專利名稱：：基于td-scdma和cdma20001x網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合定位的雙模終端及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及無線定位領(lǐng)域，具體是在雙模終端終端上實(shí)現(xiàn)自定位功能。
背景技術(shù)：
：隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，基于位置的服務(wù)(LBS)已經(jīng)越來越受到人們的重視。該業(yè)務(wù)涉及交通、物流、治安、緊急狀況和日常生活等諸多領(lǐng)域，能提供導(dǎo)航、物流管理、交通信息、日程安排等眾多業(yè)務(wù)，應(yīng)用非常廣泛。同時(shí)定位的功能和性能也是影響移動(dòng)通信的性能，如無線資源管理、越區(qū)切換等技術(shù)的關(guān)鍵因素。蜂窩網(wǎng)終端定位的手段主要有兩種一種是基于終端的定位；另一種是基于網(wǎng)絡(luò)的定位。前者定位信息的解算主要在終端完成，因而不需要網(wǎng)絡(luò)和終端大量的交互信息，不僅節(jié)省了信道資源，而且由于網(wǎng)絡(luò)不知道終端的位置信息，具有一定的保密性；后者定位信息的解算在網(wǎng)絡(luò)側(cè)完成，再由網(wǎng)絡(luò)將定位結(jié)果發(fā)送給終端，因而需要在網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加額外的測(cè)量和計(jì)算中心，同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)和終端大量的交互信息，占用了一定的網(wǎng)絡(luò)資源，還存在終端位置易泄密的隱患。現(xiàn)在3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在部分城市試商用，基于3G的雙模終端也已在市場(chǎng)大量涌現(xiàn)，在此背景下研究基于TD-SCDMA/CDMA20001X雙模終端的自定位具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。3G由于其高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，為定位業(yè)務(wù)的發(fā)展提供了契機(jī)，針對(duì)不同蜂窩網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，當(dāng)前單模終端常用的定位方式主要包括基于電波傳播時(shí)間的定位方法，見張令文，談?wù)褫x.基于泰勒級(jí)數(shù)展開的蜂窩TDOA定位新算法[J].通信學(xué)報(bào)，2007，28(6),7-10，這種定位方法需要基站高度時(shí)間同步，終端需要捕獲三個(gè)及其以上基站信息才能實(shí)現(xiàn)定位，定位概率較低；基于SS0A的定位方法，該方法是根據(jù)基站發(fā)射信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)值和測(cè)出的接收信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)值，利用已知的信道衰落模型(如HaTa模型)來估算出收發(fā)信機(jī)之間的距離。但由于移動(dòng)臺(tái)所處的環(huán)境對(duì)信號(hào)傳播的影響較大，因而該方法需要知道終端所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，否則存在較大的誤差。見計(jì)征宇，皮亦鳴，舒金表.蜂窩網(wǎng)移動(dòng)定位場(chǎng)強(qiáng)法的研究與應(yīng)用[J].全球定位系統(tǒng)，2005，30(4)，18-22;還有一種是基于GPS的定位方法，該方法需要在終端增加GPS接收機(jī)，增加了成本，減少了終端的待機(jī)時(shí)間，同時(shí)由于GPS在室內(nèi)和地下停車場(chǎng)由于收不到信號(hào)而無法定位。見滕云龍，陳小平，唐應(yīng)輝.提高GPS定位精度的改進(jìn)卡爾曼濾波算法研究[J].通信與信息技術(shù)，2008，3。目前在市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了CDMA/GSM和GSM/PHS等雙模手機(jī)，但還沒有一種基于TD-CDMA/CDMA20001X的全3G手機(jī)，更沒有一種基于TD-CDMA/CDMA20001X的雙模終端定位方法。當(dāng)前的雙模手機(jī)在定位方法上大多沿用單模手機(jī)常用的方法，如GPS，這等于是一種資源的浪費(fèi)。上海貝豪通訊電子有限公司在2005年提出了一種在TD—SCDMA和WIFI系統(tǒng)下的聯(lián)合定位方法(專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510030242.6)的專利申請(qǐng)。這種方法是在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)側(cè)測(cè)量AOA和T0A，在WIFI系統(tǒng)下建立離線的RSSI數(shù)據(jù)庫(kù)，通過最大似然估計(jì)來實(shí)現(xiàn)定位，雖然在一定程度上提高了定位精度，但占用了額外的網(wǎng)絡(luò)資源，且需要建立離線的數(shù)據(jù)庫(kù)，無疑增加了定位的困難度，同時(shí)也需要測(cè)量三個(gè)基站的信息才能實(shí)現(xiàn)定位，定位概率仍然較低。本發(fā)明在現(xiàn)有雙模終端的硬件平臺(tái)下，通過信道自適應(yīng)和數(shù)據(jù)融合算法，提出了一種基于信號(hào)強(qiáng)度的雙模終端定位方法。該方法可以充分利用兩種網(wǎng)絡(luò)的資源，不需要增加額外的硬件設(shè)備，保密性高，且在選擇合適的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，具有較好的定位精度，屬于一種信息的細(xì)融合。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的終端定位方法，只能依賴單一網(wǎng)絡(luò)實(shí)施定位，需要三個(gè)及其以上基站，定位概率低，定位誤差大，需額外占用網(wǎng)絡(luò)資源等缺陷，本發(fā)明提出一種基于TD-SCDMA和CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合的雙模終端及其自定位方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，在TD-SCDMA和CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由雙模終端在終端側(cè)完成自定位功能，終端信息采集模塊從信道或終端存儲(chǔ)器中獲取雙模終端的服務(wù)基站坐標(biāo)以及導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度信息，定位數(shù)據(jù)處理模塊接收信號(hào)參數(shù)并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，完成本發(fā)明的終端自定位功能。