TD?SCDMA系統(tǒng)OTDOA?IPDL定位方法

2014-07-19 18:28李文龍鄒德財(cái)焦榮華

現(xiàn)代電子技術(shù) 2014年10期

李文龍　鄒德財(cái)　焦榮華

摘要：對(duì)TD?SCDMA系統(tǒng)中的多基站定位方法進(jìn)行了研究，提出了一種利用TD?SCDMA物理層幀結(jié)構(gòu)中的下行同步序列進(jìn)行定位的OTDOA?IPDL定位方法。該方法針對(duì)OTDOA定位方法中移動(dòng)終端不能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到非服務(wù)基站的信號(hào)，提出基于TD?SCDMA系統(tǒng)的IPDL技術(shù)，保證移動(dòng)終端能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到非服務(wù)基站發(fā)送的下行同步信號(hào)，提高定位精度。在此重點(diǎn)描述了TD?SCDMA系統(tǒng)中的IPDL技術(shù)，并通過(guò)仿真驗(yàn)證所提方法的定位性能，說(shuō)明IPDL技術(shù)在多基站定位中的重要性。

關(guān)鍵詞： TD?SCDMA；多基站定位；下行同步序列； OTDOA?IPDL

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）10?0123?04

Abstract： The multi?BS positioning method for TD?SCDMA systems is studied in this paper. The OTDOA?IPDL （observed time difference of arrival?idle period downlink） poisoning method based on the synchronous downlink （SYNC?DL） sequence in TD?SCDMA physical layer frame structure is proposed， which can effectively help the mobiles detect the signals of non?service base stations （BS）. The IPDL technology introduced into TD?SCDMA systems can improve the positioning performance. IPDL technology of TD?SCDMA system is elaborated emphatically. The positioning performance of OTDOA?IPDL was validated by simulation. The simulation results show the importance of IPDL in multi?BS positioning.

Keywords： TD?SCDMA； multi?BS positioning； synchronous downlink sequence； OTDOA?IPDL

0 引言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)不斷發(fā)展，豐富多彩的移動(dòng)服務(wù)業(yè)務(wù)也應(yīng)運(yùn)而生，其中很多業(yè)務(wù)是與無(wú)線移動(dòng)定位服務(wù)相關(guān)的。在TD?SCDMA系統(tǒng)中主要采用3種定位方法[1?3]：基于小區(qū)ID的定位方法；基于網(wǎng)絡(luò)的OTDOA定位方法；利用GPS模塊定位的方法。在移動(dòng)終端沒(méi)有GPS模塊時(shí)，基于網(wǎng)絡(luò)的OTDOA定位方法能夠提供較高的定位精度。因此，本文對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)的OTDOA定位方法進(jìn)行了研究。

在OTDOA定位方法中，需要選取合適的基站參與定位[4?5]，利用下行同步序列（SYNC?DL）的相關(guān)性進(jìn)行相關(guān)峰值的檢測(cè)，估計(jì)出移動(dòng)終端和基站之間的距離。由于基站和終端之間存在非視距（NLOS）傳輸，需要對(duì)NLOS傳輸進(jìn)行識(shí)別，如果為NLOS傳輸需要利用LOS重構(gòu)算法來(lái)消除NLOS傳輸?shù)挠绊慬6?7]。根據(jù)基站之間的距離建立雙曲線方程組，通過(guò)線性變換后利用經(jīng)典算法Chan，Taylor[8?9]估算出移動(dòng)終端的位置。

由于非服務(wù)基站到達(dá)移動(dòng)終端之間的距離比較遠(yuǎn)，存在多徑傳輸和非視距傳輸，所以非服務(wù)基站的下行同步信號(hào)到達(dá)移動(dòng)終端時(shí)信號(hào)強(qiáng)度比較弱，同時(shí)受到服務(wù)基站發(fā)送的下行同步信號(hào)的干擾，移動(dòng)終端很難檢測(cè)到非服務(wù)基站的下行導(dǎo)頻信號(hào)，本文在OTDOA定位方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，提出IPDL技術(shù)，提高非服務(wù)基站到移動(dòng)終端之間的測(cè)距準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)在NLOS環(huán)境下對(duì)定位性能進(jìn)行仿真，說(shuō)明IPDL技術(shù)在TD?SCDMA多基站定位中的重要性，OTDOA?IPDL定位方法能夠滿足定位精度的需求。

1 基本原理

支持終端定位的OTDOA?IPDL定位方法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，LMU（Location Measurement Unit）為位置測(cè)量單元，通過(guò)LUM能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)到達(dá)時(shí)間（TOA）的估計(jì)，SAS為獨(dú)立服務(wù)移動(dòng)定位中心，通過(guò)Iupc接口和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC（Radio Networks Controller）連接。當(dāng)RNC收到核心網(wǎng)絡(luò)CN（core Network）的定位請(qǐng)求時(shí)，通過(guò)UE，LMU，Node B，SAS等獲得的信息，估算出UE位置，并將估計(jì)結(jié)果報(bào)告給核心網(wǎng)絡(luò)。

