面向LTE终端定位的实验平台设计与实现
发布时间：2017-09-08 21:29
本文关键词：面向LTE终端定位的实验平台设计与实现
【摘要】：随着信息化时代的到来,移动互联网的接入用户数量呈爆炸性增长,对于各种基于无线通信环境下的应用的需求也在急剧增长,其中,基于位置服务的需求尤其迫切,目前主流的基于位置服务的定位系统,大多数利用的是GPS全球定位系统或者北斗全球定位导航系统,这两个系统的定位精度高,技术也很成熟,但是缺点在于无法满足室内通信的应用需求,因此,开发一款可以应用于室内环境的高精度定位系统已经迫在眉睫。近几年,基于LTE移动通信系统的4G网络开始投入商用,中国的无线通信开始全面进入4G时代,LTE网络的接入用户也越来越多。所以,LTE架构下的定位服务,必将是下一步研究的主流方向。因此本文主要研究了在LTE架构下的室内高精度定位系统,分别研究了时延估计,定位算法,以及系统的设计与实现等几个方面的内容, 并通过实验仿真对系统进行了分析与验证。本文的主要工作如下：1.传统的相关峰值检测的检测精度受限于系统的采样速率,为了解决这个问题,本文提出了基于OFDM信号的两步时延估计算法,该算法通过传统的相关峰值检测得到初始时延值,再将信号变到频域,通过对相位的检测来确定小于一个采样间隔的时延值,并利用OFDM信号的特征来提高计算精度。2.针对室内定位环境面临的多径干扰问题,本文提出了基于滑动窗函数的时延估计算法,该算法可以有效的抵抗噪声和多径信道的干扰,性能明显好于传统的峰值检测方法。3.提出了基于圆周向量法的定位算法,可以更加快速地确定目标节点位置,同时提高解算精度。在此基础上,提出了基于圆周向量法和泰勒级数展开法的改进定位算法。该算法首先利用圆周向量法得到目标的大致位置,然后再利用泰勒级数在此位置展开,通过不断的迭代来修正目标位置,得到最终的结果。4.针对TOA定位系统对于时间同步要求很高的问题,本文设计了基于北斗定位导航系统的高精度时钟源,可以给FPGA提供精度在ns级的时钟源,实现节点之间的时间同步。5.设计了基于LTE的高精度定位系统,并给出了硬件设计的原理及方案,同时对该系统进行仿真实验,并对实验的结果进行了评价和分析。
【关键词】：LTE 时延估计 高精度定位 定位系统设计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-11
- 第一章 绪论11-21
- 1.1 项目研究背景11-12
- 1.2 国内外研究现状12-13
- 1.3 现有的无线定位方法13-17
- 1.3.1 基于信号到达角度的定位技术13
- 1.3.2 基于信号强度的定位方法13-14
- 1.3.3 基于信号到达时间的定位方法14-15
- 1.3.4 基于信号到达时间差的测距算法15-16
- 1.3.5 各种测距方法的性能比较与分析16-17
- 1.4 项目的研究难点与方向17-18
- 1.5 论文的研究内容和组织架构18-21
- 第二章 面向LTE的定位原理及方案21-33
- 2.1 LTE的核心技术21-24
- 2.1.1 多载波技术21-23
- 2.1.2 多天线技术23-24
- 2.2 LTE物理层基本结构24-28
- 2.2.1 LTE的帧结构24-25
- 2.2.2 LTE时隙结构以及资源网格25-27
- 2.2.3 LTE下行链路中的定位参考信号(PRS)27-28
- 2.3 LTE定位方案与定位流程28-31
- 2.3.1 LTE定位方案28-30
- 2.3.2 LTE定位流程30-31
- 2.4 本章小结31-33
- 第三章 基于OFDM信号的时延估计方法及改进33-57
- 3.1 影响时延估计的干扰因素33-42
- 3.1.1 噪声干扰对于时延估计的影响34-35
- 3.1.2 信号频偏对时延估计值的影响35-36
- 3.1.3 时钟同步对于时延估计的影响36-37
- 3.1.4 采样率对时延估计的影响37-39