具體包括，雙模終端根據(jù)導(dǎo)頻信道中PN偏置、同步信道中獲得的長(zhǎng)碼狀態(tài)構(gòu)造尋呼信道的長(zhǎng)碼，信息采集模塊以此捕獲尋呼信道，通過對(duì)尋呼信道的解調(diào)獲取服務(wù)基站的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息以及當(dāng)前服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的載波頻率，并由此確定雙模終端接收到的CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)下行同步碼(SYNC-DL)計(jì)算TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)強(qiáng)度；定位數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用服務(wù)基站的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息、終端當(dāng)前接收到的CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的接收信號(hào)強(qiáng)度、載波頻率以及終端運(yùn)動(dòng)類型、地形環(huán)境類型等信息，建立雙模終端運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和距離測(cè)量方程；算法模塊調(diào)用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和測(cè)量方程通過卡爾曼濾波算法計(jì)算雙模終端的位置坐標(biāo)。對(duì)于TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，通過系統(tǒng)信息塊提供服務(wù)基站的坐標(biāo)信息，雙模終端在TDD頻帶中搜索發(fā)射功率最強(qiáng)的頻點(diǎn)作為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的載波頻率;對(duì)于CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)，雙模終端根據(jù)導(dǎo)頻信道中PN偏置、同步信道中獲得的長(zhǎng)碼狀態(tài)等構(gòu)造尋呼信道的長(zhǎng)碼，進(jìn)行尋呼信道的捕獲，通過對(duì)尋呼信道的解調(diào)獲取服務(wù)基站的坐標(biāo)信息以及當(dāng)前服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的載波頻率。由步行攜帶的慢速運(yùn)動(dòng)雙模終端類型，采用勻速運(yùn)動(dòng)模型描述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程采用離散狀態(tài)方程&+^_1表示雙模終端運(yùn)動(dòng)向量；由汽車、輪船等交通工具攜帶的高速運(yùn)動(dòng)雙模終端類型，采用Singer模型、當(dāng)前統(tǒng)計(jì)模型建立運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程。雙模終端所處的地形類型指如城市、郊區(qū)、農(nóng)村等不同的類型，根據(jù)地形類型在終端數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇信道損耗衰落模型的參數(shù)信息確定相應(yīng)傳輸損耗。本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于TD-SCDMA和CDMA20001X數(shù)據(jù)融合定位的雙模終端及其定位方法，根據(jù)兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基站的相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合實(shí)施基于終端的定位手段，不僅在網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)無需增加額外的用于定位運(yùn)算的硬件設(shè)備，節(jié)省了信道和網(wǎng)絡(luò)資源；而且不需要在信道上傳遞定位信息，消除了終端位置泄密的渠道；根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)建立狀態(tài)方程，根據(jù)信道損耗衰落模型建立距離測(cè)量方程，有效降低了信道損耗衰落模型對(duì)定位誤差的影響；采用卡爾曼濾波算法和信道的自適應(yīng)傳播模型，大大提高了定位精度。圖1雙模終端定位示意圖圖2基于雙模終端的數(shù)據(jù)融合定位方法流程框圖圖3雙模終端定位流程圖圖4CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基站經(jīng)緯度坐標(biāo)獲取流程圖具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的定位方法在具有雙模功能的終端側(cè)完成，雙模終端信息采集模塊從信道中獲取定位相關(guān)的服務(wù)基站坐標(biāo)以及導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度等信息，定位數(shù)據(jù)處理模塊接收信號(hào)參數(shù)并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，完成基于TD-SCDMA和CDMA20001X的雙模終端自定位。下面針對(duì)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)作具體描述。