蓝牙组网辅助GSM邻区信号指纹定位方法

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摘要:为提高GSM全球移动通信系统,GlobalSystemForMobileCommunication网络中移动台定位的精度,将GSM网络覆盖区进行空间量化,并根据实时采集和解析测量报告(MR)信令帧,运用MR帧结构中包含的6个邻区接收电平值作为信号指纹向量信息,建立信号指纹数据库,计算出基站到移动台间的路径损耗和相对距离,从而实现对移动台的定位算法。再通过蓝牙无线组网时所建立的多MR联合判决门限,可以消除由于多径衰落和多普勒频移等时变因素所产生的定位误差,从而实现高精度实时处理的场强定位方法。通过与传统定位方法的比较实验可见,该方法提高了定位的精度和准确性,从而能够满足在异构网络环境下精确服务的需要,也提供了一种具有大规模适应性的GSM网络定位方法,并能够成为网络定位业务的关键技术。

关键词:信号指纹;无线定位;测量报告;辅助定位

中图分类号:TN91;TN929

文献标志码:A

0引言

在移动通信网络中,gsm网络规范约定了移动台(MobileStation,MS)在通话过程中2次/秒每秒向所属基站收发信台(BaseTransceiverStation,BTS)发送2次测量报告(MeasurementReport,MR)信令帧,其中包含有所在基站扇区的Cellid,以及周围6个邻区的接收电平,并根据基站色码/网络色码(BasestationColorCode/NetworkColorCode,BCC/NCC)和广播控制信道(BroadcastControlCHannel,BCCH)值查询公共参数表,从而确定这些邻区接收电平值所对应的基站位置和扇区相角,估算出产生该次MR的移动台所在位置。然而,场强定位方法的精度受到多径衰落和多普勒频移等小尺度衰落的影响,产生波动较大的时变效应。建立多MR联合判决的方式消除定位误差成为场强定位法的主要目标。

关于无线定位的方法主要有场强法、到达时间(TimeOfArrival,TOA)法、到达时间差(TimeDifferenceOfArrival,TDOA)法和到达角度(AngleOfArrival,AOA)法。场强法的主要优点在于不增加系统的额外负担,而通过MR帧的信令解析能够直接得到有效信息,但受到电波传播模型与周围地形的匹配程度以及场强的时变因素双重影响,使定位精度相对较低;TOA定位方法是利用测量移动台与3个基站间的传播时间,计算出移动台到BTS间的距离,确定3个圆的交点即为移动台的位置,同步时间精度和时间测量误差是影响TOA定位精度的关键,应用TOA定位时,要求基站和移动终端之间有非常精确的时钟,这一点技术难度较高,尤其是移动台的差异性也会影响到定位精度;TDOA方法是利用移动台到达3个基站的时间差来计算位置信息,从而消除了时间测量的一致性误差,降低了时间同步的精度要求,该方法也是GPS所采用的基本定位技术,但这种方法同样受到同步时间的量化误差的影响;AOA方法利用2个基站测量信号的入射角度,得到2个方位线的交点就是移动台的位置,该方法需要BTS具有信号入射角度的测量功能,因此目前应用较少[1]。除场强定位方法外,其他方法都需要基站具有相应的功能,并增加系统资源开销,而提高场强定位方法的精度是本文研究的关键问题[2]。