定位分析蜂窩通信物聯網技術

王昭 張寶營 袁飛

【摘?要】隨著信息產業快速發展，各行各業需求增加，物聯網飛速發展。蜂窩物聯網已經成為了關注的焦點，定位技術已成為發展的核心。

【關鍵詞】物聯網;蜂窩通信;定位

Positioning analysis cellular communication IoT technology

Wang Zhao，Zhang Bao-ying，Yuan Fei

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， Ltd?Xi'an?Shanxi?710000）

【Abstract】With the rapid development of information industry， the demand of all walks of life is increasing， and the Internet of Things is developing rapidly. Honeycomb Internet of Things has become the focus of attention， and positioning technology has become the core of development.

【Key words】Internet of Things;Cellular Communications;Location

1. 引言

（1）近年來，隨著通信技術的快速發展，無線蜂窩移動通信技術成為了大家關注焦點。1996年10月美國聯邦通信委員會發布了無線E9ll呼叫緊急服務功能。針對E911定位要求的具體實施，聯邦通信委員會的核心是所有移動通信網絡必須分階段提供緊急呼叫用戶的經緯度位置信息。各國各大公司已開始制定自己的GSM，IS-95CDMA和第三代移動通信系統定位實施方案。 尤其是，3GPP和3GPP2上的要求更具體，這也是對蜂窩無線定位的肯定。

（2）另外，物聯網對移動用戶服務的需求日益劇增。蜂窩網絡無線定位技術可以處于通話狀態和空閑時獲取地理位置等信息，利用物聯網的位置信息，運營商可以獲取位置環境信息可以向用戶提供諸如查詢和緊急情況的各種增值服務。救援，智慧城市，智能交通，雪亮工程，智慧電網，廣告等運營，維護和管理的輔助數據，以及移動通信網絡。迄今為止，基于蜂窩網絡的無線定位技術研究取得了很大進展。基于蜂窩網絡定位技術的物聯網有望在未來幾年迅速發展。

2. 物聯網特點簡介

傳統的計算機網絡連接“人”或計算機或終端設備的用戶，而物聯網不僅指“人”，還指“東西”或各種設備和設施。如果將現有計算機網絡與連接到虛擬世界的信息網絡進行比較，則可以將物聯網與通過虛擬世界連接網絡將物理世界相互連接的網絡進行比較。使得生產經營等項目，直接掛鉤在一起。基于傳統網絡的信息和服務必須通過人為判斷和操作應用于項目或目標設備。物聯網的概念是目標設備或物品直接通過網絡接收信息數據進行預判和操作。學者們相信，將來，人工操作的信息數據的傳輸和接收將大大減少，物體或智能設備對信息數據的傳輸和接收將大大增加。這意味著設備或對象的智能操作自動取代了更多的手動操作。但實際上，采集監控只是物聯網功能的一部分，對物聯網的看法主要是“感知”，因此大多數人將物聯網視為傳感器網絡。雖然它只是一部分，但它是一個非常重要的部分。

3. 蜂窩通信技術

（1）當前的移動通信技術屬于無線蜂窩移動通信。 在移動通信中，有許多方法可以使用正六邊形單元進行覆蓋，例如使用方形單元，三角形單元和正六邊形單元無縫覆蓋地面，并且頻率規劃很容易。 由于基站天線便于設置并且總體成本較低，因此普通移動通信使用常規六邊形小區進行覆蓋規劃。 通常稱為蜂窩移動通信，因為通常的六邊形連接之一無縫地覆蓋地面，就像蜂巢一樣。

（2）今天的GSM、CDMA，3G通信，包括以前的模擬移動通信，都是蜂窩移動通信。 蜂窩通信采用蜂窩無線組網方式，通過無線信道連接在終端和網絡設備之間，從而使用戶能夠在活動期間相互通信。 它的主要特點是終端的移動性，它具有自動漫游和切換本地網絡的功能。 蜂窩移動通信服務是指由諸如移動交換子系統和基站子系統之類的設備組成的蜂窩移動通信網絡提供的如語音，數據和視頻圖像的服務。 蜂窩移動通信服務包括：900 / 1800MHz GSM，800MHz CDMA第二代數字蜂窩移動通信服務。

（3）由于蜂窩通信在全球范圍內非常成功并且發展迅速，因此業務需求遠遠超過最初的預期。 在大多數情況下，運營商僅限于固定頻段，幾乎不可能增加其頻譜，也無法擴展自己的模擬技術以跟上需求的發展。 新的技術可以更有效地使用頻譜，為用戶提供更高的安全性和更多的便利性。 然而，分配給這些新技術的頻段往往與舊技術所使用的頻段重疊，使傳輸策略復雜化。

（4）事實上，900MHz頻段已在歐洲大量使用，800MHz頻段已在北美廣泛使用。歐洲900MHz分配頻率的主要模擬標準是全接入通信系統，多數亞洲國家同時使用兩個頻段。盡管一些歐洲國家使用其他標準GSM是900MHz頻段的數字系統，已被歐洲采用作為通用標準并在許多用途中使用 世界上其他國家。 一個非常有用的漫游設備。 此外，GMS標準已用于1800MHz（DCS 1800）。 由于一些國家正在建設單獨的1800 MHz網絡，而另一些國家則試圖通過此頻段增加其GSM容量度。更常用的是GMS-900和GSM-1800，而不是GSM和DCS1800，在兩個頻帶上使用相同協議。