圖1所示為雙模終端定位示意圖，雙模終端捕獲TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)和CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的下行導(dǎo)頻信道和尋呼信道，得到兩種網(wǎng)絡(luò)下各自服務(wù)基站的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息以及當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的載波頻率;分別計(jì)算雙模終端接收到的CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)強(qiáng)度和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)強(qiáng)度；定位數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用服務(wù)基站的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息、終端當(dāng)前接收到的CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)和TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度、載波頻率、終端運(yùn)動(dòng)類型(步行或乘車)以及雙模終端所處地形環(huán)境類型等信息，分別建立雙模終端運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和距離測(cè)量方程；算法模塊調(diào)用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和測(cè)量方程通過卡爾曼濾波算法計(jì)算雙模終端的位置坐標(biāo)。如圖2所示為本發(fā)明所述的基于TD-SCDMA和CDMA20001X的數(shù)據(jù)融合定位方法流程框圖，具體包括如下步驟①雙模終端接入網(wǎng)絡(luò)后，對(duì)終端進(jìn)行初始化，接收到定位指令后，啟動(dòng)定位功能，雙模終端的數(shù)據(jù)采集模塊分別捕獲TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)和CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的下行導(dǎo)頻信道和尋呼信道，分別得到兩種網(wǎng)絡(luò)下各自服務(wù)基站的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息以及當(dāng)前所用的載波頻率等信息，并將其存儲(chǔ)在終端的存儲(chǔ)器列表中。②雙模終端算法模塊根據(jù)服務(wù)小區(qū)半徑的變化、以及3GPP2協(xié)議計(jì)算對(duì)應(yīng)不同基站的導(dǎo)頻信道發(fā)射功率，并將其存儲(chǔ)在雙模終端的存儲(chǔ)器列表中。③根據(jù)導(dǎo)頻信道功率確定雙模終端接收到的CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度，算法模塊根據(jù)下行同步碼(SYNC-DL)計(jì)算TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度，將上述信號(hào)強(qiáng)度值分別保存在終端的存儲(chǔ)器列表中。④根據(jù)雙模終端所在的位置，確定雙模終端所處的地形類型(如城市、郊區(qū)、農(nóng)村等)，根據(jù)地形類型在終端數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇信道損耗衰落模型的參數(shù)信息，并將其保存在雙模終端的存儲(chǔ)器列表中。⑤用戶根據(jù)自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(如步行、乘車等)選擇雙模終端的運(yùn)動(dòng)模型，調(diào)用終端數(shù)據(jù)庫(kù)中與運(yùn)動(dòng)模型相匹配的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，將其保存在雙模終端的存儲(chǔ)器列表中。建立如表1所示的存儲(chǔ)器列表，存儲(chǔ)上述信息、狀態(tài)。表1雙模終端定位數(shù)據(jù)處理模塊存儲(chǔ)器列表信息<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>⑥雙模終端的定位數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用存儲(chǔ)器列表中的兩種網(wǎng)絡(luò)下服務(wù)基站的基站經(jīng)緯度坐標(biāo)信息、載波頻率以及基站的發(fā)射信號(hào)功率、終端當(dāng)前的接收信號(hào)強(qiáng)度值，根據(jù)信道損耗衰落模型，分別求得雙模終端到當(dāng)前TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基站的距離^和CDMA20001X服務(wù)基站的距離d。，并利用測(cè)量的距離信息建立測(cè)量方程。⑦利用用戶選擇的雙模終端運(yùn)動(dòng)類型建立狀態(tài)方程。⑧在定位數(shù)據(jù)處理模塊中利用卡爾曼濾波算法，求解狀態(tài)方程和測(cè)量方程，確定雙模終端的位置坐標(biāo)，完成基于終端的自定位。如圖3所示為雙模終端定位流程圖，上述流程的實(shí)現(xiàn)方式具體描述如下。假設(shè)雙模終端在網(wǎng)絡(luò)中注冊(cè)成功，處于雙模待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)雙模終端接收到定位指令后，便啟動(dòng)定位模塊。具體方法如下①雙模終端通過導(dǎo)頻和廣播信道分別獲取兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基站的經(jīng)諱度坐標(biāo)信息以及當(dāng)前的載波頻率。在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)雙模終端UE在當(dāng)前小區(qū)注冊(cè)后，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中就會(huì)將該UE與當(dāng)前的小區(qū)識(shí)別號(hào)(Cell-ID)對(duì)應(yīng)起來。系統(tǒng)提供該小區(qū)基站的地理位置坐標(biāo)和小區(qū)的覆蓋半徑，并通過廣播消息的形式發(fā)送給小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的所有UE。系統(tǒng)信息定時(shí)(如每5ms)廣播一次，UE處于連接狀態(tài)時(shí)，可以通過系統(tǒng)信息塊SIB15.5中的CHOICECellPosition來獲取服務(wù)基站的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息?