2.1.3. TDоA (Time Difference оf Arrival)
Метод TDоA основывается на измерении разности времени прихода сигнала от двух БС сотовой сети. Этот подход также известен как метод "гиперболической навигации", который является основой многих систем радионавигации, включая GPS. Методика следующая: сигнал, переданный МС, достигает двух различных БС сети, но более близкая БС получает сигнал немного раньше. Разность во времени прихода сигнала преобразуется, путем учета скорости распространения радиоволн, в разность расстояний. Если известно, что вызывающий абонент на 1200 метров ближе к одной БС сети, чем к другой, то это соответствует его положению на некоторой гиперболе на поверхности. Добавление третьей БС сети и другой гиперболической кривой указывает точно положение вызывающего абонента на месте пересечения двух кривых(Рис.2.2).
Рис. 2.2 – Метод позиционирования TDоA
Для реализации этой методики на практике две БС должны быть очень точно и надежно синхронизированы по времени. Учитывая, что скорость распространения радиоволн равна скорости света, ошибка в определении времени в одну наносекунду соответствует ошибке в определении местоположения около 30 сантиметров. При ухудшении синхронизации между БС, TDоA-измерения становятся неточными, гиперболы "размываются", и ошибка определения местоположения соответственно увеличивается. В сети CDMA часы в базовых станциях, получающие синхросигналы от спутников GPS, могут синхронизироваться между собой с точностью не хуже 100 наносекунд, что соответствует точности 30 метров по местоположению.
Реализация данной технологии в системах с кодовым разделением каналов (CDMA) осложняется одним существенным недостатком, называемым "проблемой близости", когда МС находится вблизи обслуживающей БС. В этом случае очень трудно различить сигналы МС на других БС, участвующих в определении местоположения. Есть несколько способов решения этой проблемы. Например, применяя интерференционный подавитель, можно частично удалить мешающие сигналы и обнаружить слабые сигналы МС, удаленной от базовых станций. Однако на текущий момент времени этот подход довольно затруднителен в реализации и экономически себя не оправдывает.
2.1.4. E-otd (Enhanced Observed Time Difference)
Метод E-OTD позволяет определить местоположение абонента в сети сотовой связи без применения систем спутниковой навигации.
Метод E-OTD основан на измерении времени прохождения сигнала от БС до двух точек, первая из которых – МС, а вторая – специальная станция измерения LMU, координаты которой известны. МС и станция измерения синхронизируются (вычисляется смещение во времени), параллельно определяются координаты МС. Для правильного решения задачи необходимо задействовать как минимум три БС (Рис. 2.3). Точность определения координат в E-OTD варьируется от 50 до 125 метров в зависимости от ландшафта. Необходимые вычисления могут производиться как МС, так и аппаратурой сотовой сети, но в любом случае требуется доработка программного обеспечения MC или SIM-карты.
Рис. 2.3 – Метод позиционирования E-OTD
В системе работают: МС, три БС и станция измерения. Координаты станции измерения и БС известны. Часы МС и станции измерения не синхронизированы – на каждых свое время. Первая БС посылает импульс на МС и на станцию измерения. На МС абонента и на станции измерения отмечается время прибытия сигнала; значение времени, отмеченное на МС, отправляется на станцию измерения (возможен вариант, когда расчеты ведутся на самой МС). Эта операция совершается минимум три раза с участием разных БС. Все манипуляции нужно проделывать быстро, чтобы абонент не успел переместиться на значительное расстояние. После того, как данные о времени поступления сигналов собраны, производятся расчеты. Для вычисления координат абонента необходимо решить простую систему уравнений (2):
R1 - r1 = v( T1 – t1 + dt ),
R2 – r2 = v( T2 – t2 + dt ), (2)
R3 – r3 = v( T3 – t3 + dt ),
где R – расстояние от БС до МС, r – расстояние от БС до станции измерения, T – время поступления сигнала на МС, t – время поступления сигнала на станцию измерения, v – скорость распространения радиоволн, dt – смещение во времени между МС и станцией измерения. Как видно, в системе три неизвестные величины (R можно выразить через x, y) – координаты МС (х,y) и dt, так что вычисление координат становится тривиальной задачей.