定位分析蜂窝通信物联网技术

王昭 张宝营 袁飞

【摘 要】随着信息产业快速发展，各行各业需求增加，物联网飞速发展。蜂窝物联网已经成为了关注的焦点，定位技术已成为发展的核心。

【关键词】物联网;蜂窝通信;定位

Positioning analysis cellular communication IoT technology

Wang Zhao，Zhang Bao-ying，Yuan Fei

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， Ltd Xi'an Shanxi 710000）

【Abstract】With the rapid development of information industry， the demand of all walks of life is increasing， and the Internet of Things is developing rapidly. Honeycomb Internet of Things has become the focus of attention， and positioning technology has become the core of development.

【Key words】Internet of Things;Cellular Communications;Location

1. 引言

（1）近年來，随着通信技术的快速发展，无线蜂窝移动通信技术成为了大家关注焦点。1996年10月美国联邦通信委员会发布了无线E9ll呼叫紧急服务功能。针对E911定位要求的具体实施，联邦通信委员会的核心是所有移动通信网络必须分阶段提供紧急呼叫用户的经纬度位置信息。各国各大公司已开始制定自己的GSM，IS-95CDMA和第三代移动通信系统定位实施方案。 尤其是，3GPP和3GPP2上的要求更具体，这也是对蜂窝无线定位的肯定。

（2）另外，物联网对移动用户服务的需求日益剧增。蜂窝网络无线定位技术可以处于通话状态和空闲时获取地理位置等信息，利用物联网的位置信息，运营商可以获取位置环境信息可以向用户提供诸如查询和紧急情况的各种增值服务。救援，智慧城市，智能交通，雪亮工程，智慧电网，广告等运营，维护和管理的辅助数据，以及移动通信网络。迄今为止，基于蜂窝网络的无线定位技术研究取得了很大进展。基于蜂窝网络定位技术的物联网有望在未来几年迅速发展。

2. 物联网特点简介

传统的计算机网络连接“人”或计算机或终端设备的用户，而物联网不仅指“人”，还指“东西”或各种设备和设施。如果将现有计算机网络与连接到虚拟世界的信息网络进行比较，则可以将物联网与通过虚拟世界连接网络将物理世界相互连接的网络进行比较。使得生产经营等项目，直接挂钩在一起。基于传统网络的信息和服务必须通过人为判断和操作应用于项目或目标设备。物联网的概念是目标设备或物品直接通过网络接收信息数据进行预判和操作。学者们相信，将来，人工操作的信息数据的传输和接收将大大减少，物体或智能设备对信息数据的传输和接收将大大增加。这意味着设备或对象的智能操作自动取代了更多的手动操作。但实际上，采集监控只是物联网功能的一部分，对物联网的看法主要是“感知”，因此大多数人将物联网视为传感器网络。虽然它只是一部分，但它是一个非常重要的部分。

3. 蜂窝通信技术

（1）当前的移动通信技术属于无线蜂窝移动通信。 在移动通信中，有许多方法可以使用正六边形单元进行覆盖，例如使用方形单元，三角形单元和正六边形单元无缝覆盖地面，并且频率规划很容易。 由于基站天线便于设置并且总体成本较低，因此普通移动通信使用常规六边形小区进行覆盖规划。 通常称为蜂窝移动通信，因为通常的六边形连接之一无缝地覆盖地面，就像蜂巢一样。

（2）今天的GSM、CDMA，3G通信，包括以前的模拟移动通信，都是蜂窝移动通信。 蜂窝通信采用蜂窝无线组网方式，通过无线信道连接在终端和网络设备之间，从而使用户能够在活动期间相互通信。 它的主要特点是终端的移动性，它具有自动漫游和切换本地网络的功能。 蜂窝移动通信服务是指由诸如移动交换子系统和基站子系统之类的设备组成的蜂窝移动通信网络提供的如语音，数据和视频图像的服务。 蜂窝移动通信服务包括：900 / 1800MHz GSM，800MHz CDMA第二代数字蜂窝移动通信服务。

（3）由于蜂窝通信在全球范围内非常成功并且发展迅速，因此业务需求远远超过最初的预期。 在大多数情况下，运营商仅限于固定频段，几乎不可能增加其频谱，也无法扩展自己的模拟技术以跟上需求的发展。 新的技术可以更有效地使用频谱，为用户提供更高的安全性和更多的便利性。 然而，分配给这些新技术的频段往往与旧技术所使用的频段重叠，使传输策略复杂化。