4. 定位分析無線蜂窩物聯網技術

移動無線蜂窩網絡對物聯網定位的方法主要有三類：

基于電波場強的定位技術;

基于電波到達入射角 （AOA）的定位技術;

對于電波到達時間 （TOA）或到達時間差 （TDOA）的定位技術。

4.1?場強定位技術。

從物聯網到基站的距離和電場強度定位技術與物聯網接收的信號強度成反比?？梢酝ㄟ^測量到接收信號的場強和已知信道衰落模型以及發送信號場強來估計收發信機。距離的多次測量之間的距離（至少三次）可以估計物聯網的位置。此技術的關鍵是怎樣建立準確反映服務傳播范圍的無線電波傳播模型，實際操作卻很難實現。另外，由于小區站點的天線的傾斜，扇區特性，無線系統的不斷調整以及地理環境，車輛等因素將對定位精度產生影響。給予移動通信環境中無線電波傳播的復雜性，確定了該技術在定位精度方面的局限性，但該技術相對簡單易用，并且在精度要求不是很高時仍然使用。為了提高其準確定位性能，人們開始研究在無線電波傳播中使用射線追蹤方法從而來提高定位精度。

4.2?到達入射角的定位技術。

到達入射角的無線電波的定位技術利用基站的陣列天線來測量物聯網的無線電波信號的入射角，以及從基站到物聯網的徑向連接，即測量線和2構造兩條線的交集。物聯網的位置。因為只有兩條線相交，主要是，這種方法不會導致定位模糊?？墒?，它需要在每個小區基站中安排4到12個天線陣列。這些天線陣列主要問題是確定物聯網向基站發送信號的角度。當多個基站發現源，它們每個都從基站提取射線，這些射線的交叉點是物聯網的位置。 AOA的優勢在于，只有兩個基站需要加入才能實現物聯網定位，并且互聯網的位置沒有任何歧義。然而，該技術需要在現有基站上增加天線陣列，從而增加了建設成本。估計無線電波的到達角受到由于多徑等環境因素引起的無線電信號波陣面失真的影響，并且當物聯網遠離基站時，對基站的定位角度偏差也會更小。這是一個很大的錯誤。

4.3?傳達時間/傳達時間差的定位技術。

（1）傳達時間/傳達時間差定位技術是無線蜂窩網絡定位系統中最廣泛使用的技術之一。傳達時間定位技術測量直線從目標對象的互聯網到基站的距離，并且可以根據空中電磁波的傳播速度獲得基站與對象互聯網之間的距離。物聯網到基站的距離是圓的半徑，位于基站的中心。上述測量計算由多個基站執行，物聯網的二維位置坐標可以通過三個圓的交點確定。傳達時間定位技術要求接收信號的基站知道IoT將發送信號的時間，并要求基站具有非常精確的時鐘。為了克服這個缺點，不是通過絕對到達時間來確定物聯網的位置，而是通過檢測到達兩個基站的IoT信號的時間差來定位來實現物聯網定位的到達時差。提出了技術。時間同步的要求已大大降低。顯然，兩個基站的雙曲線是物聯網必須關注的。因此，需要獲得物聯網二位位置坐標，必須建立更多個雙曲線方程或兩個并求解雙曲線的交點。

（2）上述兩種基于時間的定位技術確?；緩慕邮盏腞F信號中準確地提取延遲估計，而無需實現物聯網的高精度而無需對現有網絡設備進行顯著改變。 只需要。 因此，定位是蜂窩網絡無線電定位技術研究的重點。TruePosition的40米精確定位服務使用U-TDOA定位技術。

5. 總結

隨著無線蜂窩移動通信的發展，定位技術應用應該更加廣泛，因此研究無線蜂窩通信技術的物聯網是非常重要的事情，也是值得的。 目前，基于無線蜂窩物聯網定位技術還存在很多問題，除了改進現有的算法，研究蜂窩移動通信網絡的定位性能，提高定位精度外，還有各種網絡算法，還需要考慮。 互聯網發展變化的東西，就是算法的可行性。 因此，基于無線蜂窩通信技術的物聯網的準確性必將大大提高，定位技術的應用范圍將更加廣泛。

參考文獻

[1]?趙聰，現代蜂窩移動通信系統中定位技術 ， 廣東通信技術， 2011（09）.

[2]?吳靜，3G 定位業務的網絡結構分析，移動通信， 2006（05）.

[3]?張朝柱，TDOA技術在 GSM和 CDMA網絡中的應用分析 [J]. 黑龍江大學白然科學學報，2010 （3）.

[4]?王映民，孫韶輝等，TD-LTE技術原理與系統設計，北京： 人民郵電出版社， 2010.

[5]?范平志，蜂窩網無線定位技術 [M]，北京電子工業出版社， 2001.