Особенности позиционирования абонентов в сети GSM

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Медицина


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Розглянутi pI3m методи визначення mic-цезнаходження a6oHeHmie в мережi стЫь-никового зв'-язку стандарту GSM без вико-ристання додаткових техтчних засобiв
Ключовi слова: GSM, позицювання, радi-олокащя
Рассматриваются различные методы определения местоположения абонентов в сети сотовой связи стандарта GSM без использования дополнительных техниче-сскх средств
Ключевые слова: GSM, позиционирование, радиолокация
Different methods of positioning mobile stations in cellular nets without using additional technical equipment are observed
Key words: GSM, positioning, radiolocation
УДК 621. 396. 969. 3
особенности
позиционирования
абонентов в сети
gsm
А.И. Быбка
Старший преподаватель* Контактный тел:. 738−27−57 E-mail: bbk@kture. kharkov. ua
А.В. Дерев
Инженер радиочастотного планирования
ООО & quot-Нетплан"- Контактный тел.: 093−324−24−14 E-mail: oleksandr. dereiev@gmail. com
А.Н. Зеленин
Кандидат технических наук, профессор* E-mail: tkvt_mz@kture. kharkov. ua *Кафедра & quot-Сети связи& quot- Харьковский национальный университет радиоэлектроники просп. Ленина, 14, г. Харьков, Украина, 61 166
1. Введение
Многие операторы сотовых сетей стремятся определять местоположение мобильных абонентов. Внедрение приложений и технологий, которые позволят осуществлять мобильное позиционирование, предоставят новую сферу услуг, интересных не только пользователям, но и самим операторам, поскольку позволят получить ещё один источник доходов. Услуги могут варьироваться от слежения в интересах различных экстренных служб, до предоставления разного рода услуг на основе определения местоположения самими абонентами.
Однако GSM сети практически лишены функциональных возможностей для точного позиционирования абонентов, поскольку с самого начала они разрабатывались для передачи речи, но не позиционной или телеметрической информации.
того, чтобы базовые станции поддерживали технические решения и технологии, такие как Location Measurement Units (LMUs) или Time of Arrival (ToA). Недостатки технологий Global Positioning System (GPS) и Assisted GPS (A-GPS) делают их неподходящими для коммерческих приложений, основанных на определении местоположения абонентов. Кроме того, технологии GPS и A-GPS до сих пор недоступны в большинстве мобильных телефонов.
Таким образом, позиция пользователя должна быть определена по данным, которые в действительности присутствуют в сотовой сети.
Цель нашего исследования заключалась в том, чтобы проанализировать возможные методы определения местоположения абонента и дать им характеристику с точки зрения эффективности использования на сотовых сетях.
2. Постановка задачи
Можно рассматривать внедрение отдельной позиционирующей технологии, но для этого необходимо будет усовершенствовать значительную часть сети. В связи с этим потребуются существенные затраты, для
3. технологии позиционирования абонентов
Как правило, технологии позиционирования базируются на использовании радиолокации. Метод радиолокации основывается на измерении времени распространения сигнала между мобильной станцией ^С) и некоторым числом стационарных базовых станций
(БС). Данный метод используется для определения расстояния или направления распространения радиосигнала, а местонахождение выводится из геометрических соотношений.
Для достижения большой точности в радиолокационной системе, необходимо чтобы существовала линия прямой видимости (line-of-sight, LOS) между MC и БС. В противном случае возможны неточности в обнаружении.
Наряду с упомянутым меодом радиолокации, MC может вычислять свое собственное местонахождение, используя сигналы, получаемые от БС. Такая форма позиционирования часто относится к самопозиционированию. В подобных системах для расчета местонахождения абонента в MC устанавливается специальный приёмник.
Альтернативой является расчет позиции MC в удаленном месте, используя сигналы, полученные в БС. Такая форма радиолокации называется удаленным позиционированием и требует наличия передатчика, который должен находиться в MC.
В основе реализации радиолокационной системы могут лежать различные методы, измеряющие: угол падения сигнала (angle-of-arrival, AoA), уровень сигнала, время прохождения сигнала (time-of-arrival, ToA), разницу между временем п охождения сигнала (time-difference-of-arrival, TDoA) или их комбинации.
3.1. Угол падения сигнала
AoA технология оценивает местонахождение MC по углу прибытия (азимуту) сигнала на нескольких БC (рис. 1).
Угол падения может быть определен при условии использования нескольких антенн или фазовой антенной решетки. Направление прихода сигналов может автоматически определяться по различию фаз сигналов на элементах антенны. Можно также использовать несколько базовых станций, расположенных по соседству.
