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系統識別號 U0002-1306200611112700
中文論文名稱 室外手機與室內超寬頻定位系統分析與研究
英文論文名稱 Study and Analysis on Outdoor Mobile and Indoor UWB Positioning Systems
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 羅宇強
研究生英文姓名 Yu-Chiang Lo
學號 693350026
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-06-02
論文頁數 59頁
口試委員 指導教授-丘建青
委員-李慶烈
委員-林丁丙
委員-蘇英俊
委員-鄭明哲
中文關鍵字 手機定位  超寬頻定位 
英文關鍵字 Ultra Wide-band  Non-Line-of-Sight  Mobile positioning  UWB positioning 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 在過去幾年不論是戶外的手機或是最新提出的短距離超寬頻系統,無線定位服務都成為一個很熱門的問題;在我們的無線通訊系統裏,甚多研究提供以訊號抵達的場強(SS)、訊號抵達的時間(TOA)以及訊號抵達的角度(AOA)在無線系統中作定位的技術。
在定位系統當中,主要的技術挑戰是當訊號為非直接傳播的效應,在本文針對非視線傳播效應(NLOS)問題進行研究。我們提出一個抑制NLOS所造成行動台(MS)估計誤差的演算法則,應用混合AOA與TOA的定位技術及多基地台的定位資訊篩選。電腦模擬結果顯示我們提出的演算法不論是對室內或是戶外的定位架構底下都能夠有效抑制NLOS效應對定位產生的影響。
英文摘要 The mobile positioning service has become a hot issue over the past few years in wireless communication. The Signal strength (SS), the Angle of Arrival (AOA) and Time of Arrival (TOA) techniques have been proposed for providing location services in wireless mobile position systems.
In this paper we present a method for the enhanced accuracy of mobile location. This method is to mix and combine AOA and TOA in wireless mobile position system and to pick out mobile locations to enhance the accuracy of location estimation. Numerical results demonstrate that the proposed location scheme gives much higher location accuracy than the method that only uses TOA or AOA location technique.
The major technical challenge is Non-Line-of-Sight (NLOS) problems in the wireless mobile position system. In this thesis, we focus on the NLOS mitigation issue. NLOS mitigation algorithms are proposed to combat such NLOS errors based on TOA and AOA position techniques. Finally, the performance of the proposed algorithm is evaluated by computer simulations. Simulation results show that the proposed schemes are effective in decreasing NLOS errors.
論文目次 第一章 序論 ……….…………..………………............ 1
1.1 研究背景與動機…………………………………... 1
1.2 論文架構…………………………………………... 3
第二章 無線定位原理與無線通道特性….....................4

2.1 基地台無線定位系統……………………………... 4
2.1.1 訊號強度(Signal Strength)………………….. 5
2.1.2 抵達時間(Time of Arrival) ……………….... 5
2.1.3 抵達時間差(Time Difference of Arrival)....... 7
2.1.4 抵達角度(Angle of Arrival)……………........ 9
2.1.5 混和式定位法 (Hybrid Location Methods).. 12
2.2 無線通道特性………….…………………………. 13
2.2.1 多重路徑傳播 ( Multipath Propagation )….. 13
2.2.2 非視線傳播 ( NLOS Propagation)…………. 14
2.2.3 多重接取干擾 ( MAI)……………………… 14
第三章 無線定位演算法………………………………. 16
3.1 TOA定位演算法…………………………………. 16
3.1.1 泰勒級數法(Taylor Series)………………… 17