；镜腡DD頻帶為2010-2025MHz,按1.6MHz的帶寬計(jì)算，帶內(nèi)共可容納9個(gè)頻點(diǎn)。按TD-SCDMA系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)定，第一個(gè)載波的中心頻點(diǎn)位于2010.8MHz,其他頻點(diǎn)之間的間隔一般為1.6MHz，只是在第3和第6兩個(gè)頻點(diǎn)處加0.2MHz,變?yōu)?.8MHz，最后一個(gè)頻點(diǎn)位于2024.OMHz處。當(dāng)UE開機(jī)后，就開始搜索網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)帶寬功率由強(qiáng)到弱排序，在TDD頻帶中選擇搜索到的發(fā)射功率最強(qiáng)的頻點(diǎn)作為當(dāng)前使用的網(wǎng)絡(luò)的載波頻率/，發(fā)射該頻率的基站作為當(dāng)前服務(wù)基站，由此確定一個(gè)合適的小區(qū)。由于不同基站的PN偏置系數(shù)不同，在CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)中，雙模終端開機(jī)捕獲到網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)頻信號(hào)后，解調(diào)該導(dǎo)頻信號(hào)，獲取基站的PN偏置系數(shù)，雙模終端根據(jù)PN偏置系數(shù)識(shí)別不同的基站。一旦雙模終端捕獲了一個(gè)特定基站的導(dǎo)頻信號(hào)時(shí)，即可獲知同步信道的基本定時(shí)結(jié)構(gòu)，當(dāng)基站的導(dǎo)頻信號(hào)被捕獲時(shí)，PN碼的開始也就是同步信道幀的開始，雙模終端通過同步信道獲得長(zhǎng)碼狀態(tài)、服務(wù)基站當(dāng)前使用的協(xié)議版本號(hào)等信息；雙模終端根據(jù)導(dǎo)頻信道中PN偏置、同步信道中獲得的長(zhǎng)碼狀態(tài)等構(gòu)造尋呼信道的長(zhǎng)碼，進(jìn)行尋呼信道的捕獲，通過對(duì)尋呼信道的解調(diào)可以獲取系統(tǒng)參數(shù)信息、接入?yún)?shù)信息、鄰區(qū)列表消息、信道列表消息、基站的地理位置(BASE-LAT-基站煒度、BASE-LONG-基站經(jīng)度)等消息，處理過程如圖4所示。在我國(guó)，CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)主要使用上行825MHz—835MHz、下行870MHz—880MHz的800MA段頻帶，每載波寬度為1.25MHz。在A段頻帶中，中心頻點(diǎn)頻率的計(jì)算公式為上行鏈路825.OOMHz+0.03MHz*(N-1023);下行鏈路870.OOMHz+0.03MHz*(N-1023)。當(dāng)雙模終端獲取了CDMA20001X接入?yún)?shù)信息后就知道了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)使用的頻點(diǎn)號(hào)N,這樣就可以得知當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)下行使用的載波頻率/e。②根據(jù)小區(qū)半徑的變化査詢對(duì)應(yīng)不同服務(wù)基站的導(dǎo)頻發(fā)射功率。根據(jù)3GPP和3GPP2配置基站的導(dǎo)頻功率，一般根據(jù)小區(qū)半徑的變化將其導(dǎo)頻功率分為4一5個(gè)等級(jí)，不同的廠商可能會(huì)有不同的分配等級(jí)，但是均根據(jù)使用的協(xié)議為基準(zhǔn)進(jìn)行分配。所以根據(jù)小區(qū)半徑的變化及其導(dǎo)頻功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，雙模終端根據(jù)小區(qū)半徑的變化查詢對(duì)應(yīng)不同基站的導(dǎo)頻發(fā)射功率。③獲取兩種網(wǎng)絡(luò)下雙模終端所接收的信號(hào)強(qiáng)度。雙模終端根據(jù)導(dǎo)頻信號(hào)確定雙模終端接收到的CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)下行同步信道中的下行同步碼SYNC-DL確定TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)度。接收信號(hào)強(qiáng)度指示RSSI，它是在UE端測(cè)量的參數(shù)，是由接收機(jī)脈沖成型濾波器定義的帶寬中的接收寬帶功率，包括熱噪聲和接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的噪聲。在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)幀子中的下行同步碼SYNC-DL是為下行導(dǎo)頻和同步而設(shè)計(jì)的，由基站以最大功率在全方向或某一扇區(qū)上發(fā)射。這個(gè)時(shí)隙通常是由長(zhǎng)為64碼片的下行同步碼和32碼片的保護(hù)間隔組成的。下行同步碼是一組PN碼，共32個(gè)用于區(qū)分相鄰的小區(qū)。因而對(duì)于確定的小區(qū)，其PN碼的下行同步碼是固定的，當(dāng)UE檢測(cè)到本小區(qū)的SYNC-DL時(shí)，就可以求出在當(dāng)前時(shí)刻導(dǎo)頻碼上的接收功率，由此確定所接收的信號(hào)強(qiáng)度。在CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)中，導(dǎo)頻信號(hào)與沃爾什序列H。相乘進(jìn)行變換后，再分別與兩個(gè)不同的短PN碼相乘，這兩個(gè)短PN碼相當(dāng)于I路和Q路信號(hào)的正交載波分量，獲得兩路正交數(shù)字基帶信號(hào)，F(xiàn)IR濾波器對(duì)兩路正交數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行濾波成形，用以控制發(fā)射頻譜的形狀。成型后的I和Q路信號(hào)用同相載波和正交載波調(diào)制，相加之后基站通過導(dǎo)頻信道發(fā)送出去。經(jīng)過信道衰落后，雙模終端接收到的導(dǎo)頻信道發(fā)射的信號(hào)功率表示為其中，a:^示雙模終端接收到的服務(wù)基站導(dǎo)頻信號(hào)的多徑幅度值；^為載波頻率；r,為導(dǎo)頻信號(hào)的傳輸時(shí)延；《表示導(dǎo)頻的相位偏置。