近年來，作為移動(dòng)增值業(yè)務(wù)的一個(gè)亮點(diǎn)，定位業(yè)務(wù)(Location Service)受到業(yè)界的普遍關(guān)注。隨著政府的政策法規(guī)要求和市場(chǎng)本身的驅(qū)動(dòng)，移動(dòng)定位技術(shù)發(fā)展迅速。
　　目前，3GPP規(guī)范中采用的定位方法有三種" title="三種">三種^[3]：基于CELL ID的定位方法、OTDOA定位方法和A-GPS定位方法。基于CELL ID方法精度太低，不能滿足大多數(shù)定位業(yè)務(wù)的需求，A-GPS技術(shù)擁有優(yōu)異的定位性能，但是高昂的終端價(jià)格及在遮擋嚴(yán)重區(qū)域難以完成衛(wèi)星定位阻礙了其應(yīng)用^[1][2]，而OTDOA定位方法定位精度" title="定位精度">定位精度較高，能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,且手機(jī)只做軟件上的修改，因此將來對(duì)OTDOA定位功能的支持會(huì)逐漸增多。
　　為解決OTDOA定位中的聽力(Hearability)問題，提出了IPDL^[4] (空閑周期下行鏈路)方法。OTDOA-IPDL可有效減小CDMA 網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)近效應(yīng)和多址干擾的影響,提高UE 對(duì)鄰近基站的監(jiān)聽能力。但OTDOA-IPDL算法存在下行鏈路容量的損失、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高等問題。針對(duì)這些問題，基于OTDOA又提出了一些新的改進(jìn)算法，如TA－IPDL和CVB^[5]算法等。
　　本文對(duì)OTDOA及其增強(qiáng)算法OTDOA-IPDL、CVB給出了比較分析和仿真。
1 定位方法
1．1 OTDOA
　　OTDOA定位方法的基本原理如圖1所示^[3]。UE測(cè)量不同基站的下行導(dǎo)頻" title="導(dǎo)頻">導(dǎo)頻信號(hào)，得到不同基站下行導(dǎo)頻的到達(dá)時(shí)間差" title="到達(dá)時(shí)間差">到達(dá)時(shí)間差，根據(jù)該測(cè)量結(jié)果并結(jié)合基站的坐標(biāo)，采用合適的位置計(jì)算算法，即可估算出UE的位置。

