丁媛媛 李曉恩

(煙臺職業(yè)學(xué)院電表實(shí)驗(yàn)中心，山東 煙臺 264670) (煙臺市學(xué)生資助管理中心，山東 煙臺 264003)

基于手持探測設(shè)備的CDMA2000終端的定位系統(tǒng)研究

丁媛媛 李曉恩

(煙臺職業(yè)學(xué)院電表實(shí)驗(yàn)中心，山東 煙臺 264670) (煙臺市學(xué)生資助管理中心，山東 煙臺 264003)

以現(xiàn)有基于網(wǎng)絡(luò)的移動定位系統(tǒng)的局限性為背景，對手持探測系統(tǒng)定位原理、手持探測設(shè)備的構(gòu)成及工作流程進(jìn)行了研究，給出一種基于手持探測設(shè)備的CDMA2000終端定位系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)方案，以期為無線定位技術(shù)的發(fā)展提供參考。

CDMA2000；手持探測設(shè)備；無線定位技術(shù)

由于無線定位技術(shù)能夠提供移動臺的位置信息，為打擊犯罪提供了有利條件，因此研究靈活機(jī)動、安全保密、移動性強(qiáng)的定位技術(shù)對國家安全部門和公安機(jī)關(guān)具有重大意義。為此，筆者針對現(xiàn)有基于CDMA2000網(wǎng)絡(luò)移動臺定位方案的不足，提出了一種基于手持探測設(shè)備的CDMA2000終端定位系統(tǒng)[1-2]，并給出了該系統(tǒng)的定位基本原理、構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)方案。

1 手持探測系統(tǒng)定位原理

圖1 手持探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

手持移動目標(biāo)探測系統(tǒng)在探測定位過程中主要涉及4部分實(shí)體：目標(biāo)移動臺(TMS: Target Mobile Station)、移動臺的服務(wù)基站(BS)、手持探測設(shè)備(HDE: Hand-held Detection Equipment)、其他干擾用戶(如MS1、MS2、MS3等)。這4者之間的相互關(guān)系如圖1所示。

在定位過程中，HDE始終位于TMS的服務(wù)區(qū)中。整個探測定位過程大致分為3步：①目標(biāo)信號的檢測；②目標(biāo)信號參數(shù)的估計(jì)；③目標(biāo)位置的定位解算。手持探測設(shè)備通過監(jiān)聽服務(wù)基站的下行公共信道(導(dǎo)頻信道，同步信道，尋呼信道)與目標(biāo)用戶的交互信息，獲取有用的系統(tǒng)參數(shù)。構(gòu)造長碼掩碼，通過相應(yīng)的算法產(chǎn)生長碼，完成目標(biāo)用戶的參考信號的構(gòu)造。然后對目標(biāo)進(jìn)行啞呼，目標(biāo)終端發(fā)送響應(yīng)信息，手持探測設(shè)備捕獲目標(biāo)的接入信號，同時可能接收到小區(qū)中其他移動用戶發(fā)來的信號，根據(jù)已構(gòu)造好的參考信號，首先對多址干擾進(jìn)行抑制，再對目標(biāo)信號的身份進(jìn)行確認(rèn)。確定為所要檢測的目標(biāo)后，對信號到達(dá)的時間延遲和到達(dá)角度進(jìn)行估算。通過時間延遲量來估計(jì)手持設(shè)備與移動目標(biāo)間的距離，通過接收的信號強(qiáng)度來估計(jì)移動目標(biāo)的方向，兩者結(jié)合，鎖定目標(biāo)的位置[1]。

2 手持探測設(shè)備的構(gòu)成及工作流程

圖2 手持探測設(shè)備的構(gòu)成框圖

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

手持探測設(shè)備主要由測向天線、射頻模塊、通信模塊、控制處理單元、位置信息計(jì)算模塊以及鍵盤顯示6部分構(gòu)成，如圖2所示。測向天線采用三天線結(jié)構(gòu)，手持探測設(shè)備通過測向天線接收移動目標(biāo)服務(wù)基站發(fā)來的前向信號，首先射頻模塊進(jìn)行射頻(RF)信號處理，再進(jìn)行中頻(IF)處理，A/D變換，數(shù)字下變頻處理(DDC)。然后通信模塊進(jìn)行基帶處理(BB)，對捕獲扇區(qū)的導(dǎo)頻信號信息進(jìn)行譯碼，確定目標(biāo)所在扇區(qū)的PN偏置；利用該P(yáng)N偏置進(jìn)行同步信道的捕獲，同時進(jìn)行同步信道消息的解碼，獲取PILOT-PN(導(dǎo)頻PN序列偏移)、LC-STATE(長碼狀態(tài))、SYS-TIME(系統(tǒng)時間)等系統(tǒng)參數(shù)；借助于同步信道的信息，進(jìn)行尋呼信道的系統(tǒng)參數(shù)消息捕獲，獲取基站的識別號(BASE-ID)和尋呼信道號(PCN)；利用獲取的PN偏置、BASE-ID、PCN構(gòu)造接入信道的長碼掩碼，根據(jù)相應(yīng)的長碼的生成算法生成長碼，該長碼即為所構(gòu)造的用于接入信道目標(biāo)信號捕獲的參考信號。然后手持探測設(shè)備對目標(biāo)移動臺進(jìn)行啞呼叫，射頻模塊對目標(biāo)移動臺的接入信號進(jìn)行RF處理、IF處理、A/D變換和DDC處理，通信模塊根據(jù)構(gòu)造的參考信號進(jìn)行BB處理后，獲取上行接入信道消息體中的國際移動用戶識別號(IMSI: International Mobile Subscriber Identity)，由控制處理單元查找存儲的IMSI和手機(jī)號碼的對應(yīng)表確認(rèn)是否是所需檢測的對象，否則，再次對目標(biāo)移動臺啞呼，重新進(jìn)行目標(biāo)信號的檢測，直到確定所要探測的移動臺。確定所要探測的移動臺后，由控制處理單元完成目標(biāo)信號定位參數(shù)TOA和AOA的估計(jì)[2]。位置信息計(jì)算模塊根據(jù)獲取的定位參數(shù)采用設(shè)計(jì)的定位算法進(jìn)行計(jì)算處理，同時將定位結(jié)果返回給控制處理單元，指示手持探測設(shè)備逐步逼近目標(biāo)移動臺，最終估計(jì)用戶目標(biāo)的最佳位置。鍵盤顯示用來撥號，顯示位置信息。系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

