[发明专利]一种基于移动台合作的蜂窝网络无线定位方法

说明书

技术领域

本发明属于蜂窝网络无线定位技术领域，特别涉及一种利用无线通信设施进行无线定位的方法。

背景技术

无线定位技术在搜索救援、智能交通、物流管理、地质勘探和国土开发、航海/航空导航等诸多领域都有广泛应用。如今在社会经济活动和日常生活的各个领域，具有空间位置特性的地理信息发挥着越来越大的作用，高精度的无线定位技术也越来越受到广泛关注。

在众多无线定位系统中，最著名的是把无线电发射源设置在各种轨道卫星上的定位系统，例如美国的全球定位系统(GPS)、欧洲的伽利略(Galileo)系统、俄罗斯的GLONASS系统以及我国的“北斗”定位系统等，凭借着广域覆盖的巨大优势，将无线电定位技术发展到一个新的高度。尽管卫星定位技术已经在国民经济各个方面得到广泛应用，但是在应用领域由于受到各种接收误差的影响，需要通过其它辅助手段(例如建立差分基准站)才能达到所需的定位精度要求；同时在接收信号受到物理遮挡的情况下无法完成导航任务。因此，利用现有和即将建设的庞大的民用无线网络设施进行无线定位，不仅可以弥补卫星定位系统的不足，而且可以作为无线通信高附加值的服务。尤其是在美国联邦通信委员会颁布了E911(Emergency call 911)定位要求后，加上巨大市场利润的驱动，国内外出现了研究移动通信系统终端定位技术的热潮。典型的蜂窝无线网络定位信号测量方法有基于信号强度(RSS)、基于信号到达时间(TOA)、基于信号到达时间差(TDOA)、基于信号达到角度(AOA)的方法以及它们的混合方法。

现有的蜂窝定位系统大多要求多基站测量才能定位一个移动台，例如基于TOA或TDOA的二维平面定位都至少需要三个基站参与。然而由于蜂窝网络的主要目的是用来实现通信服务，并不是为定位服务专门设计的系统，所以蜂窝网络的一个主要设计原则就是让移动台和提供服务的主基站之间的信噪比尽可能的高，而其他基站和该移动台之间的信噪比尽可能地低，从而减轻蜂窝间干扰。这样一来，当使用上行链路作为定位信号时，邻近基站接收到的由目标移动台发出的定位信号的强度通常比该基站所在小区用户发出的信号强度低得多，也即邻近基站不仅无法收到足够强度的移动台信号进行参数估计，而且该基站所在小区用户信号成为强干扰；当使用下行链路作为定位信号时，目标移动台接收到的由邻近基站发送的定位信号同样比本小区基站下行链路信号强度低很多，本小区基站信号也将成为强干扰。这种情况直接导致的后果是定位设备无法收集到足够数量的参考基站信号进行定位，这也就是无线定位中的所谓侦听受限(hearability-restricted)问题。这一问题在基站密度低的环境或为解决远近效应而采用功率控制技术的系统中最容易出现。另外，增加参与定位的基站数量也会引起其它问题，如网络超负荷、同步困难、计算复杂度高等。

非视距(NLOS)误差是蜂窝网无线定位的另一个挑战。由于不是所有基站都有直射路径到达移动台，所以发射机和接收机之间的直线路径一旦被障碍物阻挡，发射信号要经过反射、折射、散射等才能达到接收机。如果按照传统的定位方法，根据接收到的NLOS信号对移动台进行定位，会产生很大的定位误差。根据Nokia公司的现场测量结果，在GSM网络环境中平均NLOS误差达到500-700米，KoreaTelecom公司在IS-95 CDMA网络中的测量结果也表明平均NLOS误差达到589米，都远远大于测量误差。在NLOS环境中，为提高定位精度，已提出不少方法来减轻或消除NLOS误差影响。其中最简单的方法是识别并丢弃NLOS测量结果，仅用挑选出的LOS测量值进行定位。但这种方法仅仅适用于有大量LOS路径的情形，当LOS测量值不足或根本没有LOS路径时这种方法就不再适用。因此，许多用来抑制NLOS误差影响的方法被提出，主要可以分为以下几类：