（4）事实上，900MHz频段已在欧洲大量使用，800MHz频段已在北美广泛使用。欧洲900MHz分配频率的主要模拟标准是全接入通信系统，多数亚洲国家同时使用两个频段。尽管一些欧洲国家使用其他标准GSM是900MHz频段的数字系统，已被欧洲采用作为通用标准并在许多用途中使用 世界上其他国家。 一个非常有用的漫游设备。 此外，GMS标准已用于1800MHz（DCS 1800）。 由于一些国家正在建设单独的1800 MHz网络，而另一些国家则试图通过此频段增加其GSM容量度。更常用的是GMS-900和GSM-1800，而不是GSM和DCS1800，在两个频带上使用相同协议。

4. 定位分析无线蜂窝物联网技术

移动无线蜂窝网络对物联网定位的方法主要有三类：

基于电波场强的定位技术;

基于电波到达入射角 （AOA）的定位技术;

对于电波到达时间 （TOA）或到达时间差 （TDOA）的定位技术。

4.1 场强定位技术。

从物联网到基站的距离和电场强度定位技术与物联网接收的信号强度成反比。可以通过测量到接收信号的场强和已知信道衰落模型以及发送信号场强来估计收发信机。距离的多次测量之间的距离（至少三次）可以估计物联网的位置。此技术的关键是怎样建立准确反映服务传播范围的无线电波传播模型，实际操作却很难实现。另外，由于小区站点的天线的倾斜，扇区特性，无线系统的不断调整以及地理环境，车辆等因素将对定位精度产生影响。给予移动通信环境中无线电波传播的復杂性，确定了该技术在定位精度方面的局限性，但该技术相对简单易用，并且在精度要求不是很高时仍然使用。为了提高其准确定位性能，人们开始研究在无线电波传播中使用射线追踪方法从而来提高定位精度。

4.2 到达入射角的定位技术。

到达入射角的无线电波的定位技术利用基站的阵列天线来测量物联网的无线电波信号的入射角，以及从基站到物联网的径向连接，即测量线和2构造两条线的交集。物联网的位置。因为只有两条线相交，主要是，这种方法不会导致定位模糊。可是，它需要在每个小区基站中安排4到12个天线阵列。这些天线阵列主要问题是确定物联网向基站发送信号的角度。当多个基站发现源，它们每个都从基站提取射线，这些射线的交叉点是物联网的位置。 AOA的优势在于，只有两个基站需要加入才能实现物联网定位，并且互联网的位置没有任何歧义。然而，该技术需要在现有基站上增加天线阵列，从而增加了建设成本。估计无线电波的到达角受到由于多径等环境因素引起的无线电信号波阵面失真的影响，并且当物联网远离基站时，对基站的定位角度偏差也会更小。这是一个很大的错误。

4.3 传达时间/传达时间差的定位技术。

（1）传达时间/传达时间差定位技术是无线蜂窝网络定位系统中最广泛使用的技术之一。传达时间定位技术测量直线从目标对象的互联网到基站的距离，并且可以根据空中电磁波的传播速度获得基站与对象互联网之间的距离。物联网到基站的距离是圆的半径，位于基站的中心。上述测量计算由多个基站执行，物联网的二维位置坐标可以通过三个圆的交点确定。传达时间定位技术要求接收信号的基站知道IoT将发送信号的时间，并要求基站具有非常精确的时钟。为了克服这个缺点，不是通过绝对到达时间来确定物联网的位置，而是通过检测到达两个基站的IoT信号的时间差来定位来实现物联网定位的到达时差。提出了技术。时间同步的要求已大大降低。显然，两个基站的双曲线是物联网必须关注的。因此，需要获得物联网二位位置坐标，必须建立更多个双曲线方程或两个并求解双曲线的交点。

（2）上述两种基于时间的定位技术确保基站从接收的RF信号中准确地提取延迟估计，而无需实现物联网的高精度而无需对现有网络设备进行显着改变。 只需要。 因此，定位是蜂窝网络无线电定位技术研究的重点。TruePosition的40米精确定位服务使用U-TDOA定位技术。

5. 总结

随着无线蜂窝移动通信的发展，定位技术应用应该更加广泛，因此研究无线蜂窝通信技术的物联网是非常重要的事情，也是值得的。 目前，基于无线蜂窝物联网定位技术还存在很多问题，除了改进现有的算法，研究蜂窝移动通信网络的定位性能，提高定位精度外，还有各种网络算法，还需要考虑。 互联网发展变化的东西，就是算法的可行性。 因此，基于无线蜂窝通信技术的物联网的准确性必将大大提高，定位技术的应用范围将更加广泛。

参考文献

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[2] 吴静，3G 定位业务的网络结构分析，移动通信， 2006（05）.

[3] 张朝柱，TDOA技术在 GSM和 CDMA网络中的应用分析 [J]. 黑龙江大学白然科学学报，2010 （3）.

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[5] 范平志，蜂窝网无线定位技术 [M]，北京电子工业出版社， 2001.