圖4 移動目標(biāo)捕獲流程

3.1CDMA2000目標(biāo)用戶信號的捕獲

構(gòu)造好本地參考信號[3]之后，進(jìn)一步獲取用戶的身份信息。手持探測設(shè)備對移動目標(biāo)進(jìn)行啞呼(目標(biāo)終端不振鈴，但通過反向接入信道發(fā)送響應(yīng)信息)，捕獲含有響應(yīng)信息的接入信號，同時可能捕獲接收到小區(qū)中其他移動用戶發(fā)來的信號，根據(jù)已構(gòu)造好的參考信號，首先對多址干擾進(jìn)行抑制，再對所接收的接入信號進(jìn)行譯碼，獲取用戶的身份信息移動用戶識別碼IMSI，確定是否為待測目標(biāo)。如果本次啞呼叫所獲得的信息不是待測目標(biāo)的身份信息，則再次進(jìn)行呼叫，直到獲得待測目標(biāo)的身份信息[4]。對移動目標(biāo)捕獲流程如圖4所示。

3.2目標(biāo)用戶的相對定位跟蹤

圖5 3個手持探測設(shè)備聯(lián)合定位組網(wǎng)示意圖

確定了接收信號為目標(biāo)信號以后，就可以通過獲取的目標(biāo)信號的定位參數(shù)對目標(biāo)進(jìn)行位置估計(jì)。手持探測設(shè)備對捕獲到目標(biāo)用戶的接入信號進(jìn)行時間延遲估計(jì)，采用群相關(guān)算法，確定接入信號的時間延遲，根據(jù)時間延遲估計(jì)與目標(biāo)的相對距離。通過三天線場強(qiáng)差分法，建立AOA查詢表。根據(jù)信號時間延遲和到達(dá)角度，通過基于概率的定位算法解算，獲得定位誤差的概率分布情況，根據(jù)定位誤差的概率分布情況，手持探測設(shè)備動態(tài)的調(diào)整與目標(biāo)用戶的相對位置，逐步逼近，就能確定目標(biāo)最佳的位置[4]。

也可以利用多個手持設(shè)備聯(lián)合組網(wǎng)，如圖5所示。通過控制中心指揮調(diào)度手持設(shè)備，改變多個手持設(shè)備的位置，使其逼近目標(biāo)，進(jìn)一步縮小目標(biāo)的位置范圍，通過多次調(diào)整，能夠方便快捷的獲取精確的定位結(jié)果。另外，根據(jù)需要，該手持設(shè)備也可和單基站車載探測定位系統(tǒng)聯(lián)合使用，首先利用單基站車載定位系統(tǒng)確定目標(biāo)的大致范圍后，再利用多個手持探測設(shè)備再進(jìn)行逼近細(xì)定位，逐步縮小目標(biāo)的區(qū)域，提高手持設(shè)備的探測能力，增強(qiáng)手持設(shè)備的作用距離。

4 結(jié) 語

筆者針對現(xiàn)有基于CDMA2000網(wǎng)絡(luò)移動臺定位方案的不足，給出了基于手持探測設(shè)備的CDMA2000終端定位系統(tǒng)的組成原理，工作流程以及實(shí)現(xiàn)方案。隨著移動通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，手機(jī)的應(yīng)用越來越普及。無線通信的發(fā)展，使移動電話成為人們通信的重要工具之一，使得利用移動電話進(jìn)行各種犯罪活動的不法分子有了更便利的通信手段。因此，移動通信的移動定位系統(tǒng)的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

[1]孫宇彤，趙文偉，蔣文輝.CDMA空中接口技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2004:61-81.

[2]楊大成.CDMA2000 1x移動通信系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003:92-141.

[3]楊大成.CDMA 2000技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2000:242-265.

[4]范平志，鄧平，劉林.蜂窩網(wǎng)無線定位[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[編輯] 易國華

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.044

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1673-1409(2012)06-N135-03