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无线基站三维定位与基站分布优化研究

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 基于通信基站定位系统的比较优势

1．3 国内外研究现状

1．4 无线定位的基本原理

1．4．1 无线电到达时间(TOA)测量

1．4．2 NLOS传播环境

1．4．3 关于无线电信号测量的说明

1．4．4 定位误差模型

1．5 论文结构

第2章 基于通信基站的室内三维定位问题研究

2．1 确定测量空间距离与真实空间距离的线性关系

2．2 基于空间单位的定位算法

2．3 灵敏度分析

2．4 高度误差分析

2．5 基于测距的定位模型

2．6 多基站到达时间差定位模型

2．7 加权最小二乘初步估计

2．8 确定加权最小二乘法的加权系数

2．9 性能分析

第3章 基站选择的优化方案研究

3．1 基于贪婪策略的基站选择模型

3．2 基站选择性能与结果分析

3．3 带容量的基站分布优化问题

3．4 实验结果与性能分析

第4章 总结与展望

参考文献

附录

致谢

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摘要

本文主要研究了无线通信基站的定位问题和基站的分布优化问题，提出了两种定位算法和一种基站分布优化算法，全文共分四章。
　　第一章绪论，主要介绍了无线定位的基本原理以及无线通信定位系统的相关知识。在无线电信号传播过程中会受到时钟不同步、非视距传播环境等因素的影响。在此基础上，建立了定位误差模型。
　　第二章主要研究了无线通信系统中的两种室内定位算法。在建立的定位误差模型基础上，通过场景内的特定的采样点拟合出场景的测量距离和真实距离之间的线性关系。由于该模型中优化问题是非凸的，我们提出了基于空间单元的定位算法，将三维空间离散化一定尺寸大小的网格单元，采用网格单元的几何中心作为该网格的实际位置，进而确定误差最小的位置。接着，我们利用三个单位粒度的空间缩减搜索方法找到终端定位置。该算法定位精度较高，算法速度较快。为了尽量减少时钟不同步因素对定位的影响，在无线电信号到达时间差定位方法（简称为TDOA）基础上，我们充分考虑非视距传播的影响，即测量距离与真实距距离的线性关系，将两者结合建立了多基站的到达时间差定位模型。在测量误差较小时，该模型的精估计结果被证明是一个有效估计，而且精估计算法对终端的位置估计满足TDOA定位问题的克拉美罗界。该算法定位平面精度比基于空间单元的定位算法的平面精度更优，且性能分析结果较好。
　　第三章研究了定位中基站选择问题和基站分布优化问题。这两个问题的出现原因是无线基站通信半径和通信容量受限。在基站选择问题中，我们采用了常见的贪婪策略，结合基于空间单元的定位算法，得到最优定位精度最小基站数贪婪策略算法，求解每个终端的位置。数值实验表明最优定位精度的最小基站数为5。针对无线基站的通信负载受限的问题，我们研究了带容量的基站选择优化问题，建立一个整数规划模型。同时，我们设计了带容量的基站选择优化算法，分别讨论了同一场景下，不同终端分布密度下，增设基站的数目和三维位置，对解决现实问题有一定的指导意义。
　　第四章总结了本文内容并提出相关问题的进一步研究方向。

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