池剛毅,商亮,孫浩,韓云波( 中國移動通信集團公司,北京 0003; 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司,北京 00080)
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基于三維空間特征庫的MR定位系統(tǒng)
池剛毅1,商亮1,孫浩2,韓云波2
(1 中國移動通信集團公司,北京 100032;2 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司,北京 100080)
摘要本文提出一種基于三維空間特征庫的MR定位系統(tǒng),利用確定性傳播模型,建立三維空間接收場強特征庫,并以此對MR進行精確定位,確定MR中每條記錄發(fā)生的空間位置。這樣就可以幫助運營商對網(wǎng)絡(luò)的盲點、熱點等進行精準(zhǔn)定位,進而有目的地進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化。
關(guān)鍵詞MR定位;確定性傳播模型;MR
測量是無線通信系統(tǒng)的一項重要功能。物理層上報的測量結(jié)果可以用于系統(tǒng)中無線資源控制子層完成諸如小區(qū)選擇/重選及切換等事件的觸發(fā),也可以用于系統(tǒng)操作維護,觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài)。測試報告就是由系統(tǒng)測對終端上報的測量結(jié)果周期性地進行采集和存儲。
測量報告中包含手機接收場強、鄰區(qū)以及終端與扇區(qū)的夾角(AOA)等寶貴的信息。測量報告收集的是全網(wǎng)用戶的手機接收場強等信息,對于評估網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況、定位問題等都能夠提供強有力的支持。但是由于可能涉及用戶的隱私,因此測量報告中不包含經(jīng)緯度,所以無法確定用戶所處的地理位置。
無線系統(tǒng)的定位技術(shù)通常都是基于統(tǒng)計傳播模型,如自由空間模型,Cost-231等,估算基站到終端之間的電波損耗,進而反推出發(fā)射機與接收機之間的距離[1]。然后再根據(jù)接收機接收信號的特性,如:到達時間(TOA);接收信號強度(RSS);到達角(AOA)。
但是基于傳統(tǒng)統(tǒng)計模型的定位系統(tǒng)通常只能用于地復(fù)雜度的無線場景[2~4],對于復(fù)雜無線環(huán)境條件,使用統(tǒng)計模型進行定位,準(zhǔn)確率會大大降低。
本文提出的三維空間特征庫首先將三維空間柵格化,然后借助確定性傳播模型對每個空間柵格進行結(jié)果填充,建立三維空間接收場強特征庫。
2.1三維空間柵格化
傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)(GIS)通常是將地圖平面進行柵格化處理,即將數(shù)字地圖劃分為若干柵格,不涉及三維空間。本方法則是將三維空間進行立體柵格化處理,建立三維空間柵格。上述三維空間柵格不僅具有傳統(tǒng)GIS系統(tǒng)中地理柵格的經(jīng)緯度信息,同時還具有高度信息。
由于用戶通常不僅活動于地面上,還活動于樓宇中。因此采用傳統(tǒng)的二維柵格處理方式,無法體現(xiàn)用戶的空間位置關(guān)系,最終導(dǎo)致MR定位偏差。而借助于本文中的三維空間柵格化方法,進而建立接收場強特征庫,就可以體現(xiàn)空間位置關(guān)系,實現(xiàn)更準(zhǔn)確的定位。
2.2確定性傳播模型
本文所使用的確定性傳播模型為射線跟蹤模型,主要集中于室外無線環(huán)境,并根據(jù)電波傳播的負(fù)載程度分為城市模型和農(nóng)村模型兩種。本模型能精確到1×1 m柵格,并且能夠?qū)Σ煌叨鹊钠矫孢M行傳播預(yù)測。
2.2.1城市模型
城市模型適用于視距環(huán)境和非視距環(huán)境,該模型基于發(fā)射發(fā)彈射線+UTD技術(shù),同時采用多刃型衍射和增強戴高特算法。在計算時將基站計算范圍內(nèi)的區(qū)域劃分為3種:近區(qū)、遠區(qū)和傳播區(qū),如圖1所示。
圖1 城市模型中不同區(qū)域的劃分
在上述不同的區(qū)域內(nèi)采用不同的計算方式。
2.2.2鄉(xiāng)村模型
鄉(xiāng)村模型基于多刃型衍射技術(shù),同時采用增強戴高特算法對模型進行修正。路徑損耗計算公式如下:
