李文龙 邹德财 焦荣华
摘 要： 对TD?SCDMA系统中的多基站定位方法进行了研究，提出了一种利用TD?SCDMA物理层帧结构中的下行同步序列进行定位的OTDOA?IPDL定位方法。该方法针对OTDOA定位方法中移动终端不能够准确地检测到非服务基站的信号，提出基于TD?SCDMA系统的IPDL技术，保证移动终端能够准确检测到非服务基站发送的下行同步信号，提高定位精度。在此重点描述了TD?SCDMA系统中的IPDL技术，并通过仿真验证所提方法的定位性能，说明IPDL技术在多基站定位中的重要性。
关键词： TD?SCDMA； 多基站定位； 下行同步序列； OTDOA?IPDL
中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 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
随着移动通信技术不断发展，丰富多彩的移动服务业务也应运而生，其中很多业务是与无线移动定位服务相关的。在TD?SCDMA系统中主要采用3种定位方法[1?3]：基于小区ID的定位方法；基于网络的OTDOA定位方法；利用GPS模块定位的方法。在移动终端没有GPS模块时，基于网络的OTDOA定位方法能够提供较高的定位精度。因此，本文对基于网络的OTDOA定位方法进行了研究。
在OTDOA定位方法中，需要选取合适的基站参与定位[4?5]，利用下行同步序列（SYNC?DL）的相关性进行相关峰值的检测，估计出移动终端和基站之间的距离。由于基站和终端之间存在非视距（NLOS）传输，需要对NLOS传输进行识别，如果为NLOS传输需要利用LOS重构算法来消除NLOS传输的影响[6?7]。根据基站之间的距离建立双曲线方程组，通过线性变换后利用经典算法Chan，Taylor[8?9]估算出移动终端的位置。
由于非服务基站到达移动终端之间的距离比较远，存在多径传输和非视距传输，所以非服务基站的下行同步信号到达移动终端时信号强度比较弱，同时受到服务基站发送的下行同步信号的干扰，移动终端很难检测到非服务基站的下行导频信号，本文在OTDOA定位方法的基础上进行了扩展，提出IPDL技术，提高非服务基站到移动终端之间的测距准确性和可靠性。通过在NLOS环境下对定位性能进行仿真，说明IPDL技术在TD?SCDMA多基站定位中的重要性，OTDOA?IPDL定位方法能够满足定位精度的需求。
1 基本原理
支持终端定位的OTDOA?IPDL定位方法的网络结构如图1所示，LMU（Location Measurement Unit）为位置测量单元，通过LUM能够实现对到达时间（TOA）的估计，SAS为独立服务移动定位中心，通过Iupc接口和无线网络控制器RNC（Radio Networks Controller）连接。当RNC收到核心网络CN（core Network）的定位请求时，通过UE，LMU，Node B，SAS等获得的信息，估算出UE位置，并将估计结果报告给核心网络。
OTDOA?IPDL定位方法是利用基站向移动终端发射的下行导频序列实现定位的。其基本原理是指在一定的时长内，服务基站周期性的关闭电源停止发射一段时间，将这些空闲时间称为下行空闲周期（IPDL）。在服务基站的关闭电源的这段空闲时间内，目标移动终端将被指定在导频信道上测量相邻的基站的下行导频信号，由此得
到信号到达时间，估算出移动终端和邻近基站之间的距离。在服务基站空闲周期内，服务基站对相邻基站的干扰会减小，移动终端能够增加检测到邻近基站信号的机会。应当指出，这里参与定位的各个基站的下行链路空闲周期IPDL是相互独立且随机产生的，移动终端只能检测到相邻非服务基站的信号，在其他的周期对服务基站信号进行检测。
TD?SCDMA系统的OTDOA?IPDL定位实现流程如图2所示，主要由测距，距离校准和定位算法三部分组成。测距利用TD?SCDMA帧结构中的特殊时隙DwPTS的特点，进行相关峰检测，估计出到达时间TOA；如果直接利用TOA计算距离的话，在只存在NLOS路径时会产生很大的误差，从而影响定位结果，因此在相关峰检测之后要进行NLOS识别和抑制来进行距离校准，利用Wylie判别算法对NLOS和LOS路径进行判别，对NLOS信号通过LOS重构算法重新得到校准后的基站和移动终端之间的距离；定位算法模块利用校准后估计距离构建双曲线定位数学模型，利用Chan和Taylor等经典算法进行求解。
2 双曲线数学模型
5 结 论
本文提出的OTDOA?IPDL定位方法结合TD?SCDMA定位系统的特点，针对OTDOA定位方法中对非服务基站信号检测不准确，引入了IPDL技术，可以是移动终端很好的检测到非服务基站的信号。在多经和NLOS环境下仿真，说明在低信噪比的情况下OTDOA?IPDL定位方法能够得到很好的定位性能，通过和OTDOA定位方法对比，验证了IPDL技术在利用TD?SCDMA下行导频序列定位方法中的重要性。
参考文献
[1] 谢显中.TD?SCDMA第三代移动通信系统技术与实现[M].北京：电子工业出版社，2004.
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[3] 胡可刚，王树勋，刘立宏.移动通信中的无线定位技术[J].吉林大学学报，2005（7）：11?14.
[4] 邓平，余立建.蜂窝定位系统GDOP性能分析[J].西南交通大学学报，2005，40（2）：184?188.
[5] 赵琨，何青益.基于GDOP的三站时差定位精度分析[J].无线电工程，2012，42（5）：15?17.
[6] 段凯宇，张力军.一种在NLOS环境下提高精度的TDOA定位方法[J].南京邮电学院学报，2005，25（5）：15?19.
[7] JIANG Hao， XU Jie， LI Zhen. NLOS mitigation method for TDOA measurement [C]// Proceeding of IEEE Sixth International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal. Darmstadt： IEEE ， 2010： 196?199.
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[10] SUN G， CHEN J， GUO W， et al. Signal processing techniques in network?aided positioning： a survey of state?of?the?art positioning designs [J]. IEEE Signal Processing Magazine， 2005， 22（4）： 12?23.
[11] WYLID M P， HOLTZMAN J. The non?line of sight problem in mobile location estimation [C]// Proceedings of 1996 5th IEEE International Conference on Universal Personal Communications， Cambridge， MA： IEEE， 1996， 2： 827?831.
2 双曲线数学模型
5 结 论
本文提出的OTDOA?IPDL定位方法结合TD?SCDMA定位系统的特点，针对OTDOA定位方法中对非服务基站信号检测不准确，引入了IPDL技术，可以是移动终端很好的检测到非服务基站的信号。在多经和NLOS环境下仿真，说明在低信噪比的情况下OTDOA?IPDL定位方法能够得到很好的定位性能，通过和OTDOA定位方法对比，验证了IPDL技术在利用TD?SCDMA下行导频序列定位方法中的重要性。
参考文献
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[11] WYLID M P， HOLTZMAN J. The non?line of sight problem in mobile location estimation [C]// Proceedings of 1996 5th IEEE International Conference on Universal Personal Communications， Cambridge， MA： IEEE， 1996， 2： 827?831.
2 双曲线数学模型
5 结 论
本文提出的OTDOA?IPDL定位方法结合TD?SCDMA定位系统的特点，针对OTDOA定位方法中对非服务基站信号检测不准确，引入了IPDL技术，可以是移动终端很好的检测到非服务基站的信号。在多经和NLOS环境下仿真，说明在低信噪比的情况下OTDOA?IPDL定位方法能够得到很好的定位性能，通过和OTDOA定位方法对比，验证了IPDL技术在利用TD?SCDMA下行导频序列定位方法中的重要性。
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