[发明专利]一种基于二维TOA定位算法的伙伴节点分步部署方法

说明书

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种基于二维TOA定位系统的伙伴节点分步部署方法。该方法以几何精度稀释因子最小化为目标，步骤为：利用既有基站和移动台的位置关系，计算正弦方位因子和余弦方位因子，得到二维TOA系统的正向方位角、反向方位角、部署因子、惯性依赖因子；依据余弦方位因子的属性确定首增伙伴节点的布设方位；依据惯性依赖因子的属性确定非首增伙伴节点的布设方位。本发明在提升定位系统精度的前提下，实现了伙伴节点的快速布设，相比于穷举算法，减小了计算量。

技术领域

本发明属于移动无线通信技术领域，涉及一种伙伴节点部署方法。

背景技术

第三代、第四代蜂窝通信技术在数据速率、频谱使用、网络覆盖等方面的改进与发展，使人们可以享受越来越丰富的极具吸引力的数据服务。蜂窝定位服务便是其中之一。现有蜂窝定位服务大多以时间到达测量TOA(Time Of Arrival)定位算法为基础，其原理可以描述为：系统通过测量移动台与多个基站之间电波信号的传输时间，并将其与光速相乘，获取移动台与多个基站的之间的伪距信息，然后求解利用伪距信息建立的方程组，计算出移动台的坐标位置。

业界通常采用几何精度稀释因子反映移动台的定位精度，进而评价蜂窝定位服务的优劣。几何精度稀释因子GDOP(Geometric Dilution Of Precision)描述的是移动台与基站之间的几何分布关系，GDOP的值越小，移动台和基站的几何分布越合理，定位精度越高，位置信息服务更理想。相关研究已证明，增加参与定位运算的基站数量可以有效地降低GDOP，但同时会引起两个问题：

问题1：在基站覆盖密度较低区域，布设新增基站能够有效降低GDOP的数值，但同时会增加系统成本。尤其对于地理条件恶劣的环境，基站的布设难度较大。

问题2：当过多的基站参与定位运算时，会引起较大的计算量，使得位置信息服务的实时性能受到影响。

因此，目前业界研究的热点主要集中在对于基站覆盖较高的区域，如何从众多既有基站中选取一定数目的基站，使得GDOP达到可接受的水平。由于基站的布设过程较为复杂，且一旦布设便难于更改位置，使得所选基站与移动台之间的几何分布关系并非理论最优解，因此相关研究得到的结论具有一定的局限性。

近年来，近距离无线通信技术在教育、医疗、监控、物流等领域得到广泛应用，越来越密集的近距离无线通信节点(如超宽带节点、802.11节点、射频识别节点、蓝牙节点等)已经布设于室内环境中。得益于数字集成电路的小型化设计，手机制造厂商也逐步将将室内近距离无线通信模块(如超宽带模块、802.11模块、射频识别模块、蓝牙模块等)封装并集成于移动台内部。当移动台进入到室内环境中，移动台不仅可以通过蜂窝网络获得位置信息服务，还能够通过内部的近距离无线通信模块获得与无线通信节点之间的高精度测距信息。因此，充分利用近距离无线通信节点的测距信息辅助蜂窝网络提高位置信息服务的性能已经成为可能。业界将这种辅助定位方式称为协作定位，将参与定位运算的近距离无线通信节点称为伙伴节点。

协作定位的优势主要体现在两方面：

(1)无需新增基站，降低了系统的成本和复杂度；

(2)相比于基站，伙伴节点的移动和布设更为便捷，在移动台处于静止或低速运动的环境中，可以灵活设置伙伴节点的布设方式或位置，最大程度地提高移动台的定位精度。

因此，合理部署伙伴节点并充分利用其测距信息对于提高移动台定位精度具有极其重要的意义，但相关研究尚处于起步阶段。

发明内容

本发明需解决的问题是提供一种适用于二维环境的TOA协作定位的伙伴节点部署方法。基于该方法，协作定位系统能够快速、准确地获取多个伙伴节点的最优布设方式及布设位置，并有效降低移动台的GDOP值，最大程度提升移动台的定位精度。该方法适用于所有协作定位中的伙伴节点的最优部署问题，适用于卫星定位中的最优定位星座选取问题，适用于船舶定位中的最优岸台设置问题。