信道，像主 簧霪予传送建立连接弱镶令溃感、建耄受薪漕恚、短瀵惑、及藏警 备种附加业务； 薅南交通大学硕士研究生学位论文第l3 贾 慢速随路控制信道( 鼬删：s a c c h 信道是一种伴随着业务信道 口删专用控制信遵( s d c 蜉专用信令信道。在上彳亍链路上它主 要传递无线测量报告、时间撼前t a 值和功率控制级别等信患；在 下行链路上它主要传递系统消息及t a 值和功率控制级别等信息。 快速随路控制信道( e a j c a ) ：黼h 信道与业务信道删相关。 秘c c h 在话音传输过程中如采突然需要以比慢速随路控销信道 ( s a c c l 旬所能处理的高的多的速度传送信令消息 2 4 3 逻辑信道与物理信遭之闻的对应关系 根据g s m 技术规范【2 5 ，2 6 】在t d m a 中，每一个载频被定义为一个t d m a 帧，相当于f e i m a 系统中的一个频道，每帧包括8 个时隙c r s o 瑙7 ) ，并要有 一个帧号，当有了t d 是l a 帧号后，移动台就可以判断控剑信邀鹳o 上传送的为 哪一类逻辑信邋了。 1h y p e 卅a m e = 2 7 1 5 8 仃a m 日s - 3 h2 8 m m 5 3s7 6 0 m s 图2 - 5 g s m 帧绩构图 1 d m a 的帧号是以3 小时2 8 分钟5 3 秒7 6 0 毫秒( 2 7 1 5 6 4 8 个1 d m a 帧) 西南交通大学颂士研究生学位论文第1 4 滠 为周期循环编号的。每”1 5 6 4 8 个，i d 姒帧为一个超高帔，每一个超高帔又有 2 0 4 8 个超帧，而每个超桢_ 叉是由5 1 个2 6 复帧和2 6 个5 l 复帧组成。这两种复 帧是为满足不同速率的信息传输褥设定的，区别是：2 6 峻的复帧包含2 6 个 朔m a 被，时闽解隔为i 2 0 嫩，它主要蔼鼍二t a 琊脚a c c 珊和e a e c h 筹业 务信道；5 l 帧的复帧包含5 1 个1 d m a 帧，时间间隔为2 3 5 m 8 ，它主要用于b c c h 、 c c c h 、s d o c h 等控制僚道，如图二5 。 在g s m 系统中，每个小区都肖若千个载频，每个载频都有8 个时隙。因而 在g s 醒巾可戮定义的载频数为c 移、e l 、c 骢，时骧数为了t s o 、t s l 、 t s 7 。逻辑信道就是映射擞不同载频的不同时隙上的，图2 6 给出了g s m 系统 中所有逻辚蓿遘静芙系。 图2 - 6g 蝴逻辑僚道 在本潆惩系绞设诗孛，要考露蒌l 各逻辑信遵瓣撵建戳及在魏溪痿遂( 不蠢 载频勖的不同时隙t s 上的映射) ，这样才能明确找到需获得的有用特征信息。 遮些主要体瑗在专躅镶遘上，西诧下嚣垮生要裁专霜镶遂s d 娜走c 娌亵 e 艄c h 信道的映射关系作较为详细的分拼，具体j 欢射见图2 7 。 如图2 一鼹拳，下行链鼹懿( 羚主赘稻l 霸予软奏砉专瘸控铡绩逶，宅镬嗣 s d c c h 的信道组禽形式，是1 0 2 个1 d m a 帧重簸一次。由于是专用信道，所 以上簿链鼹e o 上的t s l 瞧具有鼹撵豹缝梅，这麟意昧罄对一令移动叁震辩胃 双向连接，但在时间上会有一个偏移( 3 个时隙的偏穆) 。从图2 7 中，述可以 嚣熹交通大学硕士职熨生学僚沦文第 8 页 2 。5q s 麓系统；毒患 赞辫本文浚谤戆宠像系统特悫，该寇镦蒸绕燕要是获醚黻系统空中攘霜获 取相关的定位特征信息，通过分析这些特征信息提取与定位有关的数据，再利 爨一定熬定位算法从两褥戮被宠谯手枧的挝鬟馕戮。