蜂窝网移动定位场强法的研究与应用.doc

 3 蜂窝网移动定位场强法的研究与应用 计征宇 ,皮亦鸣 ,舒金表 (电子科技大学电子工程学院 701 - 4 信箱 ,四川 成都 610054) 摘 要 :从场强的传播模型和定位估计算法出发 ,实现了在蜂窝网络中移动终端的定位 。利用 终端大量的实测数据在 O k umura Hat a 模型的基础上建立了相对精确的传播模型 。然后从减 少场强的非视距影响着手 ,提出了基于场强概率密度函数和最大似然估计法的定位算法 。 关键词 : 场强 ;定位 ;最大似然估计 ;蜂窝网 中图分类号 : P2251 1 文献标识码 : A 文章编号 :100829268 (2005) 0420018205 型是在 O k umura Hat a 模型的基础上根据大量的 实测数据验证得出的 。 其中 ,O k umura Hat a 模型为 : 1 引 言 在移动通信技术迅速发展的今天 ,利用移动通 信网络进行定位有着广阔的应用前景 ,越来越受到 人们的关注 。到目前为止 ,人们已经提出了利用场 强 (或接收功率) ,到达时间差 ( TDOA ) ,信号到达 角度 , C EL L ID 以及增强观测时间差 ( E2O TD) 等 技术 。在上述蜂窝定位技术中 ,除了场强定位技术 外 ,其他的技术或是在基站上增加额外的硬件设备 或移动终端比较复杂 ,总成本相对较高 。而场强定 位技术则可以免费地利用现有蜂窝网络的资源 ,通 过在算法上的改进就可以取得比较好的定位精度 , 投资相对要小得多 ,可以广泛地应用于手机定位 , 物品跟踪和紧急业务等定位精度要求不高的场合 。 下面从蜂窝场强信号的传播特性和定位算法来说 明场强定位技术 。 L ci t y ( dB) = 69 . 55 + 26 . 16lo g ( f ) - 13 . 82lo g ( hb ) - a ( hm ) + [ 44 . 9 - 6 . 55lo g ( hb ) ]lo g ( d) (1) 其中 f 为频率 ( M Hz) , hb 为基站天线有效高 度 , hm 为移动定位终端天线有效高度 , d 为移动定 位终端与基站之间的距离 ( k m) , a ( hm ) 是移动定位 终端天线的有效高度的修正因子 ,其近似值如下 : a ( hm ) = ( 1 . 1lo g ( f ) - 0 . 7) hm - ( 1 . 56lo g ( f ) - 0 . 8) 中小城市 = 3 . 2 [ lo g ( 11 . 75 hm ) ]2 (2) a ( hm ) - 4 . 97 (3) 大城市 ,f ≥400 M H z a ( hm ) = 8 . 29 [ lo g ( 1 . 54 hm ) ]2 大城市 , f ≤200M Hz - 1 . 1 (4) 2 蜂窝无线信号传播的数学模型 利用场强实现定位必须建立蜂窝网络中无线 为了得到郊区和农村或宽阔地区的长区间路 径损耗中值 ,把 Hat a 模型改为 : = L cit y - 2 [ lo g ( f / 28) ]2 - 5 . 4 郊区 = L ci t y - 4 . 78 [ lo g ( f ) ]2 - 18 . 33lo g ( f ) - 40 . 98 农村或开阔地区 信号的传播模型 ,比较好的模型是提高定位精度的 一个关键因素 。到目前为止 ,人们已经根据各种不 同地形环境中的场强实测数据总结出一些场强衰 减的传 播模 型 , 如 O k umura Hat a 模 型 、CO S T - 231 Hat a 模型 、O k umura 模 型 、Egli 模 型 、Walfi sh 和 Ber to ni 模 型 、W IM 模 型 、L ee 模 型 等 。其 中 O k umura Hat a 模型是根据 O k umura 实际数据曲 线图建立的经验公式 , 并被收集在 CC IR 报告中 , 已广泛地应用于实际中 。在本文中建立的场强模 L sub ( 5) L vi l (6) 由于场强的长区间中值与损耗中值存在着一 定的线性关系 , 如果用 S m 表示长区间中值 , 则场 强长区间模型为 : 市区 (7) S m = S bs - L ci t y (8) (9) S m = S bs - L sub 郊区 农村或宽阔地区 同时假定终端收到第 i 个基站的场强损耗为 si , 并建立场强损耗向量 S = ( s1 , s2 , , sn ) 。 S m = S bs - L vi l 其中 S bs 是基站的发射功率 ( dB) 。 根