中国电子技术网

设为首页 网站地图 加入收藏

 
 

移动定位技术及其在安全领域应用

关键词:GPS手机 3G手机 移动定位技术

时间:2007-06-28 17:21:00      来源:

基于GPS系统的定位技术,其优点是定位精度较高,定位半径可达到几米、十几米。

一、移动定位技术的分类

近年来,随着用户需求的增加,移动定位技术受到越来越多的关注,推动了对移动定位技术的研究及测距技术的发展。如何尽可能地利用现存网络资源,低成本地实现对用户的精确定位一直是研究的焦点。实现移动定位主要有两大类解决方案,第一类是由移动站(MS)主导的定位技术。单从技术角度讲,这种技术更容易提供比较精确的用户定位信息,它可以利用现有的一些定位系统,例如,在移动站中集成GPS接收机,从而利用现成的GPS信号实现对用户的精确定位。但这类技术需要在移动站上增加新的硬件,这将对移动站的尺寸和成本带来不利的影响。第二类是由基站(BS)主导的定位技术,这种解决方案需要对现存的基站、交换中心作出某种程度的改进,但它可以兼容现有的终端设备。其可选用的具体实现技术主要包括:测量信号方向(信号的到达角度,简称AOA)的定位技术、测量信号功率的定位技术、测量信号传播时间特性(到达时间,简称TOA;到达时间差,简称TDOA)的定位技术。为了提高定位的精度,也可以采用利用采用上面数种技术的组合。

二、基于移动电信的定位方法

目前在基于移动电信技术的定位的典型方法有:TA(或称为TA+CELLID);AOA、到达时间(TOA)、TDOA、TDOA、AOA:OTD、增强测量时间差(E-OTD);多路径图型辨识;GPS、DGPS、InverseDGPS、GPS辅助(A-GPS),等。

l、TA

或称CellID+TA,指小区识别号+时间提前量。时间提前量TA由基站测量后通知MS提前这段TA时间发送数据,目的是为了扣除基站与MS之间的传输时延。因此,TA方法就是用现有的参数TA估计MS和BTS之间的距离。如果MS在空闲模式,MS可能被寻呼或者主动发起呼叫(如紧急呼叫),从而使SMLC获得TA和CellID。如果MS在占用模式,SMLC向BSC发送消息获取TA和CellID。SMLC将小区天线中心半径为TA的圆环(对全向天线)或者圆环的部分(对定向天线)范围内区域确定为MS所在区域。

时间提前量通过O?63bit/s来表示,若小区的半径为35km,则定位精度约为550m。通常在小区密集的城市区域,小区的半径很小,可以达到几百米,此时定位的精度就很高了。但这种精度只能表示移动用户和小区中心之间的距离,而不是精确的位置。

2、COO(CellOfOrigin)

起源蜂窝小区定位技术(COO)是最简单的一种定位方式,它根据移动台所处的小区识别号ID来确定用户的位置。移动台在当前小区注册后,在系统的数据库中就会有相对应的小区ID号。只要系统能够把该小区基站设置的中心位置(在当地地图中的位置)和小区的覆盖半径广播给小区范围内的所有移动台,这些移动台就能知道自己处在什么地方,查询数据库即可获取位置信息。起源蜂窝小区技术是基于网络的定位方案,它的优点是无需对网络和手机进行修改,响应时间短。但是,由此导致的缺点是精度较差。

3、AOA(AngleofArrival)

测量信号的到达角度(AngleOfArr技ive,简称AOA)也是一种在蜂窝网中常用的定位技术。这种方法需要在基站采用专门的天线阵列来测量特定信号的来源方向。对于一个基站来讲,AOA测量可以得出特定移动站所在方向,当两个基站同时测量同一移动站所发出的信号时,两个基站各自测量AOA所得的方向直线的焦点就是移动站所在的位置。尽管这种定位方法的原理非常简单,但在实际的应用中存在一些难以克服的缺点。首先,AOA定位要求被测量的移动站与参与测量的所有基站之间,射频信号是视线传输(LOS)的。非视线传输(NLOS)将会给AOA定位带来不可预测的误差。即使是在以LOS传输为主的情况下,射频信号的多径效应依然会干扰AOA的测量。其次,由于天线设备角分辨率的限制,AOA的测量精度是随着基站与移动站之问的距离的增加而不断减小的。

由于测量AOA的定位方法具有上述的特点,所以对于处于城市地区的微小区来讲,引起射频信号反射的障碍物多且其到移动站的距离与小区半径可以相比,这样就会引起比较大的角测量误差。在这种情况下,基于AOA的定位方法没有实际的意义。对于宏小区,因为其基站一般处于比较高的位置,与小区的半径相比,引起射频信号反射的障碍物多位于移动站附近,NLOS传输引起的角测量误差比较小。所以测量信号到达角度的定位方法多用于宏小区,或者与其他定位技术混合使用来提高定位的精度。

4、TOA(TimeofArrival)

TOA定位方式可在现有的任何手机上实现,手机无需作任何改动。要定位的手机发出一已知信号,三个或多于三个LMU同时接收该信号,已知信号是手机执行异步切换时发出的接入突发信号;各LMU得到信号到达时的绝对GPS时间后,可得到相对时间差(RTD);根据前两步的信息,SMLC进行两两比较,计算突发信号到达时间差(TDOA),得出精确位置,并回到应用中。要通过三角计算得出手机精确位置,必须知道另外两个参数:LMU的地理位置和各LMU之间的时间偏移量。例如各LMU必须提供的绝对GPS时间,或在已知位置的地点放置参考LMU可得到实际时间差(RTD)参数。

LMU用接入突发信号确定TOA。当定位请求发出时,LMU被选定,且配置正确的频率,以便接收接入突发信号。此时,手机在业务信道(可能会处于跳频方式)上,以特定功率发送达70个接入脉冲(时长320ms)。各LMU通过多种方式实现和改善TOA的测量结果。利用收到的突发信号可提高测量成功概率和测量精度。采用分集技术(如天线分集和跳频),可降低多径效应的影响,提高测量精度。当某个应用需要知晓手机位置时,该应用向SMLC发出请求,同时告知手机号码和定位精度要求。被测量的TOA参数及其误差值一同被采集并发送到SMLC,根据该数据,SMLC可计算出应用所需要的手机位置,再将位置信息和误差范围发送回应用。

TOA定位方式需要附加硬件(LMU),以达到精确计算突发信号到达时间的目的。实现方式有多种:LMU既可集成在BTS内,也可作为单独设备。LMU作为单独设备时,既可有单独的天线,也可与BTS共享天线,通过空中接口实现网络间通信。

5、TDOA(TimeDifferenceofArrival)

一种基于反向链路的定位方法,通过检测移动台信号到达两个基站的时间差来确定移动台的位置,移动台必定位于以两个基站为焦点的双曲线方程上,确定移动台的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程,也就是说需要至少三个以上的基站接收到移动台信号,而两个双曲线的交点即为移动台的二维位置坐标。

TDOA方法不要求知道信号传播的具体时间,还可以消除或减少在所有接收机上由于信道产生的共同误差,在通常情况下,定位精度高于TOA方法。但由于功率控制造成离服务基站近的移动台发射功率小,使得相邻基站接受到的功率非常小,造成比较大的测量误差,即相邻基站接受到的功率非常小,造成比较大的测量误差,即相邻基站的SNR太小带来的测量误差。目前针对这种情况已有了一些解决办法,如在E-91l呼叫时将移动台发射功率瞬间调到最大,可以提高定位精度,但会对CDMA网络的容量有一定程度的影响。

  • 分享到:

 

猜你喜欢

  • 主 题:ADI助力半导体自动测试设备成长--ATE 产品线介绍
  • 时 间:2020年09月23日
  • 公 司:ADI&Excelpoint世健

  • 主 题:30分钟入门的DC/DC转换器基础
  • 时 间:2020年10月13日
  • 公 司:ROHM

  • 主 题:仪器仪表级毫米波信号链
  • 时 间:2020年10月22日
  • 公 司:ADI