基于三维空间特征库的MR定位系统

池刚毅，商亮，孙浩，韩云波( 中国移动通信集团公司，北京 0003； 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 00080)



基于三维空间特征库的MR定位系统

池刚毅1，商亮1，孙浩2，韩云波2
(1 中国移动通信集团公司，北京 100032；2 中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080)

摘要本文提出一种基于三维空间特征库的MR定位系统，利用确定性传播模型，建立三维空间接收场强特征库，并以此对MR进行精确定位，确定MR中每条记录发生的空间位置。这样就可以帮助运营商对网络的盲点、热点等进行精准定位，进而有目的地进行网络规划和优化。

关键词MR定位；确定性传播模型；MR

1　引言

测量是无线通信系统的一项重要功能。物理层上报的测量结果可以用于系统中无线资源控制子层完成诸如小区选择/重选及切换等事件的触发，也可以用于系统操作维护，观察系统的运行状态。测试报告就是由系统测对终端上报的测量结果周期性地进行采集和存储。

测量报告中包含手机接收场强、邻区以及终端与扇区的夹角（AOA）等宝贵的信息。测量报告收集的是全网用户的手机接收场强等信息，对于评估网络的覆盖情况、定位问题等都能够提供强有力的支持。但是由于可能涉及用户的隐私，因此测量报告中不包含经纬度，所以无法确定用户所处的地理位置。

无线系统的定位技术通常都是基于统计传播模型，如自由空间模型，Cost-231等，估算基站到终端之间的电波损耗，进而反推出发射机与接收机之间的距离[1]。然后再根据接收机接收信号的特性，如：到达时间（TOA）；接收信号强度（RSS）；到达角（AOA）。

但是基于传统统计模型的定位系统通常只能用于地复杂度的无线场景[2～4]，对于复杂无线环境条件，使用统计模型进行定位，准确率会大大降低。

2　三维空间特征库

本文提出的三维空间特征库首先将三维空间栅格化，然后借助确定性传播模型对每个空间栅格进行结果填充，建立三维空间接收场强特征库。

2.1三维空间栅格化

传统的地理信息系统（GIS）通常是将地图平面进行栅格化处理，即将数字地图划分为若干栅格，不涉及三维空间。本方法则是将三维空间进行立体栅格化处理，建立三维空间栅格。上述三维空间栅格不仅具有传统GIS系统中地理栅格的经纬度信息，同时还具有高度信息。

由于用户通常不仅活动于地面上，还活动于楼宇中。因此采用传统的二维栅格处理方式，无法体现用户的空间位置关系，最终导致MR定位偏差。而借助于本文中的三维空间栅格化方法，进而建立接收场强特征库，就可以体现空间位置关系，实现更准确的定位。

2.2确定性传播模型

本文所使用的确定性传播模型为射线跟踪模型，主要集中于室外无线环境，并根据电波传播的负载程度分为城市模型和农村模型两种。本模型能精确到1×1 m栅格，并且能够对不同高度的平面进行传播预测。

2.2.1城市模型

城市模型适用于视距环境和非视距环境，该模型基于发射发弹射线+UTD技术，同时采用多刃型衍射和增强戴高特算法。在计算时将基站计算范围内的区域划分为3种：近区、远区和传播区，如图1所示。

图1　城市模型中不同区域的划分

在上述不同的区域内采用不同的计算方式。

2.2.2乡村模型

乡村模型基于多刃型衍射技术，同时采用增强戴高特算法对模型进行修正。路径损耗计算公式如下：

3　基于三维空间特征库的MR定位算法

如图2所示，利用射线跟踪传播模型可估算出每个基站（BS）在空间上不同位置的参考信号（RS）接收场强，将计算得到的场强填充到对应的空间栅格中。这样每个空间栅格上就具备了不同基站在这同一个栅格上不同接收场强，再将所有空间栅格进行组合，就完成了三维空间特征库的建立。

表2　A和B的取值

图2　MR定位算法原理图

已知每个基站的地理位置（ai， bi）及对应的每个基站再特定的RSS条件下的覆盖距离ri。那么对于终端的上报MR的地理位置（x，y），可以得到：

根据公式5，定位的结果可能存在多个解，即（x1，y1），（x2，y2）……（xn，yn）。因此，需要将结果带入：

4　定位结果

为了验证定位的准确性，本次采用一部终端的MR数据，并且该终端会根据预定路线，每间隔15 min移动50 m，共采集8 h数据。然后利用上述数据，使用Cost-231模型和本文提出的确定性传播模型分别对上述MR数据进行定位。最后，使用定位的结果，与终端记录的GPS结果进行逐点对比，计算两者之间的差异。

如图3所示，采用确定传播模型和传统统计模型两种情况下定位结果差异很大。采用确定传播模型进行MR定位，定位结果与终端GSP结果相差平均距离为90 m；而采用Cost-231模型，两者相差的平均距离超过了200 m，达到了225 m。

另外，从累计积分概率分布图（CDF）可以看出，采用确定传播模型进行MR定位，定位结果有80%以上的定位结果，与终端的GSP结果相差距离小于150 m。而采用Cost-231模型定位的结果，相同条件下，与终端的GSP结果相差距离达到了250 m。

综上，可以看出，采用本文提出的确定传播模型进行定位的性能要明显优于传统的利用统计传播模型进行定位。定位的精确度能够提高100 m以上。

图3　不同传播模型MR定位结果对比

5　结束语

本文提出一种基于确定性传播模型的MR定位系统，能够对MR进行精确定位，确定MR中每条记录发生的地理位置。本文提出的方法结果明显优于传统方法。定位的精确度能够提高100 m以上。这样，利用本文提出的方法，运营商及网络优化人员就可以非常轻松、快捷地对网络的盲点、热点等进行精准定位，进而有目的地进行网络规划和优化，节省了大量的人力和物力。

参考文献

[1]Mazuelas S, Lago F A, Gonzalez D, et al.Dynamic estimation of optimum path loss model in a RSS positioning system[C].Position, Location and Navigation Symposium, 2008 IEEE/ION.IEEE, 2008:679 - 684.

[2]Laitinen H, Juurakko S, Lahti T, et al.Experimental Evaluation of Location Methods Based on Signal-Strength Measurements[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2007, 56(1):287-296.

[3]Roos T, Myllym, Ki P, et al.A Statistical Modeling Approach to Location Estimation[J].IEEE Transactions on Mobile Computing, 2002, 1(1):59-69.

[4]Li X.RSS-Based Location Estimation with Unknown PathlossModel[J].IEEE Transactions on Wireless Communications, 2007, 5(12):3626-3633.

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

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）03-0025-03