基于GSM系统的移动定位技术

魏子贺

[摘 要]近几年来本国国内研发的一种数字蜂窝通信系统即GSM系统是一种发展最成熟并且市场占有率大的通信系统。移动技术，尤其是GSM系统下的移动定位技术，在GSM系统用户数量的不断增长并且用户需求的不断增加的今天，已经成为现阶段移动通信领域最主要解决的关键问题。 本文分析研究了GSM系统的移动定位问题。文章依次叙述了GSM系统结构的组成、各种定位技术的基本原理及相应的优缺点，同时进行讨论了定位精度的各种影响因素，并且用建数学模型的方法建立了定位策略的模型。之后创建了移动定位的系统仿真的总体结构，并对各部分结构进行了详细的介绍，并介绍了基于蜂窝系统的无线定位技术的各种应用。

[关键词] GSM 移动定位 TA定位法

混合定位法（TOA—AOA定位法）

该方法是在系统中同时利用不同类型的信号特征测量值，如综合AOA和TOA的定位技术方法叫TOA—AOA定位法。用由移动台的服务基站测量移动台发射信号到达移动台的时间和角度的方法是其基本思想。发射信号中也要包含发射时间标记的方式是与TOA定位法相同；通过基站的同步信道来实现移动台时间和服务基站时间同步，并且不要求网络的基站时间同步。若想知道移动台的位置，用TOA—AOA定位法只需要一个基站参数测量即可。

移动台定位仿真系统总体结构

本章介绍了移动通信系统中的各个环节，包括通信信号发射之前经过的扩展频谱处理和数字调制处理、信号定位过程、信号定位后检测信号和对移动台的位置估计。定位信道模型、信号检测模块及定位估计模块、基站信号发射、是组成仿真系统的四个部分。其中信号的扩频、加扰、成型滤波功能是由信号发射模块完成的；不同环境下的定位信道模型由信道部分完成；信号接收测量部分完成多径搜索以及TA参数估计；位置估计模块根据测量结果估计出移动台当前位置。

基站信号发射模块

π/4—DQPSK是一种线性调制，它具有较高的频谱利用率但包络不稳定。若在发射中采用非线性功率放大器，将会使已调信号的频谱展宽，从而降低了频谱利用率。不能满足对相邻信道干扰功率电平比本信道的功率电平低60～70dB的要求；若采用线性功率放大器，则其功率效率较差。为改善功率放大器的动态范围，π/4—DQPSK的发射机结构采用笛卡尔坐标负反馈控制和AB类功率放大器。

无限信号测量

所谓的多径传播是由无线信号经过无线信道时受到障碍物的作用而产生反射、衍射、散射等现象从而产生的；同时每一径又会产生所谓的小尺度衰落是由于移动台的运动（或无线环境的变化）所产生的；我们称为无线传播为NLOS（Non—Line of sight）传播是发射机与接收机之间不存在可视的路径，移动台定位测量中误差的主要来源由以上这三个因素一起构成，因此，移动台定位技术研究中的另一个研究重点是如何从如此恶劣的无线环境中准确地测出无线信号的传播时延，以此来估计发射机和接收机之间的距离（或距离差）。

位置估计模块

获得移动台的当前地理位置是移动定位要解决的根本问题就。通过对接收到的无线电波的一些参数进行测量，然后根据特定的算法来判断出移动台当前的位置；测量参数一般包括传输时间、幅度、相位、和到达角度等。由于移动台和蜂窝移动通信系统的固定设施之间采用无线通信，所以解决这一问题普遍的方法为无线定位。

无线定位的应用技术

蜂窝系统具有多种功能，一种是实现对移动台的定位功能E—911定位需求，还有具有多种用途，另外还有可为企业提供商业机会。

移动通信从产生到现在的历史并不长，然而移动通信的发展却比人们的预料要超出很多，特别是近来十年，移动通信设备在质量、使用方面和可靠性等方面通过计算机和软件工程和微电子技术的发展，都达到了日新月异的境地。

通过移动通信发展历程，三个阶段可把当代移动通信描述出来：

（1）以模拟调频、频分多址为第一代移动通信主体，包括公用移动通信系统以蜂窝系统为代表、专用移动通信系统以及无绳电话以集群系统为代表。

（3）以数字传输、时分多址或码分多址为第二代移动通信主体技术，称之为数字移动通信。包括数字无绳电话系统、数字蜂窝系统、和数字集群系统等。

（2）以世界范围的个人通信为第三代的移动通信目标。

美国是最早使用移动台定位的，美国军方耗巨资建立了全球卫星定位系统（GPS），就是为了增强美国及其盟国军事力量。人们随着科学技术的发展尤其是通信网络的迅猛发展以及人们生活水平的提高的同时，也希望通过各种高科技手段来为自己服务从而提高生活的质量。在这种情况背景下，以移动台位置信息为特征的移动台定位服务的需求成为人们的热门。

本文的主要内容及工作：

对移动台定位的一些基本概念进行系统的叙述；

分析和讨论了对GSM系统中得移动台定位技术，其中有GSM系统中的移动台定位体系结构、各种标准的定位方法以及定位流程，分析了GSM系统中的四种标准定位技术的优缺点，并移动台定位技术进行了分析和总结；

本文为GSM系统中各子系统的定位功能的进一步深入研究或实现打下基础。基于移动定位的各种应用肯定会随着移动定位技术和有关标准的进一步成熟越来越多，因而我们加强对研究GSM网络的无线定位技术，握时代脉搏，超越外国的蜂窝移动通信，取得先进技术，对于国内的技术发展有很重要意义。