基于GSM系統的移動定位技術

魏子賀

[摘 要]近幾年來本國國內研發的一種數字蜂窩通信系統即GSM系統是一種發展最成熟并且市場占有率大的通信系統。移動技術，尤其是GSM系統下的移動定位技術，在GSM系統用戶數量的不斷增長并且用戶需求的不斷增加的今天，已經成為現階段移動通信領域最主要解決的關鍵問題。 本文分析研究了GSM系統的移動定位問題。文章依次敘述了GSM系統結構的組成、各種定位技術的基本原理及相應的優缺點，同時進行討論了定位精度的各種影響因素，并且用建數學模型的方法建立了定位策略的模型。之后創建了移動定位的系統仿真的總體結構，并對各部分結構進行了詳細的介紹，并介紹了基于蜂窩系統的無線定位技術的各種應用。

[關鍵詞] GSM 移動定位 TA定位法

混合定位法（TOA—AOA定位法）

該方法是在系統中同時利用不同類型的信號特征測量值，如綜合AOA和TOA的定位技術方法叫TOA—AOA定位法。用由移動臺的服務基站測量移動臺發射信號到達移動臺的時間和角度的方法是其基本思想。發射信號中也要包含發射時間標記的方式是與TOA定位法相同；通過基站的同步信道來實現移動臺時間和服務基站時間同步，并且不要求網絡的基站時間同步。若想知道移動臺的位置，用TOA—AOA定位法只需要一個基站參數測量即可。

移動臺定位仿真系統總體結構

本章介紹了移動通信系統中的各個環節，包括通信信號發射之前經過的擴展頻譜處理和數字調制處理、信號定位過程、信號定位后檢測信號和對移動臺的位置估計。定位信道模型、信號檢測模塊及定位估計模塊、基站信號發射、是組成仿真系統的四個部分。其中信號的擴頻、加擾、成型濾波功能是由信號發射模塊完成的；不同環境下的定位信道模型由信道部分完成；信號接收測量部分完成多徑搜索以及TA參數估計；位置估計模塊根據測量結果估計出移動臺當前位置。

基站信號發射模塊

π/4—DQPSK是一種線性調制，它具有較高的頻譜利用率但包絡不穩定。若在發射中采用非線性功率放大器，將會使已調信號的頻譜展寬，從而降低了頻譜利用率。不能滿足對相鄰信道干擾功率電平比本信道的功率電平低60～70dB的要求；若采用線性功率放大器，則其功率效率較差。為改善功率放大器的動態范圍，π/4—DQPSK的發射機結構采用笛卡爾坐標負反饋控制和AB類功率放大器。

無限信號測量

所謂的多徑傳播是由無線信號經過無線信道時受到障礙物的作用而產生反射、衍射、散射等現象從而產生的；同時每一徑又會產生所謂的小尺度衰落是由于移動臺的運動（或無線環境的變化）所產生的；我們稱為無線傳播為NLOS（Non—Line of sight）傳播是發射機與接收機之間不存在可視的路徑，移動臺定位測量中誤差的主要來源由以上這三個因素一起構成，因此，移動臺定位技術研究中的另一個研究重點是如何從如此惡劣的無線環境中準確地測出無線信號的傳播時延，以此來估計發射機和接收機之間的距離（或距離差）。

位置估計模塊

獲得移動臺的當前地理位置是移動定位要解決的根本問題就。通過對接收到的無線電波的一些參數進行測量，然后根據特定的算法來判斷出移動臺當前的位置；測量參數一般包括傳輸時間、幅度、相位、和到達角度等。由于移動臺和蜂窩移動通信系統的固定設施之間采用無線通信，所以解決這一問題普遍的方法為無線定位。

無線定位的應用技術

蜂窩系統具有多種功能，一種是實現對移動臺的定位功能E—911定位需求，還有具有多種用途，另外還有可為企業提供商業機會。

移動通信從產生到現在的歷史并不長，然而移動通信的發展卻比人們的預料要超出很多，特別是近來十年，移動通信設備在質量、使用方面和可靠性等方面通過計算機和軟件工程和微電子技術的發展，都達到了日新月異的境地。

通過移動通信發展歷程，三個階段可把當代移動通信描述出來：

（1）以模擬調頻、頻分多址為第一代移動通信主體，包括公用移動通信系統以蜂窩系統為代表、專用移動通信系統以及無繩電話以集群系統為代表。

（3）以數字傳輸、時分多址或碼分多址為第二代移動通信主體技術，稱之為數字移動通信。包括數字無繩電話系統、數字蜂窩系統、和數字集群系統等。

（2）以世界范圍的個人通信為第三代的移動通信目標。

美國是最早使用移動臺定位的，美國軍方耗巨資建立了全球衛星定位系統（GPS），就是為了增強美國及其盟國軍事力量。人們隨著科學技術的發展尤其是通信網絡的迅猛發展以及人們生活水平的提高的同時，也希望通過各種高科技手段來為自己服務從而提高生活的質量。在這種情況背景下，以移動臺位置信息為特征的移動臺定位服務的需求成為人們的熱門。

本文的主要內容及工作：

對移動臺定位的一些基本概念進行系統的敘述；

分析和討論了對GSM系統中得移動臺定位技術，其中有GSM系統中的移動臺定位體系結構、各種標準的定位方法以及定位流程，分析了GSM系統中的四種標準定位技術的優缺點，并移動臺定位技術進行了分析和總結；

本文為GSM系統中各子系統的定位功能的進一步深入研究或實現打下基礎。基于移動定位的各種應用肯定會隨著移動定位技術和有關標準的進一步成熟越來越多，因而我們加強對研究GSM網絡的無線定位技術，握時代脈搏，超越外國的蜂窩移動通信，取得先進技術，對于國內的技術發展有很重要意義。