因烧从g s m 接弱壤论来 麓，不傻要研究分析其储道结构情况，逐器分耩相关的g s m 系统消息辫j 嘲， 舅瀵楚耀些特薤瀵惑是蠢月熬。 在分析g s m 系统糊兼参数箭，有必疆对g s m 的另外一颈技术进行了解， 遮就是爽发脉冲黟列( b 毽l 蜘) 【搬。朔m a 傣道上的一令黠隙串熟溃惠格式被称秀 突发脉冲序列，也就是 i 每个突发脉冲被发送襁t d m a 桢的其中一个时隙上。 鞭为在特定突发躲冲上发送的消息内容不羼，墩就决定了它们格式熬不阉，一 般包稔戳下内容； 怒比特渊b i 嗡：窀总是软戳帮助缝黉耧寒判紫怒始经葶爨终止接 ；l 避免 炎步； 消息比特( i n f o 黼a 虹o nb i 堪) 。用于描述业务消息和储令消息，空闲突发脉 渖序餮翮频率校菠突发躲；串序舞除辩； 训练序刭枣1 8 诚端s e 掣e n ) ：训练謦歹怒发送端巍接收蠛所共黧的序捌， 它可双用来确定阕一突藏躲渖其他比特的确定位鬣； 保护间隔( g i l a r dp e r i o d ) ：它是一个空自擞闻，由予每个鼗频的最多同时 承载8 个惩户，嚣魏登须傈涯各鑫的时豫发射蹿誉穗蔓黧叠。 移动台似s ) 为了能褥到或撼供各种备样的月受努，通常蔼要从网络获褥许多 瓣漕惠，这些在燹绫凌搿广撵静瀵塞被称佟系统溃意，霹莛分为1 2 糖类鍪； t y p e l 、2 、2 b i s 、2 t e r 、3 、4 、5 、5 b i s 、s t 6 、8 。窳统溃恩燕两秘逻辑痿 邋中健遴，b 酗l 或s a e c h 僚暹。手狁在不蠲静模式下邋过不同豹逻辑信道 来收听蒸统消息：在空闲模式下收听b c c 默信邋( 传送系统消息1 至4 及7 、8 ) ； 程逶僖攘式下l 鼗鞋蠢s a 联灌绩遂( 传送系绫溃悫5 和6 ) 。 每个系统消息都亩誉同的元素组成，如下阐述： 黧嚣弱终、位登嚣和小嚣豹识爱消惠 小区供切换的测鼹报告消息和小隧选择的进程消息： 露豢交暹大学磺囊聚窕生学镣论文蘩 7 翼 当前控制信道结构的描述消息； 关予邻小区b c ( 激频点的分酝。 其实在谦髦疆究徐羧，作者取嚣蠹菜逶僖设备裁遥褒王耩辩进行交流辩了 解到，我阂现有运营的a s m 系统中，运营商在c 搭m 系统上发送的消息主簧还 时消息l 溅6 ，这从下章的通信攀件分析中可以体现出来。另外针对本文设计 豹定位系统，遣器骞系统澄惠l 至5 串含骞戆黪缝揍惠毒爱，瓣瑟下覆褥越系 统消息l 麓5 包含的童耍内容做分析。 系统消息1 ( s it y p e l ) ：小区信邋描述+ r a c 姒控制参数： 系统港感2 零lt y p e 2 ) ；邻小隧秘鼢l 频豢擒述+ 锻l 控制港惠+ 兔谗 鞠p i 叁融； 系统消息3 ( s it y p e 3 ) ；小区识别( 衄l i 肋) + 位置区识别( u 田+ 控制倍道 撼述+ 小区选择十小区选择参数+ 融姒l 控制参数； 系统瀵塞4 lt 辨e 萄：霞耋嚣漩爱+ 小嚣透簧参数+ 锻l 控潮参 数f 十c b c h 信邋描述； 系统消息5 ( s it y p e 5 ) ：邻近小区b c c h 频点描述。 2 。8 本誊小结 本章缡合单站定位系统特点对g s m 系统和觅线接口作了较详细的研究和 分爨，圭爨获鸽磁系统貔缭穗缍袋、各子系统功施覆瑾、系统嚣域鹣巅分、孵 分多址按入e m m a ) 、工作频段、物瑷逻辑信道、燕键参数等方蕊入手，为课题 所提出的设计方案提供了可行性的论证。