TD?SCDMA系統(tǒng)OTDOA?IPDL定位方法

李文龍　鄒德財　焦榮華

摘 要： 對TD?SCDMA系統(tǒng)中的多基站定位方法進行了研究，提出了一種利用TD?SCDMA物理層幀結(jié)構(gòu)中的下行同步序列進行定位的OTDOA?IPDL定位方法。該方法針對OTDOA定位方法中移動終端不能夠準確地檢測到非服務(wù)基站的信號，提出基于TD?SCDMA系統(tǒng)的IPDL技術(shù)，保證移動終端能夠準確檢測到非服務(wù)基站發(fā)送的下行同步信號，提高定位精度。在此重點描述了TD?SCDMA系統(tǒng)中的IPDL技術(shù)，并通過仿真驗證所提方法的定位性能，說明IPDL技術(shù)在多基站定位中的重要性。

關(guān)鍵詞： TD?SCDMA； 多基站定位； 下行同步序列； OTDOA?IPDL

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）10?0123?04

Abstract： The multi?BS positioning method for TD?SCDMA systems is studied in this paper. The OTDOA?IPDL （observed time difference of arrival?idle period downlink） poisoning method based on the synchronous downlink （SYNC?DL） sequence in TD?SCDMA physical layer frame structure is proposed， which can effectively help the mobiles detect the signals of non?service base stations （BS）. The IPDL technology introduced into TD?SCDMA systems can improve the positioning performance. IPDL technology of TD?SCDMA system is elaborated emphatically. The positioning performance of OTDOA?IPDL was validated by simulation. The simulation results show the importance of IPDL in multi?BS positioning.

Keywords： TD?SCDMA； multi?BS positioning； synchronous downlink sequence； OTDOA?IPDL

0 引 言

隨著移動通信技術(shù)不斷發(fā)展，豐富多彩的移動服務(wù)業(yè)務(wù)也應(yīng)運而生，其中很多業(yè)務(wù)是與無線移動定位服務(wù)相關(guān)的。在TD?SCDMA系統(tǒng)中主要采用3種定位方法[1?3]：基于小區(qū)ID的定位方法；基于網(wǎng)絡(luò)的OTDOA定位方法；利用GPS模塊定位的方法。在移動終端沒有GPS模塊時，基于網(wǎng)絡(luò)的OTDOA定位方法能夠提供較高的定位精度。因此，本文對基于網(wǎng)絡(luò)的OTDOA定位方法進行了研究。

在OTDOA定位方法中，需要選取合適的基站參與定位[4?5]，利用下行同步序列（SYNC?DL）的相關(guān)性進行相關(guān)峰值的檢測，估計出移動終端和基站之間的距離。由于基站和終端之間存在非視距（NLOS）傳輸，需要對NLOS傳輸進行識別，如果為NLOS傳輸需要利用LOS重構(gòu)算法來消除NLOS傳輸?shù)挠绊慬6?7]。根據(jù)基站之間的距離建立雙曲線方程組，通過線性變換后利用經(jīng)典算法Chan，Taylor[8?9]估算出移動終端的位置。

由于非服務(wù)基站到達移動終端之間的距離比較遠，存在多徑傳輸和非視距傳輸，所以非服務(wù)基站的下行同步信號到達移動終端時信號強度比較弱，同時受到服務(wù)基站發(fā)送的下行同步信號的干擾，移動終端很難檢測到非服務(wù)基站的下行導(dǎo)頻信號，本文在OTDOA定位方法的基礎(chǔ)上進行了擴展，提出IPDL技術(shù)，提高非服務(wù)基站到移動終端之間的測距準確性和可靠性。通過在NLOS環(huán)境下對定位性能進行仿真，說明IPDL技術(shù)在TD?SCDMA多基站定位中的重要性，OTDOA?IPDL定位方法能夠滿足定位精度的需求。

1 基本原理

支持終端定位的OTDOA?IPDL定位方法的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，LMU（Location Measurement Unit）為位置測量單元，通過LUM能夠?qū)崿F(xiàn)對到達時間（TOA）的估計，SAS為獨立服務(wù)移動定位中心，通過Iupc接口和無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC（Radio Networks Controller）連接。當RNC收到核心網(wǎng)絡(luò)CN（core Network）的定位請求時，通過UE，LMU，Node B，SAS等獲得的信息，估算出UE位置，并將估計結(jié)果報告給核心網(wǎng)絡(luò)。

