【資料名稱】：CDMA定位技術(shù)：EVALUATION OF TDOA TECHNIQUES F

【資料作者】：Muhammad Aatique

【資料日期】：2000

【資料語言】：英文

【資料格式】：PDF

【資料目錄和簡介】：

CDMA定位技術(shù)：EVALUATION OF TDOA TECHNIQUES FOR POSITIONLOCATION
EVALUATION OF TDOA TECHNIQUES FOR POSITIONLOCATION IN CDMA SYSTEMS

by
Muhammad Aatique
Thesis submitted to the Faculty of the
Virginia Polytechnic Institute and State University
in partial ful llment of the requirements for the degree of
MASTER OF SCIENCE
in
Electrical Engineering
Approved:
Dr. Brian D. Woerner
(Chairman)
Dr. Je rey H. Reed Dr. William H. Tranter
September 1997
Blacksburg, Virginia


Contents
Acknowledgment iv
1 Introduction 1
1.1 Motivations for Position Location Solutions : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2
1.1.1 FCC Regulations for Wireless E-911 : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2
1.1.2 Position Location as an Attractive User Option : : : : : : : : : : : : 4
1.1.3 Advantages in System Design and Optimization : : : : : : : : : : : 4
1.2 Di erent Ways of Incorporating Position Location : : : : : : : : : : : : : : 5
1.2.1 Modi ed Handset Techniques : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5
1.2.2 Unmodi ed Handset Techniques : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7
1.2.3 Hybrid Techniques : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 11
1.3 Research Outline : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 12
1.3.1 Purpose of Research : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 12
1.3.2 Thesis Outline : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 12
2 Time Di erence of Arrival (TDOA) Position Location Technique 13
2.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 13
2.2 Comparison of TDOA Techniques with other Techniques : : : : : : : : : : : 14
2.2.1 TDOA Technique Versus Modi ed Handset Techniques : : : : : : : 14
2.2.2 TDOA Technique Versus Other Unmodi ed Handset Techniques : : 14
2.3 TDOA Position Location Method : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 15
2.3.1 TDOA Estimation Techniques : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 15
2.3.2 Hyperbolic Equation Solving Algorithms : : : : : : : : : : : : : : : : 23
2.4 TDOA Techniques in CDMA Systems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 31
2.4.1 Advantages in CDMA : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 32
2.4.2 Disadvantages in CDMA : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 32
2.5 Measures of Position Location Accuracy : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 33
v
2.5.1 Comparison of MSE with CRLB : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 33
2.5.2 Circular Error Probability : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 34
2.5.3 Geometric Dilution of Precision : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 34
2.5.4 The New Proposed Measure of Accuracy : : : : : : : : : : : : : : : : 35
2.6 Chapter Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 38
3 Simulation Models 39
3.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 39
3.2 General Structure of the Simulations : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 41
3.3 Reverse Link System Model : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 43
3.3.1 Spreading Codes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 44
3.3.2 Power Control : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 44
3.3.3 Rake Receiver : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 44
3.4 Selection of Mobile Positions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 46
3.5 Channel Modeling : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 48
3.5.1 Path Loss Model : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 48
3.5.2 Generating AWGN : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 48
3.5.3 Frequency Selective Fading Model : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 49
3.6 Interference Cancellation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 51
3.7 Position Location Method : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 53
3.7.1 Cross Correlation Method : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 53
3.7.2 Algorithm for Solving Hyperbolic Equations : : : : : : : : : : : : : : 55
3.7.3 Measure of Position Location Accuracy : : : : : : : : : : : : : : : : 56
3.8 Chapter Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 56
4 General Results 57
4.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 57
4.2 E ect of AWGN : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 58
4.3 Length of the Signal Snap Shot : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 60
4.4 E ect of the Sampling rate on TDOA Accuracy : : : : : : : : : : : : : : : : 64
4.5 Distance from the Base Station : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 68
4.6 Non-Ideal Arrangement of Base Stations : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 71
4.7 Performance in Rayleigh Fading Channels : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 75
4.8 Chapter Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 77
vi
5 Performance in Non-Ideal Multiuser Environments 78
5.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 78
5.2 E ects of Imperfect Power Control : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 79
5.3 Performance at Di erent Loading Levels : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 81
5.4 Using High Power Level for the 911 User : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 83
5.5 Bit Error Rate with the Cancellation of the High Power 911 User : : : : : : 86
5.6 Interference Cancellation at other Base Stations : : : : : : : : : : : : : : : : 88
5.7 Chapter Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 91
6 The Improved TDOA Estimation 92
6.1 Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 92
6.2 Proposed Improvement in TDOA Estimation : : : : : : : : : : : : : : : : : 93
6.3 Results with Improved TDOA Estimation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 95
6.3.1 Performance against Increasing AWGN : : : : : : : : : : : : : : : : 95
6.3.2 Accuracy versus the Length of Snap Shot : : : : : : : : : : : : : : : 95
6.3.3 Distance from the Home Cell Site : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 98
6.3.4 E ects of Non-Ideal Base Stations : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 98
6.3.5 Performance in Rayleigh Fading Channels : : : : : : : : : : : : : : : 101
6.4 Conclusions and Chapter Summary : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 101
7 Conclusions 103
7.1 Methods and Algorithms for TDOA Position Location : : : : : : : : : : : : 103
7.2 Important Factors for the Performance of TDOA Position Location in CDMA104
7.3 Issues E ecting the Performance : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 104
7.4 Solutions Proposed for Improved Performance : : : : : : : : : : : : : : : : : 105
7.5 Contributions of this Research : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 107
7.6 Future Research : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 107
Bibliography 114