Далее используются простые геометрические соотношения для определения местоположения MC. Используя углы падения сигналов, строятся линии от базовых станций до MC, и точка пересечения этих линий указывает положение MC (рис. 1). Для расчета позиции абонента, AoA метод требует приема сигнала от MC минимум на двух БС
Наличие многолучевого распространения радиоволн и эффекта рефракции в значительной степени затрудняют применение данного метода для определения местоположения, так как результаты расчетов в итоге могут сильно отличаться от реальности.
БС 1
ф 2
3
БС 3
Рис. 1. Определение местоположения абонента при использовании технологии АоА
3.2. Уровень сигнала
Радиолокация, работающая на измерениях уровня сигнала, использует математическую модель затухания при прохождении сигнала от МС до БС. Измерение уровня принятого сигнала дает возможность оценить расстояние между МС и БС.
По уровню принятого сигнала, вокруг каждой БС обрисовывается окружность. Местоположение М С может быть определено в точке пересечения минимум трёх окружностей.
Рис. 2. Определение местоположения абонента при использовании измерений уровня сигнала
На практике уровень сигнала от мобильного телефона в месте приема зависит от многих причин, и в большинстве случаев данной метод не сможет обеспечить требуемую точность определения местоположения абонента, а потому может использоваться в качестве вспомогательного.
3.3. Время прохождения сигнала Расстояние между МС и БС вычисляется по результатам измерения одностороннего времени распространения сигнала между МС и БС. Геометрически, строится окружность, в центре которой находится БС и на дуге которой находится MS. Полученное значение времен прохождения сигнала (йте-о^агггуа1, ТоА) в ьй
БС дает нам уравнения окружности с радиусом _ _
где З-(хмс)=|хБа -хмс|, хБа — местоположение ьй БС, хмс — местоположение МС и с — скорость света. Используя минимум 3 базовых станции, можно определить местоположение МС на пересечении трёх окружностей (рис. 2).
Поскольку метод ТоА и метод, основанный на измерении уровня сигнала, базируются на измерении расстоянии между МС и БС, они часто относятся к дальномерным системам.
3.4. разница времени прохождения сигнала Заключительный класс радиолокационных технологий базируется на подсчете разницы между временем прохождения сигнала (time-difference-of-arrival, TDoA), принятого на парах БС. В TDoA технологии, используется временная разница между прибытием сигнала. В этом случае время передачи сигнала знать не нужно. Кривая разностей времени приема сигнала на двух БС представляет собой гиперболу. Таким об-
c
разом, TDoA измерение определяет линию возможного расположения абонента как гиперболу, в фокусе которой находится одна из двух БС. Для базовых станций i и j, уравнение гиперболы, gij имеет вид:
gij =
di (xmc) — dj (xMC)
В общем случае, для N БС, получающих сигнал от МЗ, может быть сделано N-1 TDoA измерений. Таким образом, местоположение МС может быть определено после N-1 измерений.
БС! Л…d… V МС d
1.3… Д
БСз
Рис. 3. Радиолокация по технологии TDoA
Для радиолокации по технологии TDoA, позиция МС определяется по пересечению гипербол (рис. 3). Кривая представляет собой постоянную разностей расстояний до МС по отношению к первой БС, gi4 = di — d1.
С нашей точки зрения, данный метод выглядит наиболее привлекательно, поскольку позволяет получить более высокую точность обнаружения местоположения абонента, однако и его применение требует доработки оборудования.
3.5. Сигнатурный метод
Уникальным методом позиционирования мобильных телефонов, не имеющим аналогов в классической радиопеленгации, является метод сопоставления образов (сигнатур) мест расположения (LPM — Location Pattern Matching) абонента, использующий
технологию анализа параметров радиосигнала и характеристик его многолучевого распространения. Измеряя фазовые, временные и амплитудные параметры фрагментов радиосигнала мобильного телефона, отраженного от препятствий (зданий, возвышенностей и т. п.), базовая станция оценивает структуру подобного «радиоотпечатка& quot- сигнала и вычисляет его «сигнатуру& quot-. Полученная информация сравнивается системой с базой образцов таких «сигнатур& quot-, соответствующих разным вариантам расположения мобильного абонента на местности. Однако данная система будет дорогостоящей и очень сложной при внедрении для только развивающихся операторов сети GSM.
4. Выводы
В результате рассмотрения различных методов позиционирования можно сделать вывод о том, что определение местоположения абонента сотовой сети стандарта GSM с высокой точностью возможно только при условии внесения изменений в структуру и алгоритм работы сети. При существующих возможностях сотовых сетей, точность определения, в большинстве случаев, будет невысокой.
Литература
Gordon L. Stuber, James J. Caffery, Radiolocation Techniques, CRC Press LLC, 1999
Frederic Gustaffson, Frederic Gunnarson, Positiononig using time-difference of arrival measurements Muhammad Aatique, Evaluation of TDOA techniques for position location in CDMA systems.
c

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой