Источник: IEEE Communications Magazine, April 1998
http://www.sss-mag.com/pdf/radioloc.pdf
Заявки на местонахождение абонентов услуг беспроводной связи продолжают расширяться. Таким образом, расположение для беспроводных технологий развиваются дальше. Для кодового разделения каналов (CDMA), которое развернуто с помощью различных сотовых и PCS поставщиков, разработка подхода к размещению в сети CDMA является обязательным условием. В этой статье рассматривается применение технологии, методы, доступные для ее реализации в сетях CDMA, а также проблемы, которые возникают при использовании CDMA сетей для определения местоположения.
В беспроводном определении местоположения значительное внимание на протяжении последних нескольких лет. Недавним докладом и приказом Федеральной комиссии США по связи (FCC) в июле 1996 года регламентируется, чтобы все поставщики услуг беспроводной связи, включая сотовые, широкополосные PCS, и широкой зоной лицензиатов SMR, предоставления информации о местонахождении к чрезвычайным 911 (E-911) общественных безопасность услуги [1]. Эти новые FCC E-911 привело к росту требований в беспроводном определении местоположения. Основной функцией системы является место для сбора информации о местоположении мобильной станции (MS), работающих в географической зоне, и процессы, которые помогают сформировать оценку о местоположении. Популярным является подход, известный как радиолокация, применяющийся для определения параметров радиосигналов, которые путешествуют между MS и фиксированными трансиверами, которые затем используются для получения местоположения.
Многие из существующих беспроводных локационных систем, таких, как Глобальная система определения местоположения (GPS) и Loran C, используют радиолокационную технику. С помощью этих технологий MS формулирует свою позицию, которая может быть передана на центральный узел. Некоторые подходы используют сотовые сети в качестве транспортного механизма для ретрансляции местоположения [2]. В качестве альтернативы этим подходам, могут быть использованы сети сотовой связи в качестве единственного средства обеспечения услуги определения местоположения, в которых абоненты находятся путем измерения сигналов из множества неподвижных сотовых базовых станций (BSS). Сигнал измерения используются, например, для определения длины и/или направления отдельных путей радиосигналов, а потом положение MS вычисляется из геометрических соотношений [3].
Радиолокационные системы могут быть реализованы в один из двух способов. При первом подходе, MS использует сигналы, передаваемые BSS и рассчитывают свою собственную позицию, как и в GPS. При втором подходе, эта мера BSS сигналов, передаваемых через MS и передаются на центральный узел для обработки. Второй подход имеет то преимущество, что они не требуют каких-либо изменений или специального оборудования в телефоне MS, таким образом, размещения большого числа телефонов уже используются в существующих сотовых сетей.
Далее в статье приводится обзор беспроводной связи с кодовым разделением каналов (CDMA) сотовых сетей. Во втором разделе рассматриваются возможности применения беспроводного определения местоположения. Третий раздел содержит обзор методов беспроводной месте, а затем требований по точности для конкретного приложения в четвертом разделе. Оставшейся части статьи рассматриваются беспроводной место в сотовых сетях CDMA, включая местоположение алгоритмов в шестом разделе, источники ошибок в седьмом разделе, а также загрузки системы аспекты в заключительном разделе.
Беспроводное определение местоположения с помощью сотовых сетей CDMA несет с собой возможность из нескольких приложений, которые принесут пользу предприятий, а также потребителей.
— E-911
— Расположение плаьежных терминалов
— Выявления мошенничества
— Сотовая конструкция системы и управления ресурсами
— Управление автопарком и интеллектуальными транспортными системами (ИТС)
Информацию о местоположении для беспроводной E-911 звонков позволяет быстрого реагировать в ситуациях, когда абоненты дезориентированы, инвалиды, не могут говорить, или не знают их местонахождения. Все большая доля E-911 звонков приходят с сотовых телефонов, что является прямым следствием роста числа абонентов сотовой связи. В 1994 году около 50 тысяч беспроводных E-911 звонков в день, были сделаны в Соединенных Штатах, и эта цифра возросла до 60000 в 1996 году. К 2000 году, по оценкам, эта цифра вырастет до 130000. Недавнее исследование, штат Нью-Джерси показали, что беспроводная E-911 звонков приходится 43 процентов всех E-911 звонков, полученных в ходе испытаний беспроводного определения местоположения [4].
Беспроводные звонки на E-911 исследованные в 1996 правящей FCC должны быть обработаны в два этапа. Фаза I, должны быть завершены к 1 апреля 1998 требует, чтобы в движении местоположение соты и/или сектора отправлялись вместе с вызовом на E-911 и телефон E-911 определял номер абонента (так называемый Автоматическое определение номера, или ANI) назначенному общественной безопасности Отвечая Point (PSAP), тем самым позволяя PSAP перезвонить, если звонок отключен. Фаза II, должны быть завершены к 1 октября 2002 требует, чтобы операторы беспроводных сетей сообщали о местонахождении всех абонентов E-911 с точностью до 125 м (410 футов) в 67 процентах случаев.
Это позволит беспроводной связи, чтобы предложить новые выбор скорости для своих абонентов и предлагать ставки, которые принесут новых абонентов, в свою клиентскую базу. Она также позволяет оператору поощрения желательного поведения использования, применяя дискриминации места цене. Другой прибыльной заявкой на определение местоположения заключается в непрекращающейся борьбе против мошенничества сотовых телефонов. Некоторые операторы считают, что до 1 процента от их клиентской базы познают опыт мошенничества каждый месяц. Годовое количество промышленности мошенничества в районе $ 500 млн, каждый из которых передается в беспроводных клиентов в виде более высокого уровня использования телефона. Без использования беспроводных локационных систем, очень трудно найти и поймать преступников.
Расположение аппаратов могут также использоваться в беспроводных проектирования систем и ресурсов для радио-и мобильного управления [6,7]. С возможностью поиска беспроводных вызовов, система планирования могут значительно улучшить их способность архитектора клеток и беспроводных систем. Клетки могут быть лучше подготовлены и настроены, и спектральная эффективность улучшилась. Более эффективное управление ресурсами может быть получена путем выделения каналов на основе знаний о местонахождении беспроводной вызывающего абонента. Кроме того, поставщика услуг, который может иметь несколько соглашений с ПК, сотовые, спутниковые и носителей может предложить своим клиентам возможность выбора перевозчика, который наилучшим образом отвечает их потребностям в любое время и место [8], тем самым позволяя поставщиком услуг для предоставления своим клиентам выбор носителей и ценовое преимущество.
Радиолокационные системы могут быть реализованы, на основелюбой мощности сигнала, угла прихода (АОА), или время прибытия (КОП) измерений, или их комбинации. Сигнал измерения используются для определения длины или направления радио пути в/из MS/BSS. В данной статье рассматривается только случай, когда сигнал измерения приходят в BSS. Заметим, что прямая видимость (LOS) распространения на BSS имеет важное значение для очень точной оценки местоположения.
В радиолокации использование сигнала хорошо известно в методе, который использует известную математическую модель, описывающую затухание тракта с расстоянием [9,10]. После измерения уровня сигнала обеспечивает расстояние между оценкой MS и BS, MS должны лежать на окружность с центром в BS. С помощью многочисленных BSS, расположение MS может быть определена.
Для сигнала прочности систем, основанных на местоположении, основным источником ошибки является многолучевое затухание и экранирование. Изменение сигнала может быть так велика, как 30-40 дБ на расстояниях порядка половины длины волны (1/2-l). Мощность сигнала среднем может помочь, но низкой мобильности МСс не могут усреднить последствия многолучевого замирания, и по-прежнему будут колебания, обусловленные тень увядания. Ошибки из-за затухания тень может быть уменьшена помощью определением сигнала контуров с центром в BSS [11]. Тем не менее, такой подход предполагает постоянную физическую топографию и требует, чтобы контуры определялись для каждой базовой станции.
Наконец, в CDMA сотовые системы являются регулировкой мощности по борьбе низким уровнем сигнала. Множественный доступ с разделением каналов по времени (TDMA) сотовые системы используют управления питанием для экономии заряда аккумулятора в государствах-членах. Таким образом, для сигнала на прочность систем необходимо, чтобы передать власть МСс быть известны и управляться с достаточной степенью точности.
АОА методов оценить расположение на первой MS измерения AOAs сигнала от MS в нескольких BSS с помощью антенных решеток. Рассеяния вблизи и вокруг MS и BS изменит измеряется АОА. В отсутствие компонентного сигнала ЛОС антенной будет привязываться к отраженный сигнал, что не может исходить со стороны MS. Даже если компонент присутствует ЛОС, многолучевого будет по-прежнему мешают измерения угла. Точность метода АОА уменьшается с увеличением расстояния между MS и BS из-за принципиальных ограничений на устройства, используемые для измерения углов прихода, а также изменение характеристик рассеяния.
Для макроэлементов, рассеивающих объектов в первую очередь на небольшом расстоянии от MS, так BSS обычно поднимаются значительно выше рельефа местности [12, 13]. Таким образом, сигналы поступают с относительно узким АОА распространения на BSS. Джейкс [12] и Ганс [14] смоделировали эту ситуацию, предположив, кольцо рассеивателей о MS, с BS находится далеко за пределами кольца. Для микроэлементов, BSS может быть установлен ниже уровня крыши. Таким образом, BSS часто будет окружен местными рассеивателей, что сигналы поступают на BSS с большим разбросом АОА. Таким образом, хотя подход АОА полезен для макроэлементов, это может быть непрактичным для микроэлементов.
Высшие классы радиолокационной техники, основанные на оценке сигнала, передаваемого по РС и получения на нескольких BSS или разницы во времени прибытия (TDOAs) от сигнала, полученного на нескольких пар BSS. В рамках подхода, TOA, расстояние между MS и BS измеряется путем нахождения 1-способ распространения времени между MS и BS. Геометрически это дает круг с центром в BS, на которых должны лежать MS. С помощью по меньшей мере три BSS для решения неясностей, позиция MS дается по пересечения кругов. В рамках подхода, TDOA, различия в Тоас используются. Так как гипербола кривой постоянной разницы во времени прибытия на 2 BSS, разница во времени определить гипербол с фокусами в BSS, на которых должны лежать MS. Таким образом, представление о местонахождении MS находится на пересечении гипербол. Важнейшее значение для timebased подходы измерения высокого разрешения сроки. Тем не менее, следует отметить, что условия распространения ЛОС-прежнему необходимо для достижения высокой точности для временных методов. Проблема неоплаты ЛОС (NLOS) распространения рассматривается позже.
Некоторые методы были предложены в качестве средства формирования время оценки в беспроводных систем, в том числе этап оценки, пульс передачи и методы расширения спектра. Фаза оценки системы используют фазовых детекторов, из которой ТОА информация была получена [15], и требует синхронизации на три или более BSS. TOA или TDOA информацию можно получить широкополосный передачи импульса с использованием методов корреляции [7, 15]. Наконец, с расширением спектра сигнала, Тоас или TDOAs также могут быть определены с помощью методов корреляции, как будет сказано ниже. Расширения спектра в диапазоне была изучена в литературе [16, 17] и принцип GPS [18].
[1] FCC Реестр № 94-102, Пересмотр правил Комиссии, для обеспечения совместимости с расширенными 911 Экстренные вызовы Системы, RM-8143, 26 июля 1996.
[2] Р. Юрген, Электронная автомобилиста, IEEE Spectrum, том. 32, март 1995, с. 37-48.
[3] С. Ритер и Дж. McCoy, Местонахождение автомобиля - Обзор, IEEE Trans. Vehic. Технология., Vol. VT-26, февраль 1977, с. 7-11.
[4] Доклад о Нью-Джерси Беспроводные системы расширенного 911 Триал: Первые 100 дней, 16 июня 1997.
[5] Л. Stilp, Перевозчик и конечных пользовательских приложений для беспроводных локационных систем, Proc. SPIE, 1996, с. 119-26.
[6] I. Патон и др.. , терминалов самообслуживания Расположение в мобильных системах Радио, Proc. Шестой Int'l. Conf. Мобильные и радио чел. Commun., 1991, с. 203-7.
[7] H. Хашеми, Пульс Ранжирование Техника Радиолокация и ее применение к Распределение каналов в цифровой сотовой радиосвязи, Proc. IEEE Vehic. Технология. Conf., 1991, с. 675-80.
[8] А. Джордано, М. Чен, Х. Хабаль, Новые местоположение на основе службы и архитектуры, Proc. IEEE PIMRCe, 1995, с. 853-57.
[9] В. Фигель, Н. Шеперд, В. Траммелл, местонахождение автомобиля с помощью метода ослабления сигнала, IEEE Trans. Vehic. Технология., Vol. VT-18, ноябрь 1969, с. 105-10.
[10] M. Хата и Т. Nagatsu, Мобильный местоположения с помощью измерения силы сигнала в сотовых системы, IEEE Trans. Vehic. Технология., Vol. VT-29, май 1980, с. 245-51.
[11] В. Смит, пассивной локации мобильных сотовых терминалов Телефон, Proc. IEEE Int'l. Карнахан Conf. Технология безопасности., 1991, с. 221-25.
[12] Джейкс В, микроволновая печь Мобильные Commun., IEEE Press, 1994.
[13] Дж. Парсонс, Мобильный канал распространения радиоволн, Холстед Press, 1992.
[14] M. Ганс, Power-спектральной теории распространения подвижной радио окружающей среды, IEEE Trans. Vehic. Технология., Vol. VT-21, февраль 1972, с. 27-38.
[15] Дж. Турине, В. Jewell, и Т. Джонстон, Моделирование систем городского автомобиля-Мониторинг, IEEE Trans. Vehic. Технология., Vol. VT-21, февраль 1972, с. 9-16.
[16] P. Гауд, А. Сесай, М. Fattouche , Радиолокации распространения Техника спектра и ее применение к сотовой радиосвязи, Proc. IEEE Conf Тихоокеанского бассейна. Commun., Comp. и обработка сигналов, 1991, с. 661-64.
[17] J. Каффери, младший и Г. Стубер , Местонахождение автомобиля и слежения за IVHS в CDMA Микроэлементы, Proc. IEEE PIMRC, 1994, с. 1227-31.
[18] P. Энге, Глобальная система определения местоположения: Сигналы, Измерения, и спектакля, Int'l. J. беспроводной Информация. Сети, том. 1, нет. 2, 1994, с. 83-105
.[19] TIA / EIA IS-95, ОАО Мобильные станции Станция-Base совместимости стандарта для двухрежимный Спектр распространения широкополосных Цифровая мобильная система, PN-3422, 1994.
[20] К. Смолик, Дж. Уилкс, применения в беспроводных CDMA / Персональные коммуникации, Prentice Hall, 1997.