基于能量檢測(cè)TOA估計(jì)的超寬帶室內(nèi)定位研究.pdf

1、伴隨無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們進(jìn)入高度信息化的網(wǎng)絡(luò)社會(huì)，對(duì)通信質(zhì)量的要求也在不斷提高。地點(diǎn)定位信息作為信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要組成部分，更是吸引了國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注，成為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的新興研究領(lǐng)域。根據(jù)投資銀行Rutberg公司、無(wú)線數(shù)據(jù)研究集團(tuán)和國(guó)際數(shù)據(jù)公司等的預(yù)測(cè)，未來三年內(nèi)無(wú)線定位技術(shù)應(yīng)用將占有超過上百億美元的市場(chǎng)份額，具有廣闊的發(fā)展前景。對(duì)比多種室內(nèi)定位技術(shù)，超寬帶室內(nèi)定位憑借其優(yōu)異的性能成為室內(nèi)定位的首選。國(guó)際許多一流的大學(xué)以及

2、其研究機(jī)構(gòu)等，都在積極的進(jìn)行著對(duì)UWB系統(tǒng)的研究工作，然而我國(guó)對(duì)超寬帶的研究剛剛起步，因而具有很大的發(fā)展前景。
　　 超寬帶采用持續(xù)時(shí)間為納秒至亞納秒級(jí)的脈沖信號(hào)進(jìn)行通信，具有很強(qiáng)的時(shí)間分辨率，且具有相當(dāng)大的帶寬，基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的TOA算法充分發(fā)揮了超寬帶的特性，通過Cramer-Rao下界分析可知，TOA算法可以達(dá)到厘米級(jí)別的定位誤差。相干TOA估計(jì)在傳統(tǒng)的信號(hào)處理中經(jīng)常使用，然而在對(duì)超寬帶的接收處理方面遇到了很多瓶頸，相比

3、而言，基于能量檢測(cè)的TOA估計(jì)雖然定位精度略低，但其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。綜合上述，基于能量檢測(cè)的TOA估計(jì)最能體現(xiàn)超寬帶的特性，且具有很強(qiáng)的操作性，成為室內(nèi)超寬帶定位方法的首選。
　　 本文首先介紹了具有代表性的基于能量檢測(cè)TOA估計(jì)的三種算法，MES算法、TC算法、MES-SB算法。通過仿真對(duì)比得知，三種算法沒有一種能在所有的信噪比階段取得最優(yōu)性能，在各信噪比階段各有優(yōu)劣。在我們需要重點(diǎn)關(guān)注的中高信噪比階段，TC算法明顯優(yōu)

4、于其他兩種算法。分析TC算法的原理得知，TC算法中歸一化門限的設(shè)置是影響性能的關(guān)鍵。在不同信道、不同信噪比條件下，歸一化門限的取值不同。然而，信噪比和信道很難精確估計(jì)，此問題嚴(yán)重制約了TC算法的實(shí)際運(yùn)用。為了方便操作，TC算法只能將歸一化門限設(shè)置為某一固定值，盡量使得該算法在不同信道、較大范圍的信噪比范圍內(nèi)，取得較好的定位估計(jì)。本文設(shè)想如果能找出信噪比及信道特征有關(guān)的參數(shù)，然后利用這些參數(shù)對(duì)TC算法的歸一化門限進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，算法性能會(huì)有

5、一定提升且適用性大大增強(qiáng)。
　　 理論分析得知，采樣接收序列的最大最小能量值之比(MMR)包含信噪比和信道信息，而峭度(K)含信噪比信息，且這兩個(gè)參數(shù)容易從采樣接收序列中得出。文中選取MMR和K進(jìn)行歸一化門限的設(shè)置，設(shè)想提出一種基于能量檢測(cè)的MMR-K-TC算法。通過IEEE802.15.4a室內(nèi)信道CM1和CM2實(shí)驗(yàn)仿真，求出MMR、K和歸一化門限三者之間的關(guān)系。最后通過三維非線性曲線擬合，得到歸一化門限與MMR、K的表達(dá)式。