假設(shè)本地導(dǎo)頻序列為s"[cos(fl^+VO+sin(^+v0]，則將本地導(dǎo)頻序列和接收到的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)，然后對(duì)自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行傅立葉變換求出功率普密度，對(duì)功率普密度在導(dǎo)頻信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行積分，就可求得在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)頻信號(hào)的接收信號(hào)強(qiáng)度。④用戶通過終端自主選擇自身所處的環(huán)境類型。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的傳播路徑非常復(fù)雜，從簡(jiǎn)單的視距傳播到各種復(fù)雜的由各種各樣障礙物，如建筑物、山脈、街道等而引起的反射、折射和散射傳播。這些影響因素的總和稱為這一地區(qū)的傳播環(huán)境。因而不同的傳播環(huán)境與信號(hào)的傳輸損耗密切相關(guān)，用戶根據(jù)雙模終端自身所處的環(huán)境條件，選擇信號(hào)傳播的環(huán)境類型(如市區(qū)、農(nóng)村等)，自適應(yīng)地選擇信道傳輸損耗方程的參數(shù)?？梢源蟠鬁p小因信道傳播損耗模型而帶來的定位誤差。⑤將兩種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下獲得的信號(hào)參數(shù)送往雙模終端的定位數(shù)據(jù)處理模塊。將獲得的上述兩種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信號(hào)參數(shù)送往雙模終端的定位數(shù)據(jù)處理模塊，將保存在雙模終端存儲(chǔ)器列表中的兩種網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)瑋度坐標(biāo)信息、載波頻率、服務(wù)基站導(dǎo)頻發(fā)射功率值和接收信號(hào)強(qiáng)度值等通過串口輸送到雙模終端的定位數(shù)據(jù)處理模塊中，定位數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用上述參數(shù)建立雙模終端運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程;根據(jù)雙模終端所處地形環(huán)境類型確定傳輸損耗，根據(jù)傳輸損耗建立測(cè)量方程。以下具體描述建立運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和測(cè)量方程的過程。⑥根據(jù)雙模終端的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)選擇合適的運(yùn)動(dòng)模型建立運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程。對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)來說，其運(yùn)動(dòng)往往滿足一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，運(yùn)動(dòng)前后的位置關(guān)系具有一定的相關(guān)性。這種相關(guān)性往往會(huì)對(duì)目標(biāo)位置的估計(jì)提供額外的信息，因此使用基于運(yùn)動(dòng)特性的定位技術(shù)能得到更優(yōu)的估計(jì)結(jié)果。例如對(duì)于慢速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，如步行的人所攜帶的雙模終端，在觀測(cè)周期較長(zhǎng)時(shí)，通?？梢杂脛蛩龠\(yùn)動(dòng)模型(C/V)來描述；對(duì)于位于機(jī)動(dòng)目標(biāo)(車輛)上的雙模終端，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模型通常用著名的Singer模型、當(dāng)前統(tǒng)計(jì)模型等來表示。下面以步行為例來闡述狀態(tài)方程的建立過程。設(shè)雙模終端的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向量為《=[#WA:b(A:X^)f，其中x(k)、表示雙模終端k時(shí)刻在x方向的位置坐標(biāo)和速度；y(k)、i^)表示雙模終端k時(shí)刻在y方向的位置坐標(biāo)和速度。則當(dāng)采樣間隔為T時(shí)，雙模終端所對(duì)應(yīng)的離散狀態(tài)方程可表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>(1)其中，K，w為雙模終端所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從k-l時(shí)刻到k時(shí)刻的轉(zhuǎn)移矩陣:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>f「^為k-l時(shí)刻雙模終端的狀態(tài)噪聲狀態(tài)噪聲協(xié)方差矩陣為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>⑦選擇信道損耗衰落模型確定傳輸損耗，根據(jù)信道傳輸損耗建立距離測(cè)量方程。根據(jù)雙模終端所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，自適應(yīng)地選擇信道傳輸損耗方程的參數(shù)。我國(guó)公布的TD-SCDMA頻段為1880M到1920M、2010M到2025M、2300M到2400M，所以采用C0ST-231-Hata模型是最適合TD-SCDMA系統(tǒng)的信道損耗衰落模型。COST-231-Hata模型是歐洲科技合作組織(COST)的COST231研究組對(duì)Hata模型加以擴(kuò)展，使載頻范圍提高至2GHz頻段，其公式為;(必)=46.3+33,9lg/—13.82lgAre-)+(44.9-6.55lgAte)lg<+CM(2)其中Lr為TD-SCDMA服務(wù)基站到雙模終端的傳輸損耗(dB):T=im信號(hào)發(fā)射功率tg;g雙模終端接收信號(hào)強(qiáng)度/為載波頻率(MHz):當(dāng)雙模終端與TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)同步后，就可以獲得當(dāng)前信道所用的載波頻率；、為基站天線高度(m):TD-SCDMA服務(wù)基站天線的高度，定義為基站天線實(shí)際海拔高度與基站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海拔高度之差，通常為15m;為了更加精確，可以預(yù)先建立基站的天線高度數(shù)據(jù)庫(kù)；/^為終端天線高度(m):—般為1.5m;a(&)為修正因子，對(duì)于中、小城市和郊區(qū)，表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>對(duì)大城市，表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>中、小型城市和效區(qū)、3dB大城市中心^為TD-SCDMA服務(wù)基站到雙模終端的水平距離(Km)，為待求量。