課程主要內(nèi)容（一）第一章緒論第二章現(xiàn)有空間定位方法分析比較第三章LBS簡介第四章射線跟蹤定位計算基礎(chǔ)第五章射線跟蹤定位理論與方法第六章Voronoi-圖特點及其在空間定位中的應(yīng)用第七章射線跟蹤定位計算第八章4G定位系統(tǒng)第九章RFID(RadioFrequencyIdentification)系統(tǒng)第十章定位標準簡介1主要內(nèi)容1.1移動終端定位技術(shù)概述1.2蜂窩定位的概念和用途1.3蜂窩定位的基本技術(shù)和基本實現(xiàn)方式蜂窩定位的基本技術(shù)蜂窩定位的基本實現(xiàn)方式1.4蜂窩定位國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其技術(shù)難點蜂窩定位國內(nèi)外研究現(xiàn)狀蜂窩定位的主要技術(shù)難點21.3.2蜂窩定位的基本實現(xiàn)方式按照定位計算的主體是在移動終端還是在蜂窩通信基站，蜂窩定位的基本實現(xiàn)方式可以分為以下三種：31)自定位（Self-Positioning）因為研究蜂窩定位的目的是要確定移動終端的位置。所謂自定位，就是由移動終端完成對自身位置的計算和確定。移動終端接收處理來自多個基站的信號并估算自身的位置，然后將估算結(jié)果報告給基站，基站有可能根據(jù)更多的背景資料和數(shù)據(jù)（如電子地圖和移動用戶個性化資料）對移動終端報告的位置作進一步確定和修正，獲得更為精確的位置信息。

42)遙測定位（RemotePositioning）遙測定位由專門的定位處理中心將多個基站測量到的移動終端信號進行綜合處理，估算移動終端的位置，移動終端并不計算和知道自身位置。

53)非直接定位（IndirectionPositioning）

非直接定位則是自定位和遙測定位兩種方式的綜合，在此方式中移動終端只測量定位信號，但不計算位置，而是把與位置計算有關(guān)的數(shù)據(jù)經(jīng)過通信鏈路傳輸至專用的位置計算中心，由位置計算中心完成對定位的估算。

6比較因基站發(fā)射信號的強度高于移動終端，移動終端更容易接收多個基站的信號，而多個基站同時能接收到移動終端發(fā)射的信號的可能性比較低,自定位的可靠性高于遙測定位。

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遙測定位無須改變移動終端的結(jié)構(gòu)，任何系統(tǒng)都適用，處于正使用狀態(tài)的移動終端可以獲得基于位置的服務(wù)。但遙測定位要建立在可靠的傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)上，才能將基站測量到的傳輸?shù)蕉ㄎ惶幚碇行?。非直接定位是期望同時發(fā)揮自定位和遙測定位兩種方式的優(yōu)點而提出的。3G和4G中通常采用非直接定位。8小結(jié)每一種基本定位方法和實現(xiàn)方式都有兩個必不可少的過程：參數(shù)測量和定位方程求解。其定位精度有高有低，定位方法有難有易。但是目前絕大多數(shù)正在使用的通信系統(tǒng)，當初設(shè)計時并沒有考慮定位的需求。受系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和傳輸特性的制約，以上幾種定位方法都受到一些共同因素如多徑傳播、NLOS和多址干擾等的影響，成為蜂窩無線定位技術(shù)的主要技術(shù)障礙和需要解決的主要技術(shù)難題，這些是目前蜂窩定位技術(shù)的關(guān)鍵和熱點問題。91.4蜂窩定位國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其技術(shù)難點1.4.1蜂窩定位國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自美國FCC1996年頒布E-911定位要求以來，受LBS的政府強制要求、社會需求和巨大的市場發(fā)展?jié)摿Φ挠绊懀瑸閷崿F(xiàn)LBS，占領(lǐng)市場制高點，研究蜂窩定位的人越來越多，成立了一些專門的LBS組織和聯(lián)盟.因此，國外掀起了移動終端定位研究的熱潮，移動終端定位技術(shù)得到了高度重視和系統(tǒng)深入研究。

10主要表現(xiàn)論文顯著增多發(fā)明專利大增專門從事定位技術(shù)研究與開發(fā)的公司（如Cellocate，Trueposition等）迅速增加11主要研究內(nèi)容

在科研院所主要是進行定位理論、方法和技術(shù)的研究，包括定位算法、有關(guān)定位信號的檢測技術(shù)，抗多徑傳播、非視距傳播和多址干擾技術(shù)，數(shù)據(jù)融合技術(shù)等等。在各大跨國公司主要是從事定位技術(shù)的可用性、可行性、實施方法和定位系統(tǒng)性能評估的研究。12蜂窩系統(tǒng)移動終端定位技術(shù)具有代表性的文獻（1）

