一種利用循環(huán)前綴的無線定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于到達(dá)時間差(TDOA)的無線定位方法。該方法利用現(xiàn)有通信系統(tǒng)中發(fā)射的調(diào)制信號中存在的循環(huán)前綴(CP)的自相關(guān)特性直接計算出目標(biāo)站點(diǎn)到達(dá)定位基站的相對時間信息，然后由中心節(jié)點(diǎn)利用各定位基站測量到的時間信息計算出目標(biāo)的具體位置。該方法按如下步驟實(shí)施：首先定位系統(tǒng)根據(jù)定位目標(biāo)發(fā)射的信號特征確定信號中符號的長度和CP的長度；其次，利用信號CP的自相關(guān)特性進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算；根據(jù)自相關(guān)運(yùn)算的峰值所對應(yīng)的時間得出目標(biāo)基站到達(dá)各個定位基站的相對時間；最后由相對時間信息采用TDOA定位算法獲得目標(biāo)的實(shí)際位置。和傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明的定位方法實(shí)現(xiàn)簡單，計算復(fù)雜度低，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時定位與跟蹤。
【專利說明】一種利用循環(huán)前綴的無線定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信和信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及無線通信系統(tǒng)中的定位，主要針對發(fā)射具有循環(huán)冗余前綴的無線信號的通信設(shè)備進(jìn)行定位。
【背景技術(shù)】
[0002]無線定位技術(shù)是利用接收到的無線電信號的參數(shù)獲取定位信息，然后采用適當(dāng)?shù)亩ㄎ凰惴ㄓ嬎愠瞿繕?biāo)的位置。無線定位技術(shù)根據(jù)所獲信號的參數(shù)以及定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為很多種，不管哪種定位技術(shù)，其基本原理都是類似的，即通過測量目標(biāo)發(fā)射和接收的無線電信號來估計出目標(biāo)和周圍已知位置基站(或者接入點(diǎn)、衛(wèi)星等)的相對幾何關(guān)系如距離、角度等，從而最終確定目標(biāo)的位置。那么根據(jù)無線信號的特性，常用的定位技術(shù)可以分為基于時間的定位方法，基于接收功率的定位方法，基于角度的定位方法。其中基于時間的定位技術(shù)是研究得最多的一種定位技術(shù)，即通過測量信號從發(fā)射端到接收端所用的時間或到達(dá)多個接收端的相對時間差來獲取定位目標(biāo)與基站的距離，從而進(jìn)行定位的方法。基于時間的定位方法有優(yōu)點(diǎn)，比如它的測量值比較穩(wěn)定，不易受干擾，不太受傳播環(huán)境的影響。其次它的測量也不是很復(fù)雜，在有些系統(tǒng)中有現(xiàn)存的時間參數(shù)比如GSM中的時間提前(TA)。根據(jù)時間信息可以算出目標(biāo)與測量基站間的距離，因此基于時間的定位也稱為基于距離的定位。
[0003]基于時間的定位的方法中有分為TOA (到達(dá)時間)和TDOA (到達(dá)時間差)。TOA方法通過測量定位信號從發(fā)射端到接收端的時間來得到兩者之間的距離，繼而確定一個以發(fā)送端為圓心，以距離為半徑的圓。通過多個基站的TOA測量，可以得到多個圓，這些圓的交點(diǎn)即為定位目標(biāo)的位置。TOA需要發(fā)射端和接收端在時間上同步，因此往往實(shí)現(xiàn)上比較困難，尤其是當(dāng)被定位的終端和定位節(jié)點(diǎn)間不屬于同一個系統(tǒng)時信號的收發(fā)間沒有同步機(jī)制。
[0004]而TDOA通過測量由某兩個基站發(fā)出的定位信號到達(dá)接收端的時間差來確定兩個基站到達(dá)定位目標(biāo)的距離差，從而進(jìn)行定位的方法。該方法有時也被稱為雙曲線定位法，這是因為已知TDOA時，滿足條件的定位目標(biāo)到達(dá)兩定位基站的距離差是一定的，因此定位目標(biāo)在雙曲線上。TDOA不需要被定位的終端和定位節(jié)點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)同步，因此被廣泛的應(yīng)用到各種定位系統(tǒng)中，目前主要的基于時間的定位系統(tǒng)采用的都是基于TDOA的定位原理。
