一种确定TD-SCDMA系统中移动终端运动轨迹的方法*

梁双春，方媛，赵培

（中国移动通信集团设计院有限公司， 北京 100080）

一种确定TD-SCDMA系统中移动终端运动轨迹的方法*

梁双春，方媛，赵培

（中国移动通信集团设计院有限公司， 北京 100080）

本文依据用户设备上报的标准测量数据，提出了一种分段进行移动终端轨迹跟踪的方法。根据仿真结果，本方法可以有效消除阴影衰落等原因引起的随机性，从而提高了终端定位精度。

测量；定位；运动轨迹

1 运动轨迹跟踪现状

随着3G技术的不断成熟与发展，以及地理信息库的日益丰富和定位业务集成商的增多，人们对于定位服务（Location Based Service， LBS）的需求也更加高涨。在众多增值业务中，定位服务因具有极大的市场和商业前景而被人们广泛看好；然而，受定位精度和服务内容的限制，在2G和2.5G系统中，定位业务并没有得到普遍应用。当前的已有技术主要集中在单点定位的研究，并没有关注移动状态下用户设备的轨迹连续性以及纠偏的问题。现有技术的缺点主要体现在如下方面：

（1） 需要额外的GPS接收模块等辅助硬件设备。

（2） 没有很好地解决所依赖无线信号因为路径传播等引起的随机性（波动性）。

（3） 没有考虑到利用前后单点的位置信息对整条轨迹进行纠偏。

本文提出了一种利用TD-SCDMA系统中的测量数据进行轨迹跟踪的新型方法，能够有效解决以上问题，提高了定位性能。

2 TD-SCDMA系统中的测量数据

测量是TD-SCDMA系统的一项重要功能。物理层上报的测量结果可以用于系统中无线资源控制子层完成诸如小区选择/重选及切换等事件的触发，也可以用于系统操作维护，观察系统的运行状态。网络设备应具有测量所规定测量报告数据的能力。测量方式采用周期测量时，可在测量任务定制时对上报周期进行配置。对一个测量，报告触发方式可以是事件触发或周期性触发。如果是周期性触发，需要配置上报周期；如果是事件触发，则利用网络已开启的事件测量，不需另外开启测量。

本方案所需的原始测量数据来源于3GPP规范中定义的测量项。3GPP规范规定，网络设备（Node B和UE）应具有测量3GPP规范中规定的测量项的能力。测量方式包括周期测量和事件触发测量[1]。周期测量项包括但不限于UE IMSI、TIME STAMP、服务小区和邻小区的ID、PCCPCH信道的接收信号码功率、时隙干扰信号码功率、Tadv、AOA、误块率、UE功率等级信息等[2，3]。

本方案主要使用了两个测量数据，即主公共控制信道接收信号码功率（PccpchRscp）和信号强度时间提前量（Tadv）；其中，测量报告中Tadv的取值从0～1023.875chip，对应上报值从0～8191chip。PccpchRscp的取值从-120dBm～-25dBm，对应具体报告值从-05dBm～91dBm。

3 终端运动轨迹确定方案原理

本文首先依据用户设备上报的信号强度和时间提前量两个协议中规定的标准测量数据进行线性分段；再依据所得到的分段模型对估计出的有限位置信息进行插值，从而得到一条连续的用户终端轨迹。

本方法所使用的简化路径损耗模型如式（1）所示：

其中，x和y为路径损耗模型中的回归系数，d为终端距基站的距离，PL为终端与基站之间的路径损耗，具体又可以表示为式（2）：

其中，PTx为基站的发射功率，RSCP为无线公共控制信道的接收信号码功率，公共控制信道不采用功率控制，因此使用该指标得到的测量值可以用于计算路径损耗。

本方法所使用的时间提前量简化的计算模型如式（3）所示：

其中，p和q为时间提前量模型中的回归系数，d为终端距基站的距离，Δ表示一个TA最小测量单位对应的距离。

可以使用带有GPS信息的路测数据预先建立各个小区的路径损耗模型库和时间提前量模型库，且可以根据本方法估计出的位置作为增补数据更新该模型，在没有先验数据时上述两个模型都可以使用默认参数。

本方法所使用的信号强度回归模型和时间提前量回归模型。

除了上述自变量为距离的路径损耗模型和时间提前量模型外，本方法还所使用了两个自变量为时间的信号强度和时间提前量回归模型，分别如式（4）和式（5）所示。

这两个模型主要用于原始数据分段。

4 终端运动轨迹确定方案流程

本方案的具体流程如图1所示，对其中所含的主要步骤介绍如下。

图1 整体流程

步骤一，传播模型校正，即信号强度和时间提前量模型中的回归系数校正。

步骤二，将原始的测量值进行分段，采用逐段递增判断拐点的方法，具体包括如下步骤：

①将所有采样点（信号强度和时间提前量）在时间轴上以固定的单位分段，假设共得到N段采样点。

②以第n段的采样点为例，分别得到自变量为时间序列的第n组线性回归系数（即an、bn和kn、ln； 其中，an、bn是对应信号强度的回归系数，kn、ln是对应时间提前量的回归系数），并与第（n-1）段线性回归系数进行对比（具体方法见下文），判断第n段采样点是否并入第（n-1）段。如果第n段采样点被判断进入第（n-1）段采样点，则依据这两段采样点重新进行线性回归，得到一组新的回归系数，记为an、bn和kn、ln，并用之替换第（n-1）段和第n段的线性回归系数，即an=an-1=an，bn=bn-1=bn，kn=kn-1=kn，ln=ln-1=ln。