JamesJ.Caffery在定位技術(shù)專著“WirelessLocationinCDMACellularRadioNetworks”及其博士論文中主要對CDMA網(wǎng)絡(luò)采用DLL的TOA檢測技術(shù)的研究，抗多徑傳播、非視距傳播和多址干擾技術(shù)的研究，NLOS環(huán)境下高精度定位算法的研究。

13蜂窩系統(tǒng)移動終端定位技術(shù)具有代表性的文獻（2）Pi-ChunChen在博士論文“MobilePositionLocationEstimationinCellularSystems”中側(cè)重CDMA網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)頻信號TDOA測量技術(shù)、移動終端定位跟蹤技術(shù)、非視距傳播誤差消除技術(shù)等方面的研究。

14蜂窩系統(tǒng)移動終端定位技術(shù)具有代表性的文獻（3）M.P.WylieandJ.Holtzman提出了一種在TDOA判斷和抑制NLOS誤差的經(jīng)典方法，目前很多NLOS誤差抑制的研究都是基于該方法的進一步深入。

15蜂窩系統(tǒng)移動終端定位技術(shù)具有代表性的文獻（4）S.Manggold將基于隱馬爾可夫模型(HMM)的模式識別技術(shù)應(yīng)用于蜂窩系統(tǒng)移動終端的定位估計。XueminShen將模糊邏輯技術(shù)應(yīng)用于移動終端定位估計。M.McGuire提出了一種估計函數(shù)，用于改善NLOS環(huán)境下對移動終端定位估計，還提出了一種基于時間差測量觀測到的測量值的非參數(shù)近似的定位估計算法。16蜂窩系統(tǒng)移動終端定位技術(shù)具有代表性的文獻（5）ThomasKleine-Ostmann把數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用范圍進行擴充，提出了一種適用于移動終端定位估計的數(shù)據(jù)融合模型，拓寬了移動定位技術(shù)的研究范疇。Dong-HoShin對TOA和TDOA誤差統(tǒng)計特性，GPS中的GDOP、定位估計和協(xié)方差矩陣的關(guān)系進行了研究，還對無線定位的誤差統(tǒng)計特性進行了分析。17Cellocate，Trueposition等專門從事定位技術(shù)研究與開發(fā)的公司和各大有關(guān)的跨國公司如Motorola、Nokia、Errison和Samsong等對基于GSM、IS-95和正在發(fā)展的3G移動通信系統(tǒng)中的WCDMAH和CDMA2000移動終端定位技術(shù)的具體定位功能和實施方案進行研究。18這些公司在3GPP和3GPP2中提出了不少提案，有關(guān)于最新GSM系統(tǒng)的，也有關(guān)于WCDMA的。許多提案描述了3G中LBS的功能需求和LBS的體系結(jié)構(gòu)。有些廠家開發(fā)的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的定位設(shè)備已經(jīng)投入使用。中國電信和中國聯(lián)通在GSM中對移動終端提供了一些最基本的基于位置的服務(wù)功能，移動夢網(wǎng)是一個應(yīng)用實例。19盡管國內(nèi)對車輛定位與導(dǎo)航、智能交通ITS（IntelligentTransportationSystems）等的研究已有多年，但基本的定位技術(shù)研究是基于GPS的。對利用陸基蜂窩系統(tǒng)定位的研究還在起步階段。目前能夠查閱到的與蜂窩定位直接有關(guān)的專著只有兩本(包括我的這本)。20文獻發(fā)表的數(shù)量來看，有關(guān)蜂窩系統(tǒng)移動終端定位的文獻逐年增多，而且質(zhì)量越來越高，但研究涉及的范圍、廣度和深度仍然有限。就發(fā)明專利而言，目前只有為數(shù)不多的與蜂窩定位的專利有關(guān)的歸中國人擁有。211.4.2蜂窩定位的主要技術(shù)難點盡管無線定位技術(shù)歷史悠久，各種基本的技術(shù)很早就在軍事、測量等領(lǐng)域研究應(yīng)用，特別隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，近幾十年在車輛定位與導(dǎo)航、智能交通系統(tǒng)中得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。但由于蜂窩通信系統(tǒng)不是面向定位的系統(tǒng)。22因此在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中實施移動終端定位技術(shù)有其特殊性，有許多技術(shù)難點需要突破，其中最為關(guān)鍵的是非視距（Nonlineofsight,NLOS）傳播、多徑傳播（MultipathPropagation）、Hearability、多址干擾(MultpleAccessInterference)和幾何淡化因子(GeometricDilutionofPrecision,GDOP）對定位精度的影響。231)非視距（Nonlineofsight,NLOS）傳播（1）