　　圖1中假定以基站a為參考，根據(jù)UE提供的導(dǎo)頻相位測(cè)量結(jié)果，能夠得到基站b相對(duì)于基站a的下行導(dǎo)頻信號(hào)接收時(shí)間差，記為TDOAab，乘以光速即可得到基站a與基站b到UE的傳播距離差，從而得到以基站a和基站b為基準(zhǔn)的雙曲面。同樣，根據(jù)TDOAac可以得到以基站a和基站c為基準(zhǔn)的另一雙曲面。兩個(gè)雙曲面的交界就是UE的位置。實(shí)際的位置估計(jì)算法需要考慮多基站(3個(gè)或3個(gè)以上)定位的情況，因此算法要復(fù)雜很多。一般而言，UE測(cè)量的基站數(shù)目越多，測(cè)量精度越高，定位性能改善越明顯。
1.2 OTDOA-IPDL
　　OTDOA方法存在聽力(Hearability)問題。當(dāng)UE非常接近服務(wù)基站時(shí)，由于該發(fā)射機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他發(fā)射機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度，目標(biāo)UE無法對(duì)其他發(fā)射機(jī)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)OTDOA定位方法將會(huì)失效。為解決這一問題，Ericsson提出IPDL方法。其原理是在一個(gè)很短的時(shí)間間隔內(nèi)關(guān)閉服務(wù)基站的所有下行信號(hào)發(fā)射，目標(biāo)移動(dòng)終端檢測(cè)鄰近其他基站發(fā)送的定位信號(hào)，并求得這些基站信號(hào)到達(dá)目標(biāo)移動(dòng)終端的到達(dá)時(shí)間差^[4]。
　　空閑周期共有兩種模式：連續(xù)模式和突發(fā)(Burst)模式。在連續(xù)模式下，空閑周期一直以隨機(jī)的方式插入。而在突發(fā)模式下，空閑周期以一系列突發(fā)脈沖串的方式出現(xiàn)，每個(gè)突發(fā)包含若干個(gè)空閑周期，空閑周期的數(shù)目應(yīng)保證UE能夠完成定位測(cè)量。突發(fā)之間不連續(xù)，即下一個(gè)突發(fā)出現(xiàn)的位置取決于突發(fā)的重復(fù)頻率。實(shí)際上連續(xù)模式可以認(rèn)為是突發(fā)模式的一種特例。
1.3 CVB方法
　　CVB(Cumulative Virtual Blanking)方法由Cambridge Positioning Systems 公司提出。
　　不同于IPDL方法中在空閑周期內(nèi)關(guān)閉基站的發(fā)射，CVB方法在SMLC中采用數(shù)字信號(hào)處理算法來依次消除強(qiáng)信號(hào)，得到較弱信號(hào)的精確時(shí)間，從而提高OTDOA定位性能。CVB可以提供與IPDL相似的性能，而其復(fù)雜度有較大降低，同時(shí)解決了系統(tǒng)容量損失的問題。
　　CVB方法的實(shí)現(xiàn)原理^[5]為：
　　定位測(cè)量開始時(shí)，UE和基站同時(shí)對(duì)下行鏈路信號(hào)進(jìn)行“快照(snapshot)”。CVB“快照”是一段基帶I&Q信號(hào)的采樣值序列，要求在接收信號(hào)做任何均衡和Rake接收處理之前進(jìn)行采樣。
　　采集到的“快照”通過RNC傳送給SMLC。在SMLC內(nèi)，CVB算法對(duì) “快照”采取串行迭代的信號(hào)處理方式：SMLC把來自UE的“快照”與來自不同基站的“快照”進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，對(duì)其中最大相關(guān)值所對(duì)應(yīng)的基站信號(hào)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。然后對(duì)UE“快照”中來自該基站的信號(hào)分量進(jìn)行估計(jì)，并從UE“快照”中去除該部分。重復(fù)上述最大相關(guān)值搜索、到達(dá)時(shí)間測(cè)量及信號(hào)消除過程，直至所有基站信號(hào)的到達(dá)時(shí)間測(cè)量完畢。這一處理算法類似于CDMA系統(tǒng)中多用戶檢測(cè)中的串行干擾消除。通過這一方法，可以完成對(duì)較弱信號(hào)的精確測(cè)量。一旦所有信號(hào)的到達(dá)時(shí)間都測(cè)量完畢，則可以通過標(biāo)準(zhǔn)的OTDOA方法對(duì)位置進(jìn)行計(jì)算。
2 性能分析
2．1 偵聽能力
　　定位方法的偵聽能力通過UE接收到來自基站的信號(hào)的載干比進(jìn)行衡量，信號(hào)的載干比要確保到達(dá)時(shí)間差的測(cè)量。計(jì)算得到的載干比與門限值進(jìn)行比較，獲得可偵聽到的基站的數(shù)目，以此作為偵聽能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)。
　　(1)OTDOA
　　OTDOA的載干比計(jì)算如下：

　　將得到的C/N+I與門限值進(jìn)行比較，獲得可偵聽到的基站的數(shù)目。
　　(2)OTDOA-IPDL
　　假設(shè)來自第k個(gè)基站的信號(hào)最強(qiáng)，為保證對(duì)其他基站的偵聽，該最強(qiáng)信號(hào)被清空。與OTDOA的計(jì)算方法類似:
　　
　　將式(4)、(5)帶入式(3)，可得OTDOA-IPDL的載干比。
　　(3)CVB
　　CVB通過干擾消除的方法解決聽力問題。在對(duì)C/N+I進(jìn)行計(jì)算時(shí)，把接收信號(hào)按照強(qiáng)度降序排列，用Rk表示依次計(jì)算每個(gè)信號(hào)的載干比。因發(fā)送給SMLC的“快照”需進(jìn)行量化處理，所以CVB方法的干擾中要引入量化噪聲。

　　同樣，將得到的每一信號(hào)的C/N+I與門限值進(jìn)行比較，獲得可偵聽到的基站的數(shù)目。
2.2 誤差CDF(累積分布函數(shù))
　　根據(jù)美國(guó)FCC E-911^[6]對(duì)定位業(yè)務(wù)的規(guī)定，定位精度應(yīng)該以概率誤差的形式給出，而位置估計(jì)距離誤差的CDF圖能很好地反映出定位是否滿足定位精度的要求，所以誤差CDF也是衡量定位方法性能的重要指標(biāo)。
3 仿真比較
　　本節(jié)中對(duì)三種方法進(jìn)行了仿真。仿真中采用的參數(shù)如下：基站發(fā)射總功率為43dBm，每個(gè)基站分為三個(gè)扇區(qū)，CPICH發(fā)射功率為33dBm，載干比的門限值采用13dB。OTDOA－IPDL方法中的空閑周期長(zhǎng)度為5×256chips，空閑周期出現(xiàn)的平均頻率為10Hz。CVB方法中UE“快照”長(zhǎng)度為512碼片，“快照”采樣率為碼片速率的2倍，“快照”總大小為512B。
　　圖2給出了三種定位方法的偵聽能力的性能比較。
　　圖3給出了三種定位方法的誤差CDF比較。

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