论文部分内容阅读
目前,全球卫星导航系统(GNSS)一直是实现定位与导航的服务最主要的手段之一。然而卫星存在一些固有的缺点,包括穿透性能不高、易受到周围环境的干扰、抗干扰能力差及可能受到敌方的网络攻击等问题。近来,卫星导航系统受到人为的干扰和欺骗的事件不断地发生,使得GNSS变得愈来愈不可靠。因此,利用机会信号如LTE信号而不借助卫星来进行定位的方法受到了越来越广泛的关注,这种方法可以避免干扰和欺骗的发生,如何对信号进行精确的同步以及提高定位精度是这一问题的难点。基于传统的LTE接收终端的机会定位系统只能对主服务小区进行连续的测量,对于邻区,只有当有事件发生之后才能接入和测量,测量及定位的连续性无法保证。另外,LTE基站发射的信号区分了天线端口,传统终端无法对端口进行区分。针对传统终端存在的缺点,本文利用USRP和LabVIEW设计并实现了LTE下行同步和测量的接收终端,此外还利用测量数据实现了机会定位相关算法。本文首先分析了移动通信以及LTE的发展现状,以及利用机会信号来进行定位的优势,详细介绍了LTE信号的物理层关键技术,包括帧格式以及同步信号,为后文对信号的接收同步和定位打下基础。此外,还对LTE下行同步和测量的各部分关键技术和算法进行了研究和分析。在LTE信号发射端,介绍了两种同步信号即主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)和辅同步信号(Secondary Synchronization Signal,SSS)的生成原理和机制,对小区专用参考信号(Cell-specific Reference Signals,CRS)的产生方式以及在测量参考信号接收功率(RSRP)相应方法进行了研究和探讨。本文还研究了如何将以上三种信号通过资源映射的方式映射到资源栅格之中,以及循环前缀(Cyclic Prefix,CP)的作用和在LTE系统中的两种类型,如何通过OFDM调制将信号从频域转换到时域。在LTE接收端,分析和比较了两种同步信号的多种同步算法,研究了小区ID号和同步信号的对应关系,CP类型的检测算法,OFDM解调方法以及RSRP测量算法。本文基于USRP及LabVIEW平台完成了LTE同步系统发射机和接收机的原型实现,主同步信号根据其良好的相关性采用互相关定时同步算法来实现同步,并利用同步信号的对称性使运算量减少一半,辅同步信号则利用生成规则逆向求解的方式来完成同步,从同步信号中便可以提取小区ID号完成小区搜索。另外,LTE下行同步还需要对接收信号进行CP类型的检测,目的是为了去除CP,然后再OFDM解调,将时域信号转换到频域。使用USRP对信号发射和接收,LabVIEW作信号的处理,同步完成之后,便可以进行小区专用参考信号的测量。本文还分析和比较了多种利用机会信号特征实现定位方法,结合本研究采用的LTE信号的特点,选择了在不同位置测量的RSRP建立指纹地图,再使用位置指纹定位中的KNN算法实现对目标的定位,并在室外对定位算法的性能进行了仿真验证。