當(dāng)用戶選擇了合適的環(huán)境類型以及獲得TD-SCDMA服務(wù)基站的發(fā)射功率和雙模終端相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)強(qiáng)度，通過(2)式就可以求出TD-SCDMA服務(wù)基站到雙模終端的距離《。根據(jù)CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的頻率范圍，在常用的幾種路徑損耗模型中，選取了與CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的頻率范圍較適合的0kumura-Hata模型。Okumura-Hata模型路徑的傳輸損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為L(zhǎng)c(dB)=69.55+26.161gfc-13.821ghte-a(hre)+(44.9-6.551ghJlgdc+C^+C(3)其中Le為CDMA20001X服務(wù)基站到雙模終端的傳輸損耗(dB):TimTx的值im信號(hào)發(fā)射功率"=1^^1=1^接收信號(hào)強(qiáng)度基站的發(fā)射功率Tx的值是在10w-20w之間幾個(gè)級(jí)別，根據(jù)所在基站的具體情況選擇相應(yīng)的級(jí)別，可設(shè)定Tx值為20W。接收信號(hào)強(qiáng)度的獲得上面已有說明，在此不再贅述。fe:載波頻率(MHz);hte:CDMA20001X服務(wù)基站天線的高度，定義為基站天線實(shí)際海拔高度與基站沿傳播方向?qū)嶋H距離內(nèi)的平均地面海拔高度之差，通常為15m;為了更加精確，可以預(yù)先建立基站的天線高度數(shù)據(jù)庫(kù)；hre:移動(dòng)臺(tái)有效天線高度(m)，定義為移動(dòng)臺(tái)天線高出地表的高度，通常為l.5m;a(hre):有效天線修正因子，是覆蓋區(qū)大小的函數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>Ccell:小區(qū)類型校正因子，在不同情況下取不同的值，大城市、郊區(qū)、農(nóng)村<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>城市郊區(qū)鄉(xiāng)村CteITain:地形校正因子。它反映的是地形環(huán)境因素對(duì)信號(hào)傳播路徑損耗的影響。表2表示的是各種地形下的C^^的參考值(單位為dB)。表2:各種地形環(huán)境下的地形校正因子參考值<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>de:CDMA20001X服務(wù)基站和雙模終端之間的水平距離(Km)，為待求量。當(dāng)用戶選擇了合適的環(huán)境類型以及獲得CDMA20001X服務(wù)基站的發(fā)射功率和雙模終端相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)強(qiáng)度，通過(3)式就可以求出CDMA20001X服務(wù)基站到雙模終端的距離d。。根據(jù)上面計(jì)算獲得的兩種服務(wù)基站到雙模終端的距離A和de建立如下的方程組<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>(4)其中，(&,JV)為TD-SCDMA服務(wù)基站的坐標(biāo)；(JCc，:^)為CDMA20001X服務(wù)基站的坐標(biāo)；^為TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量誤差，^為CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量誤差，且^，^為高斯隨機(jī)變量；(x，y)為雙模終端的位置坐標(biāo)，為待求量。(&，3V)可由下式求得zr=(A/Xl-e2)+^)sin5rA^""l-e2-sin2*其中，N為T卜SCDMA服務(wù)基站所在點(diǎn)的卯酉圈曲率半徑，W/f為該點(diǎn)當(dāng)?shù)馗叨?，^為緯度坐標(biāo)，；為經(jīng)度位置，e為地球第一偏心率(0.0818191908426214957)，"為地球長(zhǎng)半徑(6378137米)。(注:此為WGS-84坐標(biāo)到地心直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換公式)同理，可以求得(JCc，^c)。將(4)式用泰勒級(jí)數(shù)展開，得其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>(&,h)為泰勒級(jí)數(shù)展開時(shí)的初始值，通常設(shè)為兩個(gè)服務(wù)基站的中點(diǎn)，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>由(5)式可得:「力)"<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>(6)當(dāng)采樣間隔為T時(shí)，對(duì)式(6)進(jìn)行離散化:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>(7)其中Zk表示k時(shí)刻的距離測(cè)量值:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>^A表示k-l時(shí)刻到k時(shí)刻的轉(zhuǎn)移測(cè)量矩陣:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>J^表示k時(shí)刻雙模終端的狀態(tài)，；c(;t)，i:(A:)表示k時(shí)刻雙模終端在x方向上的位置坐標(biāo)和速度，y(k)，少("表示k時(shí)刻雙模終端在y方向上的位置坐標(biāo)和速度。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>^表示k時(shí)刻的觀測(cè)噪聲序列，測(cè)試表明測(cè)量噪聲為均值500-700m的隨機(jī)變量，可采用高斯統(tǒng)計(jì)分布來描述。