面向通导融合系统的室外组网技术研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xi19870623
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近年来,随着通信技术和互联网技术的发展和成熟,位置服务(Location Based Service,LBS)已经慢慢和人们的日常生活密不可分,各种基于位置信息的应用场景涵盖了生活的方方面面。本文讨论的时分码分正交频分复用(Time&Code Division-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,TC-OFDM)系统是一种能够实现通信导航一体化的地面定位系统,能够实现高精度的室内外无缝定位。TC-OFDM系统中定位信号复用通信信号的频率资源以及基站等硬件设备,共址同频播发,能够同时实现通信网络的正常运行和精准地导航定位。在室外广域定位场景下,TC-OFDM系统可能会存在通信信号和定位信号间干扰、扩频码的自相关干扰、基站多重覆盖、扩频码数量不足等问题。本文针对TC-OFDM系统室外大规模基站组网的需求,提出了一种新的蜂窝定位组网方案。并提出了基于二次优化的贪婪算法,来选出性能较好的扩频码用于蜂窝组网模块间的复用。设计了深度优先和广度优先算法对选出来的扩频码在组网模块内进行了分配。论文的主要工作和研究成果分为以下几个部分:一、本文从共频带系统的特征出发,阐述TC-OFDM系统的定位原理和主要应用场景,基于扩频码信号的特性,深入探究TC-OFDM扩频码的生成过程。并对扩频码影响定位性能的各项指标进行了分析,包括平衡性、自相关性及互相关性等。另外,还探究了 TDOA定位原理及衡量定位性能的多个重要指标。二、TC-OFDM系统组网方案研究。本文提出了基于蜂窝布局的组网方案用于通导融合系统,来实现室外的广域定位。在组网方案中充分的考虑了通导融合系统的特性,对提出的基站组网方案进行建模分析。通过控制蜂窝组网边长的上下界,来达到定位信号的多重覆盖,并消除区域内定位信号的互相关干扰。通过控制通信信号和定位信号的功率差,来同时满足通信和定位的性能要求。并利用了 Okumura-Hata路径损耗传输模型,对构建出的蜂窝组网模型进行了理论分析,进行了仿真验证。三、提出了一种新的筛选算法对扩频码进行优选,将选出来的满足性能的扩频码组用于组网模块间的复用。扩频码的平衡性、自相关性和互相关性对定位性能影响较大,通过分治的思想对这三个指标进行优选。其中互相关筛选复杂度是指数级的,因此本文重点探究了互相关筛选的算法和流程。在用互相关准则筛选扩频码时,通过将扩频码抽象成图论中的多个顶点,将互相关筛选问题抽象成图论中的寻找连通子集的问题,提出了基于二次优化的贪婪算法来对扩频码进行筛选。选出足够数量的扩频码组后,需要将扩频码依次分配到组网模块的每个基站中,本文将分配扩频码的过程建模成图论中的遍历问题,通过深度优先和广度优先算法分配了扩频码,提高了系统的抗多址能力。经过仿真验证和实验测试,本文提出的蜂窝组网方案能够很好地满足室外广域通导融合定位系统的要求,能够同时满足定位性能和通信性能。且蜂窝状基站布局结构有着很好地规律延展性,相对于其他结构的布局方式精度因子和定位性能更优,GDOP在0.2以下的区域相对于其他布局有了明显增加,比例达到46%。本文提出的基于二次优化的贪婪算法能够选出满足条件的扩频码组,且相较于现有算法,整体运行时间更短,具有更好的性能。本文提出的两种扩频码分配算法,邻近基站的互相关值均值分别达到-30.99dB和-30.87dB,均优于扩频码互相关值的均值。
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