文章编号:100425694(2005)0120011206ΞCDMA蜂窝系统中的TDOAƒAOA混合定位算法倪建军1,胡杰华2,李道本3,范跃祖1(11北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100083;2.海军后勤学院计算机教研室,天津300450;31北京方正连宇通信技术有限公司,北京100044)摘要:CDMA蜂窝系统由于存在“听力”问题而影响了定位效率,TDOAƒAOA混合定位方法可以解决这个问题。提出了一种TDOAƒAOA定位方案,建立了数学模型,并提出2种定位方程的解算方法:Taylor级数展开的LS估计和Kalman滤波。仿真结果表明:TDOAƒAOA混合定位的性能要优于TDOA单一定位;基于Kalman滤波的定位算法性能优于Taylor级数展开的LS估计。关键词:CDMA;TDOAƒAOA;混合定位;Kalman滤波中图分类号:TN529.5文献标识码:AAOA混合定位的研究开始出现4,5,这种定位方案可以有效地解决CDMA系统的“听力”问题。概述0在CDMA蜂窝系统中定位存在一个很大的问题:接收不到信号。对于CDMA蜂窝系统来说,由于存在远近效应问题而必须采用功率控制,因此,当一个移动用户接近其服务基站时就要减小发射功率,这样它就可能接收不到其他基站的信号。当采用测量到达时间或者时间差定位时,这时候就可能导致出现定位基站数量不够,从而不能正常定位的情况,这就是众所周知的CDMA系统的“听力”问题。针对这个问题,人们提出了一些方法:被定位移动用户在一段时间内提高自己的发射功率,使得尽可能多的基站可以接收到它的信号,这种方法的效果在文献1中做过仿真研究;文献2详细讨论了2种基于提高功率的定位方法,而且还讨论了1种基站采用周期空闲的方法来解决接收不到信号的问题。不过这种方法对于干扰受限的CDMA蜂窝系统来说有着极大的负面作用,它直接增大了系统干扰,影响系统的通信性能。随着智能天线技术成熟应用于移动通信系统,系统模型TDOAƒAOA定位问题基于如下CDMAƒFDD系统:1系统内的基站(BS)通过GPS(global1)positioningsystem)严格同步,这样可以保证在前向链路上的TDOA测量精度。2)与现有的3G系统标准相类似,每个移动站(MS)都分配1个专用反向导频信道,用于基站对移动站的初始捕获、序列跟踪、载波同步以及功控测量,服务基站根据移动站的反向连续导频信号对移动站连续地进行功率控制。3)每个BS采用多天线阵列,自适应波束成形,可以使得天线波形随MS的移动而动态变化。现有的3G系统都是根据反向导频信号来实现波束成形的。4)在前向链路上,BS通过前向导频信道向所有MS连续发送时间和相位信息,每个MS向系统报告前向导频信号测量结果,作为切换的辅助信息。Ξ收稿日期:2004204226修订日期:2004208212基金项目:国家自然科学基金“高频谱效率多地址码宽带移动通信关键技术的研究”资助项目(NSF:69931050)作者简介:倪建军(19672),男,河北沧州人,博士研究生,研究方向为蜂窝系统中的资源管理以及无线定位技术。E2定位算法,首先做如下假设:2TDOAƒAOA混合定位方案TDOA和AOA的LOS测量噪声是相互独1)立的高斯随机向量,并且均值、方差已知。2)不失一般性,只测量来自1个基站的AOA数据。3.1定位的数学模型如果用于定位的基站数量多于3个,假设基站数为N(≥3),并且假定AOA测量只有MS到BS1的到达角,则可以得到如下非线性测量方程:TDOAƒAOA混合定位方案的特点2.1是一种采用得比较普遍的定位方法,它TDOA的优点就是克服了TOA方法对定位时间基准要求比较严格的缺点,而且测量方法也比较简单。AOA理论上只需要2个基站就可以实现定位,尤其是在“听力”问题比较严重的场合可以实现定位,但是定位精度比较低。TDOAƒAOA混合定位无疑可以克服“听力”问题的局限,实现高精度定位。TDOAƒAOA可以在不改动现有系统的条件下利用通信信号实现定位。目前的CDMA通信体制可以比较方便地在前向链路测量TDOA参数,这是因为前向链路导频没有功率控制,远近效应的影响很小,可以在移动站连续测量TDOA参数,而AOA参数不能在移动站测量,只能在基站测量,这是因为移动站天线一般采用全向天线,而要提高AOA测量参数使其可用,必须采用复杂的自适应天线阵,这一点只有在基站才能做到。因此,TDOAƒAOA混合Θk1(dk-d1)+nk1(1)y-y1Β=arc+nΒx-x1式(1)中,k=2,3,,N,基站BSk的坐标为(xk,(x-xk)2+(y-yk)2yk),dk=d1=x1)2+(y-y...