OTDOA?IPDL定位方法是利用基站向移動終端發(fā)射的下行導(dǎo)頻序列實現(xiàn)定位的。其基本原理是指在一定的時長內(nèi)，服務(wù)基站周期性的關(guān)閉電源停止發(fā)射一段時間，將這些空閑時間稱為下行空閑周期（IPDL）。在服務(wù)基站的關(guān)閉電源的這段空閑時間內(nèi)，目標移動終端將被指定在導(dǎo)頻信道上測量相鄰的基站的下行導(dǎo)頻信號，由此得

到信號到達時間，估算出移動終端和鄰近基站之間的距離。在服務(wù)基站空閑周期內(nèi)，服務(wù)基站對相鄰基站的干擾會減小，移動終端能夠增加檢測到鄰近基站信號的機會。應(yīng)當指出，這里參與定位的各個基站的下行鏈路空閑周期IPDL是相互獨立且隨機產(chǎn)生的，移動終端只能檢測到相鄰非服務(wù)基站的信號，在其他的周期對服務(wù)基站信號進行檢測。

TD?SCDMA系統(tǒng)的OTDOA?IPDL定位實現(xiàn)流程如圖2所示，主要由測距，距離校準和定位算法三部分組成。測距利用TD?SCDMA幀結(jié)構(gòu)中的特殊時隙DwPTS的特點，進行相關(guān)峰檢測，估計出到達時間TOA；如果直接利用TOA計算距離的話，在只存在NLOS路徑時會產(chǎn)生很大的誤差，從而影響定位結(jié)果，因此在相關(guān)峰檢測之后要進行NLOS識別和抑制來進行距離校準，利用Wylie判別算法對NLOS和LOS路徑進行判別，對NLOS信號通過LOS重構(gòu)算法重新得到校準后的基站和移動終端之間的距離；定位算法模塊利用校準后估計距離構(gòu)建雙曲線定位數(shù)學(xué)模型，利用Chan和Taylor等經(jīng)典算法進行求解。

2 雙曲線數(shù)學(xué)模型

5 結(jié) 論

本文提出的OTDOA?IPDL定位方法結(jié)合TD?SCDMA定位系統(tǒng)的特點，針對OTDOA定位方法中對非服務(wù)基站信號檢測不準確，引入了IPDL技術(shù)，可以是移動終端很好的檢測到非服務(wù)基站的信號。在多經(jīng)和NLOS環(huán)境下仿真，說明在低信噪比的情況下OTDOA?IPDL定位方法能夠得到很好的定位性能，通過和OTDOA定位方法對比，驗證了IPDL技術(shù)在利用TD?SCDMA下行導(dǎo)頻序列定位方法中的重要性。

參考文獻

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2 雙曲線數(shù)學(xué)模型

5 結(jié) 論

本文提出的OTDOA?IPDL定位方法結(jié)合TD?SCDMA定位系統(tǒng)的特點，針對OTDOA定位方法中對非服務(wù)基站信號檢測不準確，引入了IPDL技術(shù)，可以是移動終端很好的檢測到非服務(wù)基站的信號。在多經(jīng)和NLOS環(huán)境下仿真，說明在低信噪比的情況下OTDOA?IPDL定位方法能夠得到很好的定位性能，通過和OTDOA定位方法對比，驗證了IPDL技術(shù)在利用TD?SCDMA下行導(dǎo)頻序列定位方法中的重要性。

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2 雙曲線數(shù)學(xué)模型

5 結(jié) 論

本文提出的OTDOA?IPDL定位方法結(jié)合TD?SCDMA定位系統(tǒng)的特點，針對OTDOA定位方法中對非服務(wù)基站信號檢測不準確，引入了IPDL技術(shù)，可以是移動終端很好的檢測到非服務(wù)基站的信號。在多經(jīng)和NLOS環(huán)境下仿真，說明在低信噪比的情況下OTDOA?IPDL定位方法能夠得到很好的定位性能，通過和OTDOA定位方法對比，驗證了IPDL技術(shù)在利用TD?SCDMA下行導(dǎo)頻序列定位方法中的重要性。

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