Методы определения местоположения пользователя в информационных радиосистемах в условиях многолучевого канала с угловой дисперсией

• Автор: Семенов, Виталий Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА I. Определение местоположения пользователя внутри помещения с использованием инфраструктуры сетей беспроводного доступа в Интернет (Wi-Fi сети)
1.1. Метод, основанный на функции частотной когерентности передаточной характеристики канала
1.1.1. Функция частотной когерентности
1.1.2. Метод определения местоположения пользователя
1.1.3. Результаты моделирования для прямоугольной однородной
комнаты
1.2. Упрощенные методы определения местоположения
1.2.1. Методы позиционирования
1.2.2. Результаты моделирования для прямоугольной однородной
комнаты
1.3. Эффективность методов определения местоположения пользователя в «реальных» помещениях
1.3.1. Рассмотренные топологии помещений
1.3.2. Метод на основе функции частотной когерентности
1.3.3. Упрощенные методы
1.4. Заключение по первой главе
ГЛАВА II. Основные характеристики системы мобильной связи с
частотно-сканирующей антенной решеткой на базовой станции
2.1. Обработка сигналов в системе мобильной связи
2.1.1. Пространственное разделение пользователей
2.1.2. Параметры антенной решетки с частотным сканированием

2.1.3. Выходной сигнал антенной решетки для разных моделей
угловой дисперсии канала
2.2. Аналитические выражения для основных характеристик системы
2.2.1. Отношение сигнал-шум
2.2.2. Вероятность битовой и пакетной ошибки
2.2.3. Пропускная способность
2.3. Сравнительный анализ с системами на основе других типов
антенн
2.3.1. Система с секторной антенной
2.3.2. Система с многолучевой антенной решеткой
2.3.3. MIMO-система с обратной связью
2.4. Заключение по второй главе
ГЛАВА III. Определение местоположения пользователя в системе мобильной связи с частотно-сканирующими антенными решетками на базовых станциях
3.1. Методы определения местоположения пользователя
3.2. Плотность вероятности отношения сигнал-шум и угловой дисперсии сигнала на базовых станциях
3.3. Интегральные функции распределения ошибки позиционирования
3.3.1. Гауссова модель многолучевого канала
3.3.2. 3 GPP модель многолучевого канала
3.4. Заключение по третьей главе
Заключение
Список литературы
Список сокращений
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации
В современном мире происходит интенсивное развитие информационных радиосистем [1-3]. Одним из актуальных направлений исследований в этой области является определение местоположения мобильного объекта с помощью инфраструктуры систем сотовой связи [4-8] или локальных беспроводных сетей [9-10]. Интерес к проблеме синтеза новых методов позиционирования обусловлен возможностью использования существующих сетей беспроводной передачи данных.
Основными препятствиями для достижения высокой точности определения местоположения объекта и эффективности методов обработки сигналов являются сложные условия распространения радиоволн в пространственном канале связи, обусловленные многолучевым характером распространения сигналов в случайной рассеивающей среде и движением пользователя. Многолучевость приводит к глубоким замираниям сигнала [11-15], является причиной возникновения частотной и угловой дисперсий сигнала наиболее значительных в городских условиях [16-19]. Перемещение объекта среди рассеивателей приводит к изменению характеристик канала связи, временной масштаб которых определяется его скоростью и размерами различных отражателей (зданий и других сооружений) [20-22].
Решить задачу позиционирования мобильного пользователя внутри помещения с достаточно высокой точностью возможно, если он является частью локальной сети беспроводного Интернета. Данный сервис востребован в настоящее время, поскольку сети Wi-Fi нашли широкое практическое применение [10, 23-26]. При определении местоположения объекта внутри помещения важную роль играет метрика позиционирования. Это характеристика, которая позволяет отличить с некоторой вероятностью одну точку в пространстве от другой. Поиск метрики позиционирования для высокоточного определения местоположения является весьма актуальной задачей.

чить больше информации о состоянии беспроводного канала, чем одна ТД, поэтому точность алгоритма (1.1.15) увеличивается. ИФР 1¥(д) ошибки позиционирования при трех ТД (/=3) с координатами (29,2; 16,2) м, (-29,2; 16,2) м и (29,2;-16,2) м, приведены на рис. 1.1.13. Для сравнения на рис. 1.1.13 приведена кривая 4, соответствующая .7=1 ТД, расположенной в точке с координатами (-29,2; 16,2) м и Л=2 м. Из сравнения кривых 2 и 4 на рис. 1.1.13 видно, что с увеличением числа используемых ТД точность позиционирования увеличивается. Так при переходе от .7=1 ТД к /=3 средняя ошибка позиционирования уменьшается с 7,1 м до 2,5 м.
Рис. 1.1.13. ИФР ошибки позиционирования Рис. 1.1.14. Медианная ошибка позициони-при трех ТД для Д=4, 2 и 1 м (кривые 1, 2, 3, рования при двух ТД (кривая 1). Кривая
соответственно). Кривая 4 соответствует соответствует медианной ошибке
одной ТД дискретизации
На рис. 1.1.14 приведена медианная ошибка позиционирования метода ФЧК в зависимости от полосы П и медианная ошибка дискретизации. Представленные результаты соответствуют двум ТД с координатами (29,2; 16,2) и (-29,2; 16,2) м и шагу сетки Д=2 м. Видно, что с увеличением О точность позиционирования возрастает. Это происходит из-за уменьшения корреляционной зависимости между частотными составляющими. Так, для 0=80 МГц медианная ошибка позиционирования при использовании метода ФЧК составляет 1,17 м, что на 0,37 м больше медианной ошибки дискретизации.