近年來，作為移動增值業(yè)務的一個亮點，定位業(yè)務(Location Service)受到業(yè)界的普遍關注。隨著政府的政策法規(guī)要求和市場本身的驅動，移動定位技術發(fā)展迅速。
　　目前，3GPP規(guī)范中采用的定位方法有三種" title="三種">三種^[3]：基于CELL ID的定位方法、OTDOA定位方法和A-GPS定位方法。基于CELL ID方法精度太低，不能滿足大多數定位業(yè)務的需求，A-GPS技術擁有優(yōu)異的定位性能，但是高昂的終端價格及在遮擋嚴重區(qū)域難以完成衛(wèi)星定位阻礙了其應用^[1][2]，而OTDOA定位方法定位精度" title="定位精度">定位精度較高，能充分利用網絡資源,且手機只做軟件上的修改，因此將來對OTDOA定位功能的支持會逐漸增多。
　　為解決OTDOA定位中的聽力(Hearability)問題，提出了IPDL^[4] (空閑周期下行鏈路)方法。OTDOA-IPDL可有效減小CDMA 網絡中遠近效應和多址干擾的影響,提高UE 對鄰近基站的監(jiān)聽能力。但OTDOA-IPDL算法存在下行鏈路容量的損失、實現復雜度較高等問題。針對這些問題，基于OTDOA又提出了一些新的改進算法，如TA－IPDL和CVB^[5]算法等。
　　本文對OTDOA及其增強算法OTDOA-IPDL、CVB給出了比較分析和仿真。
1 定位方法
1．1 OTDOA
　　OTDOA定位方法的基本原理如圖1所示^[3]。UE測量不同基站的下行導頻" title="導頻">導頻信號，得到不同基站下行導頻的到達時間差" title="到達時間差">到達時間差，根據該測量結果并結合基站的坐標，采用合適的位置計算算法，即可估算出UE的位置。

　　圖1中假定以基站a為參考，根據UE提供的導頻相位測量結果，能夠得到基站b相對于基站a的下行導頻信號接收時間差，記為TDOAab，乘以光速即可得到基站a與基站b到UE的傳播距離差，從而得到以基站a和基站b為基準的雙曲面。同樣，根據TDOAac可以得到以基站a和基站c為基準的另一雙曲面。兩個雙曲面的交界就是UE的位置。實際的位置估計算法需要考慮多基站(3個或3個以上)定位的情況，因此算法要復雜很多。一般而言，UE測量的基站數目越多，測量精度越高，定位性能改善越明顯。
1.2 OTDOA-IPDL
　　OTDOA方法存在聽力(Hearability)問題。當UE非常接近服務基站時，由于該發(fā)射機的信號強度遠遠高于其他發(fā)射機的信號強度，目標UE無法對其他發(fā)射機的信號進行測量，此時OTDOA定位方法將會失效。為解決這一問題，Ericsson提出IPDL方法。其原理是在一個很短的時間間隔內關閉服務基站的所有下行信號發(fā)射，目標移動終端檢測鄰近其他基站發(fā)送的定位信號，并求得這些基站信號到達目標移動終端的到達時間差^[4]。
　　空閑周期共有兩種模式：連續(xù)模式和突發(fā)(Burst)模式。在連續(xù)模式下，空閑周期一直以隨機的方式插入。而在突發(fā)模式下，空閑周期以一系列突發(fā)脈沖串的方式出現，每個突發(fā)包含若干個空閑周期，空閑周期的數目應保證UE能夠完成定位測量。突發(fā)之間不連續(xù)，即下一個突發(fā)出現的位置取決于突發(fā)的重復頻率。實際上連續(xù)模式可以認為是突發(fā)模式的一種特例。
1.3 CVB方法
　　CVB(Cumulative Virtual Blanking)方法由Cambridge Positioning Systems 公司提出。
　　不同于IPDL方法中在空閑周期內關閉基站的發(fā)射，CVB方法在SMLC中采用數字信號處理算法來依次消除強信號，得到較弱信號的精確時間，從而提高OTDOA定位性能。CVB可以提供與IPDL相似的性能，而其復雜度有較大降低，同時解決了系統容量損失的問題。
　　CVB方法的實現原理^[5]為：
　　定位測量開始時，UE和基站同時對下行鏈路信號進行“快照(snapshot)”。CVB“快照”是一段基帶I&Q信號的采樣值序列，要求在接收信號做任何均衡和Rake接收處理之前進行采樣。
　　采集到的“快照”通過RNC傳送給SMLC。在SMLC內，CVB算法對 “快照”采取串行迭代的信號處理方式：SMLC把來自UE的“快照”與來自不同基站的“快照”進行相關運算，對其中最大相關值所對應的基站信號的到達時間進行測量。然后對UE“快照”中來自該基站的信號分量進行估計，并從UE“快照”中去除該部分。重復上述最大相關值搜索、到達時間測量及信號消除過程，直至所有基站信號的到達時間測量完畢。這一處理算法類似于CDMA系統中多用戶檢測中的串行干擾消除。通過這一方法，可以完成對較弱信號的精確測量。一旦所有信號的到達時間都測量完畢，則可以通過標準的OTDOA方法對位置進行計算。
2 性能分析
2．1 偵聽能力
　　定位方法的偵聽能力通過UE接收到來自基站的信號的載干比進行衡量，信號的載干比要確保到達時間差的測量。計算得到的載干比與門限值進行比較，獲得可偵聽到的基站的數目，以此作為偵聽能力的衡量標準。
　　(1)OTDOA
　　OTDOA的載干比計算如下：

　　將得到的C/N+I與門限值進行比較，獲得可偵聽到的基站的數目。
　　(2)OTDOA-IPDL
　　假設來自第k個基站的信號最強，為保證對其他基站的偵聽，該最強信號被清空。與OTDOA的計算方法類似:
　　
　　將式(4)、(5)帶入式(3)，可得OTDOA-IPDL的載干比。
　　(3)CVB
　　CVB通過干擾消除的方法解決聽力問題。在對C/N+I進行計算時，把接收信號按照強度降序排列，用Rk表示依次計算每個信號的載干比。因發(fā)送給SMLC的“快照”需進行量化處理，所以CVB方法的干擾中要引入量化噪聲。

　　同樣，將得到的每一信號的C/N+I與門限值進行比較，獲得可偵聽到的基站的數目。
2.2 誤差CDF(累積分布函數)
　　根據美國FCC E-911^[6]對定位業(yè)務的規(guī)定，定位精度應該以概率誤差的形式給出，而位置估計距離誤差的CDF圖能很好地反映出定位是否滿足定位精度的要求，所以誤差CDF也是衡量定位方法性能的重要指標。
3 仿真比較
　　本節(jié)中對三種方法進行了仿真。仿真中采用的參數如下：基站發(fā)射總功率為43dBm，每個基站分為三個扇區(qū)，CPICH發(fā)射功率為33dBm，載干比的門限值采用13dB。OTDOA－IPDL方法中的空閑周期長度為5×256chips，空閑周期出現的平均頻率為10Hz。CVB方法中UE“快照”長度為512碼片，“快照”采樣率為碼片速率的2倍，“快照”總大小為512B。
　　圖2給出了三種定位方法的偵聽能力的性能比較。
　　圖3給出了三種定位方法的誤差CDF比較。

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