OTDOA?IPDL定位方法是利用基站向移動(dòng)終端發(fā)射的下行導(dǎo)頻序列實(shí)現(xiàn)定位的。其基本原理是指在一定的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，服務(wù)基站周期性的關(guān)閉電源停止發(fā)射一段時(shí)間，將這些空閑時(shí)間稱為下行空閑周期（IPDL）。在服務(wù)基站的關(guān)閉電源的這段空閑時(shí)間內(nèi)，目標(biāo)移動(dòng)終端將被指定在導(dǎo)頻信道上測(cè)量相鄰的基站的下行導(dǎo)頻信號(hào)，由此得

到信號(hào)到達(dá)時(shí)間，估算出移動(dòng)終端和鄰近基站之間的距離。在服務(wù)基站空閑周期內(nèi)，服務(wù)基站對(duì)相鄰基站的干擾會(huì)減小，移動(dòng)終端能夠增加檢測(cè)到鄰近基站信號(hào)的機(jī)會(huì)。應(yīng)當(dāng)指出，這里參與定位的各個(gè)基站的下行鏈路空閑周期IPDL是相互獨(dú)立且隨機(jī)產(chǎn)生的，移動(dòng)終端只能檢測(cè)到相鄰非服務(wù)基站的信號(hào)，在其他的周期對(duì)服務(wù)基站信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

TD?SCDMA系統(tǒng)的OTDOA?IPDL定位實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示，主要由測(cè)距，距離校準(zhǔn)和定位算法三部分組成。測(cè)距利用TD?SCDMA幀結(jié)構(gòu)中的特殊時(shí)隙DwPTS的特點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)峰檢測(cè)，估計(jì)出到達(dá)時(shí)間TOA；如果直接利用TOA計(jì)算距離的話，在只存在NLOS路徑時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，從而影響定位結(jié)果，因此在相關(guān)峰檢測(cè)之后要進(jìn)行NLOS識(shí)別和抑制來(lái)進(jìn)行距離校準(zhǔn)，利用Wylie判別算法對(duì)NLOS和LOS路徑進(jìn)行判別，對(duì)NLOS信號(hào)通過(guò)LOS重構(gòu)算法重新得到校準(zhǔn)后的基站和移動(dòng)終端之間的距離；定位算法模塊利用校準(zhǔn)后估計(jì)距離構(gòu)建雙曲線定位數(shù)學(xué)模型，利用Chan和Taylor等經(jīng)典算法進(jìn)行求解。

2 雙曲線數(shù)學(xué)模型

5 結(jié) 論

本文提出的OTDOA?IPDL定位方法結(jié)合TD?SCDMA定位系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對(duì)OTDOA定位方法中對(duì)非服務(wù)基站信號(hào)檢測(cè)不準(zhǔn)確，引入了IPDL技術(shù)，可以是移動(dòng)終端很好的檢測(cè)到非服務(wù)基站的信號(hào)。在多經(jīng)和NLOS環(huán)境下仿真，說(shuō)明在低信噪比的情況下OTDOA?IPDL定位方法能夠得到很好的定位性能，通過(guò)和OTDOA定位方法對(duì)比，驗(yàn)證了IPDL技術(shù)在利用TD?SCDMA下行導(dǎo)頻序列定位方法中的重要性。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝顯中.TD?SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2] ZHAO Y. Standardization of mobile phone positioning for 3G systems [J]. IEEE Communications Magazine. 2002， 40（7）： 108?116.

[3] 胡可剛，王樹(shù)勛，劉立宏.移動(dòng)通信中的無(wú)線定位技術(shù)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（7）：11?14.

[4] 鄧平，余立建.蜂窩定位系統(tǒng)GDOP性能分析[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，40（2）：184?188.

[5] 趙琨，何青益.基于GDOP的三站時(shí)差定位精度分析[J].無(wú)線電工程，2012，42（5）：15?17.

[6] 段凱宇，張力軍.一種在NLOS環(huán)境下提高精度的TDOA定位方法[J].南京郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，25（5）：15?19.

[7] JIANG Hao， XU Jie， LI Zhen. NLOS mitigation method for TDOA measurement [C]// Proceeding of IEEE Sixth International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal. Darmstadt： IEEE ， 2010： 196?199.

[8] WADE H Foy. Position location solutions by taylor series estimation [J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems， 1976， 12（12）： 187?194.

[9] CHAN Y， HO K. A simple and efficient estimator for hyperbolic location [J]. IEEE Transactions on Signal Processing， 1996， 42（8）： 1905?1915.

[10] SUN G， CHEN J， GUO W， et al. Signal processing techniques in network?aided positioning： a survey of state?of?the?art positioning designs [J]. IEEE Signal Processing Magazine， 2005， 22（4）： 12?23.

[11] WYLID M P， HOLTZMAN J. The non?line of sight problem in mobile location estimation [C]// Proceedings of 1996 5th IEEE International Conference on Universal Personal Communications， Cambridge， MA： IEEE， 1996， 2： 827?831.