[0005]基于TDOA的定位需要利用無線信號測量出發(fā)射端到多個接收端的傳輸時間差?？紤]如圖1中的定位系統(tǒng)中有多個基站根據(jù)定位目標(biāo)發(fā)出的無線信號測量出定位目標(biāo)到達(dá)定位基站的到達(dá)時間。假設(shè)定位基站是固定不動的，其位置已知，并且定位基站間是同步的。而定位目標(biāo)為-圖1TD0A定位方法示意圖:里的定位基站可以是無線電監(jiān)測站或其它可以接收定位目標(biāo)發(fā)出的無線電信號的任意接收機(jī)，但是定位基站不屬于定位目標(biāo)所屬的通信系統(tǒng)，也即定位基站和目標(biāo)間不存在任何通信，也不知道定位目標(biāo)發(fā)射信號的具體內(nèi)容，但可以利用目標(biāo)信號的某些特性獲得目標(biāo)到達(dá)各個監(jiān)測站點(diǎn)的時間差。對于通常的無線信號，由于定位基站不知道目標(biāo)信號的具體內(nèi)容，因此單個基站無法根據(jù)檢測到的目標(biāo)信號計算出時間信息。要獲得TDOA算法需要的時間差，必需把各個基站的信號傳送到某個中心節(jié)點(diǎn)做聯(lián)合處理。但是這種方法需要建立起每個基站到中心節(jié)點(diǎn)的大容量的數(shù)據(jù)通道，成本很高，定位的實(shí)時性很差。如果每個基站能夠計算出目標(biāo)信號的時間信息，那么只要把時間信息傳送到中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，這樣傳送的數(shù)據(jù)量很少，處理時延很短，可以很快的實(shí)現(xiàn)定位。目前許多通信系統(tǒng)采用OFDM(正交頻分復(fù)用)調(diào)制或者單載波調(diào)制以提高頻譜效率，例如無線局域網(wǎng)802.lla/g/n標(biāo)準(zhǔn)采用OFDM調(diào)制，第四代移動通信系統(tǒng)LTE則采用下行OFDM上行單載波調(diào)制。這些調(diào)制方法具有一個共同的特點(diǎn)，就是采用循環(huán)前綴(CP)來抑制無線信道的碼間干擾如圖2所示。循環(huán)前綴即把通信符號的時域信號的末尾一段信號復(fù)制加到該時域信號的前面，即s (t) = s(t+Tsyffl)當(dāng)t = 0~TCP，Tsym為符號長度。利用CP信號的自相關(guān)特性，定位基站就可以計算出目標(biāo)站點(diǎn)到達(dá)接收機(jī)的相對時間，然后送到中心節(jié)點(diǎn)通過某種TDOA的定位算法獲得目標(biāo)站點(diǎn)的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用現(xiàn)有通信系統(tǒng)中調(diào)制信號中存在的CP的自相關(guān)特性計算出目標(biāo)站點(diǎn)到達(dá)定位基站的相對時間信息，然后通過低速的通道傳送到中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)利用TDOA定位算法來計算出目標(biāo)的具體位置。和傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明的定位方法實(shí)現(xiàn)簡單，定位基站 和中心節(jié)點(diǎn)間不需要建立大容量的專用通道，成本大大降低，而且計算復(fù)雜度低，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時定位與跟蹤。
[0007]本發(fā)明的定位方法具體描述如下:
[0008]I)假設(shè)目標(biāo)站點(diǎn)發(fā)射的基帶信號是s(t)，信號經(jīng)過一定的信道延遲(取決于目標(biāo)和定位基站間的距離)到達(dá)第i個定位基站的接收端，在接收端經(jīng)過AD采樣成為離散的數(shù)字信號(k) = a {(k+AD+WiGO ,其中a i是信號的衰減，Ai為延時，WiQO是噪聲和干擾之和。假設(shè)帶有循環(huán)前綴的符號長度為Tsym，CP長度為TCT，那么我們可以做如下的相關(guān)運(yùn)算獲得到達(dá)的相對時間。
【權(quán)利要求】
1.一種利用循環(huán)前綴的無線定位方法。利用現(xiàn)有通信系統(tǒng)中發(fā)射的調(diào)制信號中存在的循環(huán)前綴(CP)的自相關(guān)特性直接計算出目標(biāo)站點(diǎn)到達(dá)定位基站的相對時間信息，然后通過基于到達(dá)時間差(TDOA)的定位算法計算出目標(biāo)的具體位置的定位方法。該方法按如下步驟進(jìn)行: 1)假設(shè)目標(biāo)站點(diǎn)發(fā)射的基帶信號是s(t)，信號經(jīng)過一定的信道延遲后到達(dá)定位基站的接收端，在接收端通過AD采樣后的數(shù)字信號為yi(k) = a iS(k+AiHwi (k)，其中Ai到達(dá)第i個定位基站的延遲，a i是信號經(jīng)過信道的衰減，Wi (k)表示噪聲和干擾之和。假設(shè)通信信號一個符號長度為Tsym，CP長度為TCT，那么我們可以通過做如下的相關(guān)運(yùn)算獲得到達(dá)的相對時間。
【文檔編號】H04W64/00GK103874199SQ201310631929
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張華
申請人:無錫微斯騰信息技術(shù)有限公司