手机精确定位系统的设计与实现

论文摘要

利用移动通信网建设移动监控定位系统具有广阔的市场前景,其具有易于维护,能够覆盖手机信号可以到达的所有区域等特点,非常适合于110、119、120报警指挥、车辆船只调度等方面的应用。但是目前手机定位系统在其发展过程中,仍然存在许多困难和问题。手机定位的基础是根据其发射功率来计算手机和基站间的距离,手机离基站越远,发射功率越大,反之越小,即手机与基站的粗略距离基站是知道的。也就是说只要手机开机,移动网络交换中心就已经对手机进行了初步定位。当然,这些初步定位信息还远不能满足手机位置定位的需要。要满足对手机较精确的定位还要增加许多步骤。在110、119、120等指挥系统中都需要主动了解手机用户的位置,不能被动的等待手机用户发出定位需求。本文的研究目的是通过主动激发手机用户发出信号,通过测量单元来探测手机用户的位置。本课题中使用SIEMENS TC35i来拨打某一手机用户,使该手机用户接到拨号请求后主动发出应答信号。然后通过安装在汽车上的定向天线接收该手机用户发出的应答信号,再将该应答信号送到测量单元进行强度鉴别。由于不同方向上测量到的应答信号强度是有区别的,利用汽车的移动性,通过多次测量后就可以得出被测手机用户的位置。本课题中通过设计的硬件电路对GSM手机信号进行下变频和解调。为了能够完成定位功能,课题还设计了软件代码来完成基站时钟信号的识别和手机用户应答信号的识别。同时,课题中采用了射频通讯模块(CC1100)组建了短距离无线通讯网络,实现了探测器与主机间数据通讯。最后,为了方便操作员使用,课题中采用语音模块(ISD4004)将信号分析结果直接报告给操作员。本文旨在探讨如何对手机用户进行主动定位,以寻求在应急系统中如何查找手机用户的方法。本课题研究的系统采用主动探测信号的方式实现手机用户定位,不需要被动的等待手机用户发出信号。在应急系统(如公安系统中)特别需要具有此种功能。其次,本课题研究的系统定位精度得到了提高。经测试,系统对手机用户的定位精度能够达到10米左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 现代移动通信技术的五个发展阶段
• 1.2 手机信号定位的研究现状
• 1.3 本文研究的意义
• 1.4 本文的结构与安排
• 2 GSM 系统概述
• 2.1 GSM 数字蜂窝通信系统的网络结构
• 2.1.1 基站子系统
• 2.1.2 网络子系统
• 2.1.3 GPRS 核心网
• 2.1.4 移动台
• 2.2 GSM 蜂窝系统的传输方式
• 2.2.1 GSM 数字蜂窝系统的多址方式
• 2.2.2 信道分类
• 2.2.3 帧的格式
• 2.2.4 时隙结构格式
• 2.2.5 信道组合方式
• 2.2.6 GSM 数字蜂窝的无线设备参数
• 2.3 本章小结
• 3 移动定位业务的现状
• 3.1 目前移动定位业务采用的三种移动定位技术
• 3.1.1 Cell ID 定位技术
• 3.1.2 OTDOA 定位技术
• 3.1.3 AGPS 定位技术
• 3.2 初期定位业务及其精度要求
• 3.3 本章小结
• 4 手机定位原理
• 4.1 定位原理和方法
• 4.2 无线电传播路径损耗模型分析
• 4.3 实测误差说明
• 5 手机定位系统的设计与实现
• 5.1 系统整体框架
• 5.2 TDMA 信息格式分析
• 5.3 FCCH 信道处理模块设计
• 5.3.1 工作原理
• 5.3.2 频道选择
• 5.3.3 射频（RF）信号和中频（IF）信号的产生
• 5.3.4 下变频混频器
• 5.3.5 自动增益控制
• 5.3.6 信号解调
• 5.3.7 频率校正突发脉冲序列（Frequency Correction Burst）的识别
• 5.3.8 系统核心处理单元
• 5.4 RACH 信道处理模块设计
• 5.4.1 工作原理
• 5.4.2 放大器电路设计
• 5.4.3 接入突发脉冲序列（Access Burst）的识别
• 5.5 射频通信处理模块设计
• 5.5.1 工作原理
• 5.5.2 SPI 总线接口
• 5.5.3 CC1100 内部寄存器配置
• 5.5.4 CC1100 的工作状态获取方式
• 5.5.5 CC1100 的状态字节
• 5.5.6 CC1100 的GDO 测试引脚
• 5.5.7 常见问题及解决方案
• 5.6 语音模块设计
• 5.6.1 工作原理
• 5.6.2 串行外部接口
• 5.6.3 控制命令时序
• 5.6.4 语音模块硬件电路设计
• 5.7 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录