各種基本蜂窩系統(tǒng)移動終端定位方法，除Cell-ID以外，其它方法，包括測距定位法和測向定位法，都是建立在基于視距傳播的假設(shè)的基礎(chǔ)上。視距傳播是準確測量定位參數(shù)的必要條件。GPS定位系統(tǒng)在曠野地區(qū)定位精度高的主要原因是滿足LOS傳播的條件。因受到信號衰落和陰影效應(yīng)的影響，接收臺接收到的信號，可能不包含視距傳播（直射）信號和視距傳播信號微弱。241)非視距（Nonlineofsight,NLOS）傳播（2）以視距傳播信號的有無和所占的地位為標準，移動終端與基站間的無線信號傳播可以分成三種情況：直射信號占支配地位（DominantDirectPath,DDP）、直射信號不占支配地位（NondominantDirectPath,NDDP）和接收不到直射信號（UndetectedDirectPath,UDP）。在DDP的情況下，定位精度最高，在UDP的情況下定位估計的精度就低。

251)非視距（Nonlineofsight,NLOS）傳播（3）在蜂窩網(wǎng)路覆蓋區(qū)內(nèi)，特別是在城市、城市近郊這些移動用戶多，移動通信量大，而對定位精度要求高的地區(qū)，移動終端和基站之間存在LOS傳播的情況是非常少的。因此如何識別和利用這三種情況，提高在NDDP和UDP情況下的定位估算精度，是蜂窩定位研究的主要關(guān)鍵問題。262)多徑傳播(MultipathPropagation)多徑傳播是引起各種有關(guān)定位參數(shù)產(chǎn)生測量誤差從而使移動終端定位不準確的基本原因。對基于時間的定位法（如TDOA、AOA）來說，即使在移動終端和基站之間電波存在LOS傳播，多徑傳播也會引起時間測量誤差，影響定位準確度和精確度。因為傳統(tǒng)的時延估計的定位方法基于互相關(guān)技術(shù)，當多徑時延相差較小時，多徑使相關(guān)峰展寬，從而使定位誤差加大。27在NDDP和UDP的情況下互相關(guān)函數(shù)三維主峰有可能丟失和小于旁峰，估計器崩潰，無法得到正確的估計值。多徑對CDMA系統(tǒng)的移動終端定位的影響相對小一些，因為CDMA系統(tǒng)帶寬寬，自相關(guān)特性好，相對容易區(qū)分多徑。目前已經(jīng)出現(xiàn)了一些抑制多徑傳播的影響定位的方法，但仍然沒有從理論上解決這一問題。283)多址干擾(MultipleAccessInterference)所有蜂窩通信系統(tǒng)都存在多址干擾，CDMA通信系統(tǒng)表現(xiàn)得更為嚴重。基于時間和信號到達角的定位方法都需要多基站同時參與定位，因此多址干擾對定位的影響比對通信的影響更為明顯。多址干擾嚴重影響TOA和TDOA的粗捕獲，也嚴重影響延時鎖相環(huán)的時間測量。29在CDMA系統(tǒng)中還通常采用功率控制的技術(shù)來克服遠近效應(yīng)問題。而功率控制只對服務(wù)基站作用，對參與定位的其它非服務(wù)基站不起作用，移動終端的信號仍然會收到嚴重的多址干擾，影響接收機測量TOA或TDOA參數(shù)。另外，功率控制的采用，會降低移動終端的Hearability，激化通信與定位的矛盾。304)Hearability（1）

蜂窩定位的四種基本技術(shù)中除了混合定位技術(shù)以外，其它基本定位方法都必須有多個基站或移動終端參與，參與的方式是移動終端同時能接收到多個基站的信號或者多個基站同時能收到某一個移動終端的信號。Hearability指的就是這個問題。

314)Hearability（2）影響Hearability的原因有兩種，一種是發(fā)射信號過弱或移動終端與基站間的距離太遠，以致信號強度小于接收機的接收靈敏度。這有以下兩種可能：a)移動終端的發(fā)射功率通常較小，至多只能使一兩個基站接收到它的信號；b)基站分布不均勻，移動終端離除本小區(qū)服務(wù)基站以外的其它基站很遠，它只能收到服務(wù)基站的信號。

324)Hearability（3）另一種原因是移動終端離本小區(qū)基站太近，它的射頻前端被強信號阻塞，無法接收其它基站的信號。圖1-4給出了GraysonWirelessCellScopeTM在美國3個選定地區(qū)的測試結(jié)果，顯示了Hearability的嚴重性。Hearability揭示了通信與定位的矛盾。334)Hearability（4）圖1-4移動終端接收N個基站信號電平同時超過－85dBm的概率344)Hearability（4）蜂窩定位時要求有多個基站同時接收到一個移動終端的信號，而通信時有一個基站與移動終端間保證正常的電平信號就滿足要求了。如果這個矛盾沒有很好地解決，對通信和定位都有影響，降低系統(tǒng)的總體性能。所以Hearabil