如圖2所示,利用射線跟蹤傳播模型可估算出每個基站(BS)在空間上不同位置的參考信號(RS)接收場強,將計算得到的場強填充到對應(yīng)的空間柵格中。這樣每個空間柵格上就具備了不同基站在這同一個柵格上不同接收場強,再將所有空間柵格進行組合,就完成了三維空間特征庫的建立。
表2 A和B的取值
圖2 MR定位算法原理圖
已知每個基站的地理位置(ai, bi)及對應(yīng)的每個基站再特定的RSS條件下的覆蓋距離ri。那么對于終端的上報MR的地理位置(x,y),可以得到:
根據(jù)公式5,定位的結(jié)果可能存在多個解,即(x1,y1),(x2,y2)……(xn,yn)。因此,需要將結(jié)果帶入:
為了驗證定位的準(zhǔn)確性,本次采用一部終端的MR數(shù)據(jù),并且該終端會根據(jù)預(yù)定路線,每間隔15 min移動50 m,共采集8 h數(shù)據(jù)。然后利用上述數(shù)據(jù),使用Cost-231模型和本文提出的確定性傳播模型分別對上述MR數(shù)據(jù)進行定位。最后,使用定位的結(jié)果,與終端記錄的GPS結(jié)果進行逐點對比,計算兩者之間的差異。
如圖3所示,采用確定傳播模型和傳統(tǒng)統(tǒng)計模型兩種情況下定位結(jié)果差異很大。采用確定傳播模型進行MR定位,定位結(jié)果與終端GSP結(jié)果相差平均距離為90 m;而采用Cost-231模型,兩者相差的平均距離超過了200 m,達到了225 m。
另外,從累計積分概率分布圖(CDF)可以看出,采用確定傳播模型進行MR定位,定位結(jié)果有80%以上的定位結(jié)果,與終端的GSP結(jié)果相差距離小于150 m。而采用Cost-231模型定位的結(jié)果,相同條件下,與終端的GSP結(jié)果相差距離達到了250 m。
綜上,可以看出,采用本文提出的確定傳播模型進行定位的性能要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的利用統(tǒng)計傳播模型進行定位。定位的精確度能夠提高100 m以上。
圖3 不同傳播模型MR定位結(jié)果對比
本文提出一種基于確定性傳播模型的MR定位系統(tǒng),能夠?qū)R進行精確定位,確定MR中每條記錄發(fā)生的地理位置。本文提出的方法結(jié)果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法。定位的精確度能夠提高100 m以上。這樣,利用本文提出的方法,運營商及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化人員就可以非常輕松、快捷地對網(wǎng)絡(luò)的盲點、熱點等進行精準(zhǔn)定位,進而有目的地進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化,節(jié)省了大量的人力和物力。
參考文獻
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A MR location system based on three dimensional character library
CHI Gang-yi1, SHANG Liang1, SUN Hao2, HAN Yun-bo2
(1 China Mobile Group Co., Ltd., Beijing 100032, China; 2 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)
AbstractA MR locating system based on three-dimensional character library is presented in this paper, using certainty propagation model to build a three-demensional character library of RSRP, and locating the MR accurately.Using this system could help vendors to discover blind spot and hot spot in the cellular system to plan and optimize the network.
KeywordsMR location; deterministic propagation model; MR
收稿日期:2015-01-07
中圖分類號TN929.5
文獻標(biāo)識碼A
文章編號1008-5599(2016)03-0025-03