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>觀測(cè)噪聲的方差矩陣為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>根據(jù)雙模終端運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程，距離測(cè)量方程建立隨機(jī)線性系統(tǒng)的Kalman濾波基本方程組，求解方程組，確定雙模終端的位置坐標(biāo)。根據(jù)(1)式和(7)式，建立隨機(jī)線性系統(tǒng)的Kalman濾波方程，利用卡爾曼濾波算法求解雙模終端在k時(shí)刻的狀態(tài)值J^的估計(jì)值^^，隨機(jī)線性系統(tǒng)的Kalman濾波基本方程如下(8)—(12)式所示狀態(tài)預(yù)測(cè)方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(8)200810069804.1說明書第17/18頁狀態(tài)估計(jì)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>濾波增益矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>估計(jì)誤差方差陣Zi二l7-^fcA化，w(11)預(yù)測(cè)誤差方差矩陣<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>只要給定雙模終端在0時(shí)刻的狀態(tài)初始值》。和估計(jì)誤差方差降尸o，就可以根據(jù)k時(shí)刻的距離觀測(cè)值Z^，通過上面的遞推公式計(jì)算出雙模終端在k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值i^(k=l，2，……)。就步行的人來說，一般的速度是3.6km/h，那么我們可以設(shè)定在O時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值^。為,g通常設(shè)定為4X4的0矩陣。由此我們就可以根據(jù)在22任一時(shí)刻的距離測(cè)量值^，求得在該時(shí)刻雙模終端的位置坐標(biāo)[x，y]。由雙模終端的位置坐標(biāo)我們就可以將其轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo)，步驟如下丑=1[(z+e2Wsin5)/<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>其中z值為兩個(gè)基站z值的平均值，即Z二^^，B為雙模終端的緯度坐標(biāo)，L為雙模終端的經(jīng)度坐標(biāo)，a/f為雙模終端所在點(diǎn)的高程。通過反復(fù)迭代就可以求得在任一時(shí)刻，雙模終端的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息。通過采用本發(fā)明所述的基于雙模終端的數(shù)據(jù)融合定位方法，可以根據(jù)雙模終端接收到的兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基站的信號(hào)強(qiáng)度、已知的信道衰落模型和運(yùn)動(dòng)模型，實(shí)現(xiàn)雙模終端的自定位。提高了定位的概率和定位精度。所有定位過程均在終端側(cè)完成，不需要增加額外的硬件設(shè)備和占用網(wǎng)絡(luò)信道資源，并有效阻止了終端位置泄密的途徑。以上實(shí)例僅以基于TD-SCDMA和CDMA20001X的雙模終端為例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作具體說明，但本發(fā)明并不局限于此，在本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的范圍內(nèi)，可以是基于任何網(wǎng)絡(luò)的雙模終端，同時(shí)也可以對(duì)定位算法和信道損耗模型作適當(dāng)?shù)男薷?，以提高定位的精度。?quán)利要求1.一種基于TD-SCDMA和CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的雙模終端數(shù)據(jù)融合定位方法，其特征在于，雙模終端信息采集模塊捕獲尋呼信道，解調(diào)獲取服務(wù)基站的坐標(biāo)信息以及當(dāng)前服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的載波頻率；根據(jù)載波頻率計(jì)算CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻信號(hào)功率，并確定CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的接收信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)下行同步碼確定TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的接收信號(hào)強(qiáng)度；定位數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用服務(wù)基站的坐標(biāo)信息、兩種網(wǎng)絡(luò)的接收信號(hào)強(qiáng)度、載波頻率、運(yùn)動(dòng)類型以及雙模終端所處地形環(huán)境類型確定的傳輸損耗，分別建立雙模終端運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和距離測(cè)量方程；算法模塊調(diào)用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和距離測(cè)量方程確定雙模終端的位置坐標(biāo)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，對(duì)于TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)，通過系統(tǒng)信息塊提供服務(wù)基站的坐標(biāo)信息，雙模終端在TDD頻帶中搜索發(fā)射功率最強(qiáng)的頻點(diǎn)作為當(dāng)前服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的載波頻率；對(duì)于CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)，雙模終端根據(jù)導(dǎo)頻信道中PN偏置、同步信道中獲得的長(zhǎng)碼狀態(tài)等構(gòu)造尋呼信道的長(zhǎng)碼，進(jìn)行尋呼信道的捕獲，通過對(duì)尋呼信道的解調(diào)獲取服務(wù)基站的坐標(biāo)信息以及當(dāng)前服