- 3.1.5 多径效应对时延估计的影响39-40
- 3.1.6 AGC自动增益放大器对时延估计的影响40-42
- 3.2 定位精度的评价标准42-43
- 3.2.1 MSE均方误差以及RMSE均方根误差42-43
- 3.2.2 克拉美劳下界43
- 3.3 OFDM信号高斯信道下的时延估计算法43-49
- 3.3.1 经典时延估计算法44
- 3.3.2 高斯白噪声信道下的两步时延估计法44-48
- 3.3.3 实验仿真48-49
- 3.4 多径信道下的时延估计改进算法49-56
- 3.4.1 现有的多径信道下的时延估计算法49-51
- 3.4.2 基于滑动窗累加的自适应改进算法51-55
- 3.4.3 实验仿真55-56
- 3.5 本章小结56-57
- 第四章 基于时延估计的定位算法研究及改进57-69
- 4.1 时延估计的定位算法57-63
- 4.1.1 TDOA的双曲线定位法57-59
- 4.1.2 TOA的圆周定位方法59-60
- 4.1.3 Fang算法60-61
- 4.1.4 Chan算法61-62
- 4.1.5 泰勒级数展开定位算法62-63
- 4.2 基于圆周算法和泰勒级数展开算法的改进算法63-68
- 4.2.1 基于向量法的圆周定位算法64-65
- 4.2.2 基于圆周法和泰勒级数展开法的改进定位算法65-66
- 4.2.3 仿真与分析66-68
- 4.3 本章小结68-69
- 第五章 基于北斗时钟的锚节点同步方法69-83
- 5.1 时间同步技术指标69-70
- 5.1.1 时间同步误差69
- 5.1.2 频率准确度69-70
- 5.1.3 频率稳定度70
- 5.2 时间同步的基本原理和方法70-72
- 5.2.1 搬钟时间同步法70-71
- 5.2.2 单向时间同步法71
- 5.2.3 双向时间同步法71-72
- 5.3 北斗系统及其授时原理72-74
- 5.3.1 BDS北斗卫星导航系统简介72
- 5.3.2 北斗系统授时原理72-73
- 5.3.3 北斗系统的误差73-74
- 5.4 基于BDS的高精度时钟源的设计原理74-82
- 5.4.1 基于BDS的高精度时钟源的硬件设计75-76
- 5.4.2 基于BDS的高精度时钟源的软件设计76-77
- 5.4.3 核心芯片的选型以及各模块的详细功能77-79
- 5.4.4 核心模块设计原理79-82
- 5.5 本章小结82-83
- 第六章 高精度无线定位平台设计与实现83-99
- 6.1 系统设计目标与原理83-84
- 6.2 射频前端的设计原理84-87
- 6.2.1 LNA低噪声放大器的选型及设计84-86
- 6.2.2 DVGA的选型与设计86
- 6.2.3 其余射频前端的设计86-87
- 6.3 数据处理模块的设计87-93
- 6.3.1 ADC模块87-88
- 6.3.2 FPGA模块88-93
- 6.3.3 PC端的软件设计93
- 6.4 实验仿真93-97
- 6.5 本章小结97-99
- 第七章 总结与展望99-101
- 7.1 全文总结99
- 7.2 下一步研究方向99-101
- 致谢101-103
- 参考文献103-107
- 作者简介107
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄毅;胡爱群;成月良;谢胜东;;一种基于OFDM训练序列的精确时延估计方法[J];东南大学学报(自然科学版);2014年01期
2 谢胜东;胡爱群;黄毅;姜禹;;基于到达时间差的两步最小二乘定位算法[J];东南大学学报(自然科学版);2013年06期
3 李峰;朱涛;傅军;;一种基于卡尔曼滤波的TOA定位算法[J];自动化与仪器仪表;2013年01期
4 李e，
本文编号：816426
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