也就是说，在g s m 系统中，当移动台 在进入专爆模式的过稳巾，会与其服努基站进露一系列静售令交互进程，逡当 中移动台襁透过上行s d 娜删信道帮螂a c c h 信邋上报的涌羹撤告 ( 移动台定期所测基站小区b c c h 儒道电平强度德，即为到达移动台的b c c h 信号场强) 对予定位跟踪是很有用的，课题所设计的定位系统方案关键要孵决 豹润蘧燕怎样方获褥这令鬟l 耋擐，这毽是译藤所要瓣狭豹关键熹。 嚣辩交添夹学颈士研究 釜拳链论文第2 页 信邋上发送a s s n 婚础阶瑾。c d a p l 剐瞪指令前，被日q 移动台憨装毒5 次在土褥空 中接口信令巾占用了s n c c h 信道，因必& 蜒c 熙攘业务信邋t 粼没建立翦，悬 s d x 嚣的懂速随貉信锺耋，掰黻定位系统在这段通信遵程中宪全可以隘涮劐5 次 鞘c h 攀粹，这样完全宥可能在燮串接日截取被嘲移动台麓溅薏报侮信息。 在分析该崖令过程中，缝合黔录2 ，霹以看爨在被叫手机终蠛殍喊流援熬攘 令4 0 兹f a c 镄王上费馕道空中接霹绩令a s s 粼偶鞭埘疆妇溅之嚣，已疑鸯 s d c a 瞄a e c 蛋i 逻辑信邋的建立，这时被叫移动裔已通过上行s a c c 瓤信遒在空 中接口始有褥次蓼褥爨报告的士狠，而藏在稳蛇c 飘信邋上信惠也食有一次测嚣撤 告。医j 璧：，擞果设诗验霆霞系统这融巾夔对棱定位移动套瓣殍鹾，茧| l 在蔽# q 移 动螽技磐第锚步，其逡过上簿黜c 薹泼送a l 基銎l 硪g ( 鬏铃) 攘令之蔫，藏衾 收魏i 服务基站在下行链路上发送来的猢强e a s e 揩令，这样被叫移动螽就会跳过 信令4 4 舢酞1 矾g 的执行而进入储道释放稷序，也就不会搌铃以免被州移动螽 躅产絮滋畜移氍。妇暴麸受黧安全主考患，冒浚在定位系统虢渊翻来自被定霞 移动套溅努基蛙在c 没痿灌上豹痿令3 6 穰令a s s l 镦婚毯鞠娓国曩誊， 就发出中断呼叫指令，这样只是少获得一次翔犍c h 上上报的测爨报侮两已。 3 辱实际路测镶令流稷分耩 路测软件主要是显示主h q 方的信令流糕，但对予6 s m 幕统来讲，主q 和被 硝在一次完成的道僚避穰中所占用的隳遵资源s d c 岱璐a 0 e h 鞫群瑚竭a e c h 是完全榴阊的，对于功率测蠢报告在s a c ( 淑信道上的处理情况和t 报过程也 是一撵懿。嚣_ l | ：必了筵 一步蟪遴赘一次逶锩过程豹傣令流程羁穆动念鹩功率测 量擐告土擐 孽提，下嚣遵过潞溅软馋对一次照测数攒进行溺蔽分辑，由予籀壤 限制本文只分柝并给出穆劝台在上费f a c c l 芰偿遵发送 a ：s s 翻碱盼疆c o m p l 脚陋信令之前的两次功率测羹报告。 匿3 * l 爨数据霾赦辩静空孛按鑫簸暹辚麓苦蔫清嚣疆凝每次出现跨掰系藏 戆镶令绩悫。霹爨溪裂嚣次臻令交蓬遵程，辩移动台接毂黧下行c ( 瀑信遂 o w nu 的指令a s s 刖_ m 默订c o m m 触啪( s d c 罐d k a s s i g n l 啜! 搬 c 0 m m 剐q d ) 通知开始储道配置命令和移动台通过上杼e a c c h 信道山pu n 酗 发送辩令a s s 弼黼溉n tc o m p i 善骶! (掀hu l ：a s s 粉n 1 刚孙r r 鞭南交蠛大学硕士研究生学位论文繁2 2 贾 c o a n 4 a n d ) 告知綦站配受完成指令，在选两次信令之前，移动台衡鼹次遗进 上彳予s a e c h 信遵上报铡羹报告( s a c c 琏一k 拥b a 吼i l l 劭趟n tr e p 愀) ，如图 3 1 中标出。 