超宽带无线定位算法性能分析

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超宽带无线通信技术是目前通信领域中的热点技术。它是一种不需要载波,而采用时间间隔小于纳秒级的脉冲进行通信,具有非常宽的频谱,也被称做无载波或脉冲无线电通信。它属于短距离无线通信技术,具有传输速率高、系统容量大、损耗功率低、隐蔽性好、截获率低、处理增益高和多径分辨能力强等优点,这使它能够较好的满足无线通信技术在室内定位的要求。无线定位,就是指利用现有的无线通信网络资源,通过估计移动终端与各基站之间的信号参数,并在网络或者移动终端中借助一定的定位算法,确定移动终端的位置。其具体实现主要分为两大步骤:第一步,定位测量参数的估计。通过参数估计算法,从接收端获得信号到达时间、到达角度信息等相关测量参数;第二步,定位算法的实现。利用获得的相关测量参数代入到相应的定位算法中,就可以求解移动终端的位置。由于近年来用户对于不同业务的需求成为对可移动终端定位研究的重要驱动力量,这使得室内移动终端定位课题成为当前研究的热点。综上所述,基于超宽带的无线定位技术是一门具有大量实用价值和研究意义的课题。因此,本文在广泛阅读国内外经典文献以及查阅超宽带和无线定位方向的最新研究成果的基础上,对基于超宽带的无线定位技术进行了系统的研究。针对其中所包含的关键问题,提出了两点改进的方案。第一点改进方案是将现在现有的常用定位方式和经典定位算法的二维模型,全都扩展为三维模型。这主要是因为以往研究的定位技术主要针对于室外定位技术,其主要应用在军事领域中的雷达导航和跟踪等方面。而如今定位技术主要是面向民用领域,人们对短距离室内定位业务的需求正在不断加大,其主要应用在物流运输等行业,传统的二维定位模型已经不能满足人们对定位业务的需求,因此为了适用当前室内定位技术的发展,该论文对定位方式的建模和定位算法的推导均扩展到三维空间下进行,其中详尽描述了对TOA、TDOA和AOA等定位方式以及Chan算法和Taylor算法等定位算法的三维推导。在随后进行的模拟仿真试验结果中表明,扩展成三维模型后的定位方式和算法其定位性能没有受到影响。第二点改进方案是对定位性能比较理想的Chan算法与TDOA/AOA混合定位方式进行结合与改进,得出一种能够适用在三维空间下的基于Chan的混合定位算法,且该算法增加的计算复杂度有限。在LOS环境下,通过对该算法在AWGN信道和IEEE802.15.4a标准提供的UWB信道中的性能进行仿真,其结果表明该混合定位算法无论在哪种信道下都优于单独使用Chan算法时的性能,因此它是一种比较理想的定位算法。此外,该论文还对提出的新算法在NLOS环境下进行性能仿真,但仿真结果表明该算法在NLOS环境中的定位性能损失比较严重,这是因为在测量参数估计环节没有对NLOS信号进行优化,导致接收端采用相关检测法获得的TOA值有较大的时延。因此提高UWB无线定位技术的性能所要涉及的内容很多,我们不光要对定位方式和算法进行优化,还要对其接收到的参数估计方法进行改进,才能从根本上解决NLOS信号对定位性能带来的影响,从而提高定位的性能,这也是今后进一步研究的内容方向。
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