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的載波頻率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，慢速運(yùn)動(dòng)的雙模終端采用勻速運(yùn)動(dòng)模型描述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程采用離散狀態(tài)方程A-^wA一+^^表示雙模終端運(yùn)動(dòng)向量；高速運(yùn)動(dòng)雙模終端采用Singer模型、當(dāng)前統(tǒng)計(jì)模型建立運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述距離測(cè)量方程根據(jù)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸損耗方程^(必)=46.3+33.918/-13.821g/^-a(;0+(44.9-6.551g/Ulg^+C^和CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)傳輸損耗方程Lc(dB)=69.55+26.161gfc-13.821ghte-a(hre)+(44.9—6.551ghte)lgdc+(:』+(:構(gòu)建雙模終端到兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基站的距離一和d。的方程組<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的定位方法，其特征在于，根據(jù)雙模終端所處的阿絡(luò)環(huán)境，g適應(yīng)地選擇信道傳輸損耗方程的參數(shù)。6、根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的定位方法，其特征在于，算法模塊調(diào)用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和距離測(cè)量方程采用卡爾曼濾波算法計(jì)算雙模終端的位置坐標(biāo)。7、一種基于TD-SCDMA和CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合定位的雙模終端，其特征在于，雙模終端信息采集模塊捕獲尋呼信道，解調(diào)獲取服務(wù)基站的坐標(biāo)信息以及當(dāng)前服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的載波頻率；算法模塊根據(jù)載波頻率計(jì)算CDMA20001X網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻信號(hào)功率，并確定其接收信號(hào)強(qiáng)度；根據(jù)下行同步碼確定TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的接收信號(hào)強(qiáng)度；定位數(shù)據(jù)處理模塊調(diào)用存儲(chǔ)在雙模終端存儲(chǔ)器列表中的服務(wù)基站坐標(biāo)信息、兩種網(wǎng)絡(luò)的接收信號(hào)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)類型、以及根據(jù)雙模終端所處地形環(huán)境類型確定的路徑傳輸損耗建立雙模終端運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和距離測(cè)量方程；算法模塊調(diào)用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程和距離測(cè)量方程建立隨機(jī)線性系統(tǒng)的Kalman濾波基本方程組，求解方程組，確定雙模終端的位置坐標(biāo)。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙模終端，其特征在于，對(duì)于慢速運(yùn)動(dòng)雙模終端，采用勻速運(yùn)動(dòng)模型建立運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程，由離散狀態(tài)方程A=fw—,;^一+^—,表示雙模終端運(yùn)動(dòng)向量；對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)雙模終端，采用Singer模型、當(dāng)前統(tǒng)計(jì)模型建立運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程。9、根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙模終端，其特征在于，定位數(shù)據(jù)處理模塊建5L的距離測(cè)量方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>全文摘要本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種基于TD-SCDMA和CDMA20001X的雙模終端數(shù)據(jù)融合的定位方法及終端，涉及無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。該方法提出一種通用的雙模終端定位方法，該方法通過獲取兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)基站的經(jīng)緯度坐標(biāo)以及當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所用的載波頻率；獲得雙模終端在兩種網(wǎng)絡(luò)下的接收信號(hào)強(qiáng)度；選擇雙模終端所處的地形環(huán)境類型，并建立狀態(tài)方程；根據(jù)信道損耗衰落模型建立距離測(cè)量方程；根據(jù)測(cè)量方程和狀態(tài)方程利用卡爾曼濾波算法求解雙模終端的位置坐標(biāo)，完成雙模終端的自定位。采用本方法可以實(shí)現(xiàn)位置保密性好，定位概率高，定位精度高、不占用專用信道資源，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無須改動(dòng)硬件等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于基于終端的定位系統(tǒng)中。文檔編號(hào)H04B17/00GK101286808SQ20081006980公開日2008年10月15日申請(qǐng)日期2008年6月5日優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日發(fā)明者田增山,磊羅申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)