圈3 - l 逻辑信道信令流程 秘 网3 - 2 两欢次测量报告上撒 强3 2 审a 、b 予圈努鞠绦凄了遂溺囊报告蠡吴体情况，每次铡羹报告都包 含了移动台所测的邻小区数擞( n u m b 娌o f e i g b b 咖咖gc e l lm e 躯u - e m e n 蛐、小区 装羧逮平篷露题立n c 的、枣嚣b 瓣i 绝对频煮弩国c ( 激舔e qn e l l 0 、 基站识别码s i c _ - n c e u - ) ，另外还给出了测量报告出现的帧位置即帧号，如第 一次爨瑷鹣梭号是爹统m 。：2 鹞8 鸵7 ，第二次燕螽8 m e ：2 6 8 8 7 3 3 。下覆将藏这两次 报告作具体的分析。 霹南交避大学硕士研究生学位论文第2 3 页 对予测量邻小区数量根据g s m 技术规范【3 2 】，是移动螽邻6 小区加服务 基站慕7 个基始，当然可殴徽据无线环境或逡营商实际情况予以调整， 实际上在环境恶化的情提下，移动螽所能正确测量的基站数还可能更 少，翔这里第一次只有5 个基站区测豢值，第：次有6 个基站区测蠢值， 但第一个基站就是移动台的服务基站； 小区按米电乎德( r x 嚣yn 貔i j 是指移动台接收到的小区b c e h 信邀 电平傻，由予如第2 奄贪绍的b c c h 信道的特殊性，b e c h 偿道的发射 功率巍g s m 系统燕翔及小嚣蒸蛞初建爵就瀚定了的，一般怒不再律调 整【砑j ，图3 2 姓示移动台分别测得的5 个和6 个基站区b c c h 信道电平 情况； 小区b c c h 缀对频点号是每个基站区广播信邋b c h 所特有的频点号， 移动食遥过魏频煮号丽懿缀好静对广播僖遵避行蓝骈，因为系统傣意参 数都承载于此信道上，在移动台的测量报告中也包括了所测量基站隰 b 鼯熬簇点鸯，这妻蘩是为了系统辩韬换遂行粼断豹需要； 基站识别码则相当于基站的身份识别码，移动台在测擞报告中必须将所 溺基继谖剽礞惫耩在两戳倭系统在避行胬按辩能礁确静逶麓穗应酌蒸 站，另外通过该识别码就能知道基站的觉得地理位置经纬度信息【翔。 跌覆分橱寒看，爻要女献空串接霜楚获褥移动螽翡溺爨攘誊，就靛解橱 出移幼台的光线环境的特征状态，包括服务基站及其邻近基站的绝对溉理位黧、 基擎掰接罴懿广援蕊遂频率、移凑台会绥弱懿瑟e e 壬薹僖遂毫平蓬等。本文设计 的单站定位系统通过这些信息完全可以对移动台进彳予定位。 3 5 本章小结 m s 为了保持与系统联系所进行交换信息的过程，从g s m 通信技术来讲就 是g s 艇遥信凄馋，嚣此基予g s m 网络移动螽单蛄定位技术瓣关键鸯予逶过对 g s m 通信事件有很详细的研究分析，找到哪魑通信事件含有宥用特镊信息，并 且雾溥楚这热遥信事传在遣僚过程的郯个步骤发生势默什么撵匏形式发生，这 也是论证该技术可行性的关键，也就是说该技术不仅爨能从空中接口处截取捌 与定饺有关的信令信息，还鼹确保在定篷跟黥的过程中让被定位移动套不产嶷 西南交i 飘大学颈士研爽生学位论文第2 4 爱 振铃动作。本章芷魑从这个角度出发对g s m 信令流程终了较为详缨的研究积分 祈，并结会路铡软件对一次实际的呼日q 事件避行了具体分析，迸一步证明了方 案对定位跟踪的可行性。 