③按照相同的方法依据第（n+1）段采样点的线性回归系数（即an+1、bn+1和kn+1、ln+1）判断第（n+1）段采样点是否并入第n段。并持续上述过程，直至所有采样点都判断完毕，并得到N组回归系数{a1，…，aN；b1，…，bN；k1，…，kN；l1，…，lN}。

具体判断拐点的方法如下：

方法一：Δa=|an-an-1|，Δb=|bn-bn-1|，若Δa＞Ath或者Δb＞Bth，即判断为折线出现拐点的位置；同样地，Δk=|kn-kn-1|，Δl=|ln-ln-1|，若Δk＞Kth或者Δl＞Lth，即判断为折线出现拐点的位置。

步骤三：在上一步骤得到的每一线段内，对原始的测量值进行数据处理。数据处理主要包括：n点平滑滤波和全段回归平均。

首先进行n点平滑滤波，n点平滑滤波用于消除快衰落和阴影衰落影响，n根据传播模型特点取值，例如n=100。

然后，根据步骤二中的分段及应用一元回归分析方法所得到的N组回归系数，对每一段中的原始测量值进行全段回归平均。举例说明具体过程如下：若此时使用的测量数据为信号强度RSCP，考虑第n段线段，其中共有100个测量值，不失一般性，假设各测量值之间的时间单位是相同的，则每两个测量值之间的差值（梯度）可简化为bn。以第一个点位基准，得到的加权平均值为mean（RSCP(1：100)-bn×(0：99）），第2个点对应的加权平均值为mean（RSCP(1：100)-bn×(-1：98）），其它点以此类推。

步骤四：依据处理后的测量值和对应的模型（路径损耗模型及时间提前量模型）反算出UE和各个小区之间的距离。依据所获得的反算距离采用最小二乘法估计出UE所在位置。所使用的最小二乘法公式如式（6）所示。

其中， (xm， xm)为小区m的经纬度坐标， m∈(1，2， …， M)。

5 终端运动轨迹确定方案验证

为了验证单独使用时间提前量、单独使用信号强度以及本方案中的综合使用时间提前量和信号强度的混合方法的效果，本文采用计算机仿真的方法进行对比，仿真结果如图2所示。

图2 3种轨迹跟踪方法的性能对比

从图2可以看出，使用本方案提出的时间提前量与信号强度两个测量数据对运动轨迹进行跟踪的综合方法具有平均误差显著降低和轨迹跟踪趋势更为准确的优点。

并且，该方案还具有以下主要特点：

（2）综合利用时间提前量和信号强度两个测量数据，提高了定位准确性。

（3）仅使用终端侧上报的测量数据，不依赖于GPS。

6 总结

本文提出了一种利用终端侧上报的测量数据进行新型轨迹跟踪计算的方法，经过与以往方案的对比，该方法能够较大程度地消除衰落对于定位的影响，提高了定位的准确性。

[1] 3GPP 25.331无线资源控制协议要求（Radio Resource Control (RRC)； Protocol Specification)[S].

[2] 3GPP 25.123 TDD无线资源管理支持要求 (Requirements for Support of Radio Resource Management (TDD))[S].

[3] 3GPP 25.225 TDD物理层测量 (Physical Layer； Measurements (TDD))[S].

A method of UE moving route identification in TD-SCDMA system

LIANG Shuang-chun, FANG Yuan, ZHAO Pei
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

according to standard measurement result reported from UE, a method of tracking UE moving route based on measurement result segment is analyzed. From simulation result, it shows that randomness caused by shadow fading etc is reduced effectively. So that accuracy of the UE location estimating is improved.

measurement; position; moving route

TN929.5

A

1008-5599（2012）09-0001-04

中移动智能应用展示成中国国际手机博览会焦点

2012-09-03

* 已申请专利：一种确定移动终端的运动轨迹的方法、装置及系统(专利号：201010603623.X)。

近日，2012中国（沈阳）国际手机博览会在沈阳工业展览馆召开。在本次展会上，以“向未来移动，移动改变生活”为主题的中国移动各种智能应用展示，吸引了众多观众的眼球。

据了解，中国移动还在此次展会中举办了主题为“未来，已经到来”的TD-LTE产业应用与发展论坛，共同探讨了4G发展未来、4G产业应用前景等问题，其中重点讨论了2013年沈阳全运会中的4G网络应用。届时，沈阳市民将率先感受到4G网络的高速、精彩和便捷。