3.1.2 幾何法(Geometric Approaches)……………. 19
3.2 AOA定位演算法.………………………………... 23
3.3 混和式定位演算法 (HTAP)……………………... 24
第四章 無線定位系統模擬….….………………........... 25
4.1 基地台的配置…………………………………...... 25
4.2 系統的模型與效能分析…………………………. 26
4.2.1 TOA的定位模型……………………............. 26
4.2.2 AOA的定位模型………………………....... 28
4.2.3 定位效能分析………………………………. 29
4.3 單一位置定位模擬……………………………….. 29
4.3.1 模擬的結果討論…………………………….. 39
第五章 改善非視線傳播效應…………………………. 41
5.1 抑制NLOS的演算法……………………………. 41
5.2 程式模擬………………………………………….. 43
5.3 模擬結果討論…………………………………...... 53
第六章 結論…………………………………….…….... 55
參考文獻…………………………………………………... 56

圖目錄
圖 2-1:TOA 定位方式示意圖。………………………… 6
圖 2-2:TDOA 定位方式示意…………………………… 8
圖 2-3:AOA 定位方式示意圖。…………………………10
圖 2-4:Macrocell 訊號散射模型。………………………11
圖 2-5:混合式 TOA 與 AOA 定位方式示意圖。……… 12
圖 2-6:多路徑傳播效應示意圖。……………………… 14
圖 3-1:無誤差情況,TOA 量測所形成的圓應交集於一
點。………………………………………………20
圖 3-2:有誤差情況,TOA 量測資料將導致交點從一個點變
成一個區域。……………………………………20
圖 3-3:利用幾何法求得定位結果的方式示意圖。…… 22
圖 4-1:基地台分布情況示意圖。……………………… 26
圖 4-2:非直接波誤差的機率分布函數圖形。………… 28
圖 4-3:使用 TOA 定位方式,無 NLOS 誤差且量測誤差 m α 為
100 公尺、 m δ 為 1 度的標準差其平均值為 0的高斯
分佈的模擬結果。………………………………30
圖 4-4: 使用 AOA 定位方式,無 NLOS 誤差且量測誤差 m α
為 100 公尺、 m δ 為 1 度的標準差其平均值為 0 的高
VIII
斯分佈的模擬結果。……………………………31
圖 4-5: 使用 HTAP 定位方式,無 NLOS 誤差且量測誤差 m α
為 100 公尺、 m δ 為 1 度的標準差其平均值為 0 的高
斯分佈的模擬結果。……………………………32
圖 4-6:使用 TOA 定位方式,無 NLOS 誤差且量測誤差 m α 為
200 公尺、 m δ 為 2 度的標準差其平均值為 0 的高斯
分佈的模擬結果。………………………………33
圖 4-7:使用 AOA 定位方式,無 NLOS 誤差且量測誤差 m α 為
200 公尺、 m δ 為 2 度的標準差其平均值為 0 的高斯
分佈的模擬結果。………………………………34
圖 4-8:使用 HTAP 定位方式,無 NLOS 誤差且量測誤差 m α
為 200 公尺、 m δ 為 2 度的標準差其平均值為 0 的高
斯分佈的模擬結果。……………………………35
圖 4-9:使用 TOA 定位方式,加上 NLOS 誤差且量測誤差 m α
為 150 公尺、 m δ 為 1 度的標準差其平均值為 0 的高
斯分佈的模擬結果。……………………………36
圖 4-10:使用 AOA 定位方式,加上 NLOS 誤差且量測誤差 m α
為 150 公尺、 m δ 為 1 度的標準差其平均值為 0 的高
斯分佈的模擬結果。……………………………37
IX
圖 4-11:使用 HTAP 定位方式,加上 NLOS 誤差且量測誤差
m α 為 150 公尺、 m δ 為 1 度的標準差其平均值為 0 的
高斯分佈的模擬結果。…………………………38
圖 5-1:基地台分布示意圖。…………………………… 46
圖 5-2:Case1 的誤差累積分布函數圖。……………… 47
圖 5-3:Case2 的誤差累積分布函數圖。……………… 47
圖 5-4:Case3 的誤差累積分布函數圖。……………… 48
圖 5-5:Case4 的誤差累積分布函數圖。……………… 48
圖 5-6:Case5 的誤差累積分布函數圖。……………… 49
圖 5-7:Case6 的誤差累積分布函數圖。……………… 49
圖 5-8:Case7 的誤差累積分布函數圖。……………… 50
圖 5-9:Case8 的誤差累積分布函數圖。……………… 50
圖 5-10:Case9 的誤差累積分布函數圖。……………… 51
圖 5-11:Case10 的誤差累積分布函數圖。…………… 51
圖 5-12:UWB 環境,L 型走道示意圖。……………… 52
圖 5-13:Case11 的誤差累積分布函數圖。…………… 52
表目錄
表 4-1:TOA 定位方式在三種不同 CASE 下的誤差方均根
值。………………………………………………38
表 4-2:AOA 定位方式在三種不同 CASE 下的誤差方均根
值。………………………………………………39
表 4-3:HTAP 定位方式在三種不同 CASE 下的誤差方均根
值。………………………………………………39
表 5-1:我們提出的演算法與其他演算法在 12 種不同 CASE
比較下的誤差方均根值。…………………… …53
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  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2008-06-28公開。
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