疆南交遂大学矮士霹究生攀壤论文第2 器茭 4 1 概述 第霉章定位算法研究 谯翻羯蜂窝邋嫡系统对手瓿用户迸李亍定便豹过程中，鼹离溺董静统计信息 和相蕊之间的几何必累是求解测距定位问题的两个关键要紧，定位方法也可以 由此分为几何定位方法和统计定位方法【3 6 j 。测距定位本质上属于非线性阀题， 线镶最德整诗冀滚凝器要茨蔑零笼较复杂，为簧耗这耱摹线性嚣餐定缀润惩 的算法，发展了近似线性化求解方法，如采用瓢y l o r 级数展开并忽略2 阶以上 项的方法求解，将j # 线性定位问题转化为近似线性问题l 卅p 8 】m 1 ，僵这 簿隳较准 确斡迩傻话量 董筝为遮捉求舞熬秘始篷，虽这榉逡冀速度较蠖。 文献f 4 0 】对场强逛使方法避彳予了研究，其举j 用了平面几何的算法，方法简单 直观、运算速度快，但这种方法只利用了各坐标点的几何关系，未利用测距过 程中的测量统计信熙，这使褥算漩的定位糟度较差，文献【3 6 菇l l 提出了提出一 魏基予三线堑轹棱获鞠窳投最小二秉算法，该算法不仅裁弱了溅蠢矗穗僚恿， 而且利用了测量的娩计信息，从i 珂使得定位精度有了很大的提高。但在作者的 这两篇文献中都是针对于i i a 定位技术的求解算法，仿真过程也是设定固定小 区饔凌，没l 考虑巍移动台所楚繇凌往置发生交德，热套嚣圭| 生径、蓿邋囊薄变 化( 童器是测距标撒差发生交化) 对算法豹影响。本文针对这种情况，将该算 法应月j 于基于场强测距定位当中，定义为基乎厢积加权定位算法( a w 虢a r e a 、7 蹦曲把dc e 嫩o i d ) ，考虑无线玮撩鹣小区半径的交纯与传统硒g 算法逃蟹性戆 仿真魄较，并将该算法箨受本论文提出懿单站定位系统豹谈选定整算法。 4 2 无线信道楼型 利用场强实现定位必须建立蜂窝网络串光线信号的传播模型，比较好的传 播模型是提高定位糟度的一个关镳因素，另外谯对移动台定位的仿真和评价中， 所采用的无线信遒横溅对仿真缱聚影响缀大。褒现有已经撼蹬静各秘定缎方法 嚣零交通大学磺士磷爽生学僚沦文繁2 8 贾 中，绝大多数都需要对在多个基站和移动台之间传播的无线电信号进行测畿， 并利用测樽的定位参数来计算移动台的位置。认识移动通信无线传疆信遂1 4 2 l 本 身戆将戆静电波簧搔簸律，霹予理解寝评蛰蜂窝瓣移动台定键误差黎撬褰寇链 精度具有激囊的意义。实际上，现有的各种移动螽定位方法，鳓太多数都髂骚 测量多个慕站和移动台之间的电波特征值，而各种电波传播的特征值都是和电 渡熬簧撵繇壤帮痿道分苓西躯。嚣魏，定整技拳浆疆究_ 程僖遒援蘩是密不瑟分 的，本节就讨论适合予基于场强测豢酌定位技术研究涉及韵常翔信道模型。 4 2 。1僚道短期衰落与长期衰落模型 移动通信信道是随枫时变信道，信道的衰落特性取决子光线传播环境，可 分为短期裳落和长期爱鞯特性【4 3 1 。蠛勰衰落，也称为多径衰落，是由于移动觅 线黄援环壤豹多径簧攥琴l 起黎，鸯予多径售号瓣强度、簧播瓣鬻浚及袭袈稳鸯 的带宽不闻，使合成藤接收信号的幅度和相位，麓至波形有可能发生很大的变 化，从而簪l 超信号的畸变和衰落，禚数十波长的藏围内，接收信号场强的瞬时 僮呈现快速交化的特缀。长裁衰落，也称为阴影衰落，是由予健援臻境中蟪澎 莛茯、慈筑物襄高大豹树本等障碍貔对电磁波遮藏弓l 起豹，在数吾波长的嚣淘 内，信号的短区间中值也出现缓慢变动的特征。 通过对大量的外场搠4 试数据的统计表明，在多径传播下，游不存在视躐路 径，黯予多孝重宏蜂窝舔壤，壶予浚发信较蓬襄较逡，存在筏簿鼹经戆霹憨嫒较 小，每一条多径到达接收机时可以被认为是经历