基于頻率強度的定位算法容易實施，成本低，不需要對移動終端和基站硬件進行修改，因此，本文就現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)定位問題進行研究，在標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，利用信道衰減模型參數(shù)并輔以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得更高的定位精度，對非視距傳播小區(qū)環(huán)境下基于頻率差的定位精度進行了仿真分析。
    當(dāng)移動臺與基站之間的直射路徑被障礙物擋住后，無線電波只能在經(jīng)過反射和衍射之后到達接收端，此時測量到的數(shù)據(jù)不能正確地反應(yīng)發(fā)送端與接收端的真實距離。通常采用的定位方法有:到達時間差(TOA)定位[1]、時間差(TDOA) 定位[2]、到達角度(AOA)定位[3]及混合定位[4]。但TOA測量要求MS的發(fā)射與所有基站的接收精準(zhǔn)同步，并且在發(fā)射信號中需包含發(fā)射時間標(biāo)記，這需要與BS時鐘嚴(yán)格同步，很容易導(dǎo)致誤差的增大；而測量AOA的天線排列價格昂貴，距離偏大時微小的角度測量偏差會導(dǎo)致較大的定位距離誤差，AOA是受多徑傳播影響最大的，并且有的基站不支持AOA的上報。
    因此,本文就現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)定位問題進行研究，在標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，提出根據(jù)測量移動臺發(fā)射功率以及基站接受功率，在傳輸信道衰減模型下估算距離，根據(jù)多個距離差來確定移動臺的位置，并對非視距傳播小區(qū)環(huán)境下基于頻率差的定位精度進行仿真分析。




1.1.3 功率測量參數(shù)分析
    在LTE路測[8]中, RSRP表示接收信號強度的絕對值，是衡量無線網(wǎng)的重要指標(biāo)，根據(jù)參考信號的發(fā)送功率可以計算出傳播損耗,從而判斷與基站的距離。3GPP協(xié)議中規(guī)定終端上邊測量RSRP的范圍是[-140 dBm,-44 dBm]，路測時,一般要求RSRP值必須大于-100 dBm，否則容易出現(xiàn)弱覆蓋等問題。
    載波中心頻率fc由信號傳輸模式?jīng)Q定，在信號傳輸過程中，將信號負載到一個固定頻率的波上，這個固定頻率即是載波頻率。TDD和FDD是兩種載波模式，TDD適用于高密度用戶地區(qū)的局部覆蓋，F(xiàn)DD適用于大區(qū)制的國際間和國家范圍內(nèi)的覆蓋，兩種方式具有相互無法替代的優(yōu)點，具體的fc值可根據(jù)第三代移動通信系統(tǒng)的頻譜標(biāo)準(zhǔn)來確定, 本仿真中采用2 000 MHz中心頻率。
1.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的頻率定位
1.2.1基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[9]的頻率測量值的修正

     如圖1所示，根據(jù)移動臺到基站的功率值計算距離差，測量值由于存在NLOS誤差值，所以本文采用BP 網(wǎng)絡(luò)修正測量值。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種前向型反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有學(xué)習(xí)速率快、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點來修正NLOS誤差，由輸入層、隱含層和輸出層三級結(jié)構(gòu)組成，其中各節(jié)點數(shù)目分別為r、s1、s2。隱含層采用激活函數(shù)為Sigmoid，即f1(x)=tanh(x)；輸出層激活函數(shù)為Purelin,線性傳遞函數(shù)，即f2(x)=kx；設(shè)輸入向量為P，輸出向量為T；BP網(wǎng)絡(luò)修正模型[10]如下：
    輸入向量為：P=[PDOA21,PDOA31,PDOA41,PDOA51,PDOA61,PDOA71]
    輸出向量為:T=[d21,d31,d41,d51,d61]
1.2.2基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的頻率定位算法
     所有基站與移動臺之間均為NLOS誤差，利用BP神經(jīng)網(wǎng)路對測量值存在的誤差進行修正，從而減小功率測量中的NLOS誤差，然后再應(yīng)用Chan算法和最小二乘(LS)算法進行位置估計，使其具有更高的定位精度。定位的具體步驟如下：
    (1)以移動臺及基站的樣本矢量計算在LOS環(huán)境下的
PDOA值，作為目標(biāo)樣本；
    (2)假定模擬誤差函數(shù)，得到在NLOS誤差環(huán)境下的PDOA值，經(jīng)由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正數(shù)據(jù)；
    (3)利用修正后的PDOA值,采用Chan和LS算法進行位置估計。
2 仿真及分析
    為了檢驗本算法的可操作性，對基于BP的頻率定位算法進行了跟蹤仿真。本仿真基于幾何結(jié)構(gòu)的單次反射(GBSB)系統(tǒng)信道模型，NLOS誤差是采用COST231模型，對市區(qū)/郊區(qū)小區(qū)進行仿真，采用標(biāo)準(zhǔn)的七基站蜂窩網(wǎng)，其中設(shè)原點為服務(wù)基站BS1,蜂窩網(wǎng)半徑為3 000 m。
    表1為本文算法PDOA和TDOA算法在相同環(huán)境下多次仿真定位誤差平均值，由下表數(shù)據(jù)可以看出，采用頻率測量定位比參考文獻[11]中同樣采用LS算法誤差更小，說明本文在結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正誤差并根據(jù)信道功率定位上具有良好的性能。

     圖3為在本文算法下隨著信道環(huán)境的不同LS與Chan算法的對比圖。由圖可以看出,隨著信道參數(shù)的增大，NLOS引起的誤差也隨之增大。由于Chan算法的推導(dǎo)過程都是基于理想的零均值高斯隨機變量，而LS算法不考慮誤差的統(tǒng)計特性，精度要好于Chan算法，所以定位更為穩(wěn)定精確。

     為了精確無線通信系統(tǒng)無線電波傳播的可靠度，本文提出了一種采用測量移動臺與基站之間的頻率進行定位的算法，該算法減小了傳統(tǒng)測量時間和角度上受多徑干擾及設(shè)備的影響，并根據(jù)不同的傳播環(huán)境提出相應(yīng)條件的傳播算法，然后結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正誤差，最后利用LS算法進行位置估計。從仿真結(jié)果可以看出，本文算法在定位精度上有顯著提高且較為穩(wěn)定。   

參考文獻
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