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基于TDOA和AOA的无线通信系统移动台定位技术研究

作　者: 荆巍
导　师: 龚耀寰
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: WCDMA系统移动台定位信号到达时间差信号到达角度
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 495次
引　用: 8次
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内容摘要

近年来，随着移动通信事业的迅猛发展，移动通信已经走进3G时代，第三代移动通信系统将带给人们更高的话音质量、更丰富的多媒体业务以及各种各样的增值服务。这样就带来了需要对移动台进行有效定位的要求，因此移动台定位技术的研究也逐渐成为热点。无线通信系统中的定位技术方法很多，涉及面很广。本文主要探讨了在WCDMA系统中应用的基于TDOA和AOA方法的移动台定位技术。首先，对移动通信系统的定位技术作了一个分析和总结，目前在WCDMA系统中利用TDOA进行定位的方法具有最广阔的应用前景。同时，作者考虑到在第三代移动通信系统中，智能天线技术将得到实现，利用智能天线可以实现更精确的定位。因此，提出了两套可行的定位方案—OTDOA-IPDL定位方案和TDOA-AOA定位方案。分别对两种方案中的各种算法进行讨论和分析，并进行仿真比较，选出较优的算法。为了更好地抑制WCDMA系统中的多址干扰和远近效应，引入并讨论了判决算法，使定位性能得到改善。在AOA估计方面，对各种AOA估计算法进行比较，并提出了基于码滤波的时空联合估计的方法。对求解TDOA定位方程的Chan方法进行推广得到求解TDOA-AOA定位方程的方法。文中对所有的算法都进行了仿真分析，并得出有效性结论。本文设计了一个基于MATLAB的移动台定位仿真系统，其中，将信道模型部分作为重点和核心，做了比较细致和深入的仿真研究，并在该仿真系统上对定位方案进行评估，仿真结果证明本文讨论的定位方案有效，并且使用智能天线进行辅助定位的TDOA-AOA方法使定位性能取得了进一步改善，提高了定位成功概率和定位精度。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
第一章绪论  9-18
  1.1 无线通信系统移动台定位技术的历史和发展概况  9-11
  1.2 移动台定位技术  11-15
    1.2.1 移动台定位系统  12-13
    1.2.2 基本定位技术  13-15
  1.3 移动台定位技术要研究的主要问题及研究现状  15-16
  1.4 本文的主要研究内容  16-18
第二章 WCDMA系统中基于TDOA和AOA的移动台定位方案  18-30
  2.1 在WCDMA系统中实现定位技术的优势  18
  2.2 WCDMA系统的定位体系结构及定位流程  18-23
    2.2.1 WCDMA系统中的定位体系结构  18-21
    2.2.2 定位操作流程  21-23
  2.3 WCDMA系统中可选用的定位方法及比较  23-24
  2.4 本文采用的定位方案及方法  24-25
  2.5 WCDMA系统中移动台定位方案中的关键技术  25-30
    2.5.1 OTDOA定位技术  25-26
    2.5.2 IPDL技术  26-27
    2.5.3 智能天线及AOA技术  27-30
第三章 OTDOA-IPDL定位方法中的算法分析  30-45
  3.1 OTDOA-IPDL定位方程求解算法  30-39
    3.1.1 OTDOA双曲线定位方程  30-31
    3.1.2 求解方程的算法  31-35
      3.1.2.1 Taylor级数展开法  31-32
      3.1.2.2 Fang方法  32-33
      3.1.2.3 Chan方法  33-35
    3.1.3 算法分析比较  35-36
    3.1.4 定位精度性能指标  36-37
      3.1.4.1 均方误差(MSE)与Cramer-Rao下界(CRLB)  36
      3.1.4.2 圆误差概率(CEP)  36-37
      3.1.4.3 误差的累积概率分布函数(CDF)图  37
      3.1.4.4 定位成功概率  37
    3.1.5 定位算法的仿真评估  37-39
  3.2 OTDOA-IPDL定位方法中对多址干扰抑制的算法  39-45
    3.2.1 利用判决抑制OTDOA-IPDL定位方法中的多址干扰的算法原理  40-43
    3.2.2 判决算法的仿真分析  43-45
第四章 TDOA-AOA定位方法中的算法分析  45-58
  4.1 AOA估计算法研究  45-54
    4.1.1 天线阵列的信号模型  45-46
    4.1.2 AOA估计算法  46-52
      4.1.2.1 MUSIC算法  47-48
      4.1.2.2 修正的协方差矩阵的方法(ECMT)  48-50
      4.1.2.3 基于时空合联合的AOA估计  50-52
    4.1.3 算法的仿真评估  52-54
  4.2 基于Chan氏算法的求解TDOA-AOA定位方程的算法  54-58
    4.2.1 算法原理  54-55
    4.2.2 算法的仿真评估  55-58
第五章移动台定位仿真系统  58-68
  5.1 移动台定位仿真系统总体框架  58-68
    5.1.1 信号发射模块  59-61
    5.1.2 定位信道模块  61-66
      5.1.2.1 时延扩展  61-62
      5.1.2.2 路径损耗  62
      5.1.2.3 阴影衰落  62-63
      5.1.2.4 小尺度衰落  63-66
      5.1.2.5 AOA  66
    5.1.3 信号测量模块  66-67
    5.1.4 位置估计模块  67-68
第六章移动台定位仿真与评估  68-79
  6.1 仿真环境  68-69
    6.1.1 网络布局  68
    6.1.2 仿真参数  68
    6.1.3 仿真工具  68-69
  6.2 仿真结果与分析  69-79
    6.2.1 各种信道环境下的定位仿真和分析  69
    6.2.2 信噪比(SNR)对定位结果的影响  69-72
    6.2.3 采样率对定位结果的影响  72-74
    6.2.4 散射体分布半径对定位结果的影响  74-75
    6.2.5 参与定位的基站数目对定位结果的影响  75-77
    6.2.6 IPDL模式与非IPDL模式的比较  77-78
    6.2.7 结论  78-79
第七章总结与展望  79-81
  7.1 本文研究工作总结  79-80
  7.2 进一步研究的方向和内容  80-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
个人简历、在学期间研究成果及发表的学术论文  86

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