无线通信网络中定位技术的研究及实现

摘要

随着无线通信技术的发展，人们对于位置信息的需求变得越来越多。在智能网络组织、物流配送管理、火灾救援以及社交网络方面都需要得到目标的位置信息。然而现有的一些定位技术，如全球定位系统(GPS)、GSM基站定位、无线传感器网络定位等，由于针对对象单一、精度不够、范围过小、成本较高等原因，不能满足日益增长的应用需求。无线定位技术一段时间内仍然是业界与学界研究的热点。
　　本文以围绕基于时延估计的定位技术，研究适用于多种通信系统中的定位技术，并设计开发了一套无线定位系统。本文的主要研究工作如下:
　　(1)研究了基于时延估计的定位技术，分析了基于时延估计定位技术的优势和影响时延估计精度的因素，并对噪声、时钟同步和采样率的影响给出了解决方法。
　　(2)研究了基于PN序列的时延估计定位技术，设计了PN序列时延估计定位流程;针对复数序列的特性，提出了基于互相关的两步相关算法，减少了运算量，提高了估计精度。
　　(3)针对频偏对于定位精度的影响，提出了改进的复数差分频偏校正算法，理论上证明了可行性，仿真结果也验证了算法对于2.4GHz的载波频段，可以抵抗不高于30KHz频偏造成的影响。
　　(4)对基于OFDM符号序列的时延估计定位技术进行了探索研究，从理论上和仿真实验都证明了在理想模型中OFDM符号序列时延的CRLB比PN序列时延估计的CRLB高。
　　(5)开发实现一种基于TDOA的无线定位系统，设计编写了核心算法和系统软件，测试分析结果表明该系统达到预期目标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．3 本文研究内容与组织结构

第二章 基于时延估计的定位技术

2．1 时延估计的优势

2．2 影响时延估计精度的因素

2．2．1 噪声对时延估计的影响

2．2．2 信号频偏对时延估计的影响

2．2．3 时钟的同步对时延估计的影响

2．2．4 采样率对时延估计的影响

2．2．5 多径效应对时延估计的影响

2．2．6 接收电路中的AGC对时延估计的影响

2．3 定位精度的评价

2．3．1 均方误差MSE及均方根误差RMSE

2．3．2 克拉美-劳下界CRLB

2．4 基本时延估计模型及CRLB

2．5 本章小结

第三章 基于PN序列的互相关时延估计研究

3．1 PN序列的特点

3．2 定位流程与原理

3．3 基带信号恢复

3．4 频偏校正

3．4．1 基于复数差分的频偏校正算法

3．4．2 改进的复数差分频偏校正算法

3．4．3 性能比较与分析

3．5 互相关运算

3．5．1 互相关与广义互相关原理

3．5．2 基于复数PN序列的互相关检测

3．6 相关函数峰值检测与上升沿检测

3．6．1 峰值检测

3．6．2 上升沿门限检测

3．6．3 仿真与性能分析

3．7 本章小结

第四章 基于OFDM符号序列的时延估计研究

4．1 OFDM技术简介

4．1．1 OFDM技术基本原理

4．1．2 OFDM系统基本结构

4．2 OFDM符号序列定位的性能分析

4．2．2 基于OFDM序列的时延估计的CRLB

4．2．2 比较分析

4．3 OFDM符号序列定位算法

4．3．1 互相关TOA估计法

4．3．2 最大似然估计法

4．3．3 超分辨率时延估计算法

4．4 性能分析与仿真

4．5 本章小结

第五章 基于时延估计的TDOA无线定位系统实现

5．1 TDOA无线定位设计

5．1．1 目标节点

5．1．2 接收器

5．1．3 数据处理终端

5．2 定位流程

5．2．1 FPGA程序设计

5．2．2 下变频滤波模块

5．2．3 频偏校正模块

5．2．4 自动增益控制模块

5．2．5 快速捕获模块

5．2．6 缓存器模块

5．2．7 精确捕获模块

5．2．8 控制模块

5．3 实物图与测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参与的项目

致谢