本發(fā)明涉及一種基于LTE-MR數(shù)據(jù)的綜合精確定位算法。
背景技術(shù):
目前,基于移動(dòng)通信系統(tǒng)的終端定位技術(shù)主要有:基于小區(qū)標(biāo)識(shí)的CellID技術(shù)、基于到達(dá)時(shí)間的TOA技術(shù)、基于到達(dá)時(shí)間差的TDOA技術(shù)、基于到達(dá)角的AOA技術(shù)、和基于網(wǎng)絡(luò)輔助的A-GPS技術(shù)。終端定位技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段。
最初的基于服務(wù)蜂窩小區(qū)的定位技術(shù),如CellID,可以快速地定位,但是其定位精度與小區(qū)的覆蓋范圍有關(guān),即只能確定終端在該基站的覆蓋范圍內(nèi),不能得到更為精確的位置。
然后發(fā)展了一些多基站的聯(lián)合定位技術(shù),如TDOA定位技術(shù),通過定位算法能夠解算出終端位置,進(jìn)一步提升了定位精度,但是由于多基站獲得的定位參數(shù)存在一定的誤差,這類定位方法有時(shí)也不能獲得較為準(zhǔn)確的終端坐標(biāo)。
之后的基于衛(wèi)星信號(hào)的GNSS定位技術(shù)可以精確地定位,而這其中用的最為廣泛的就是美國的GPS全球定位系統(tǒng)。直到后來,產(chǎn)生了A-GPS技術(shù),手機(jī)終端首先通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)獲取定位輔助數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)快速搜星,然后通過GPS信號(hào)計(jì)算出位置,然而由于需要搜星所以初次定位時(shí)間過長(zhǎng)而略顯不便。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種基于LTE-MR數(shù)據(jù)的綜合精確定位算法,采用LTE的MR數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確定位,減少了定位成本,彌補(bǔ)了之前的各種基于移動(dòng)MR定位的不足。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種基于LTE-MR數(shù)據(jù)的綜合精確定位算法,包括以下步驟:
S1.對(duì)MR數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)全;
S2.判斷主小區(qū)基站是否為室分站:
(1)如果MR數(shù)據(jù)來自室分站,以室分天線經(jīng)緯度為中心,方圓100米內(nèi)隨機(jī)取一個(gè)點(diǎn)作為當(dāng)前用戶的經(jīng)緯度;
(2)如果MR數(shù)據(jù)不來自室分站,進(jìn)入步驟S3;
S3.將用戶到主小區(qū)的弧和用戶到各鄰區(qū)的弧進(jìn)行經(jīng)緯度求交;
S4.判斷交點(diǎn)個(gè)數(shù):
(1)如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)大于2,則求交點(diǎn)構(gòu)成的多邊形重心,該多邊形重心的經(jīng)緯度即為當(dāng)前用戶的經(jīng)緯度;
(2)如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)等于2,則求交點(diǎn)連接而成的線段重心,該線段重心的經(jīng)緯度即為當(dāng)前用戶的經(jīng)緯度;
(3)如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)為1,則該交點(diǎn)的經(jīng)緯度即為當(dāng)前用戶的經(jīng)緯度;
(4)如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)為0,進(jìn)入步驟S5;
S5.判斷是否有MR中是否有AOA字段:
(1)如果有AOA字段,進(jìn)入步驟S6;
(2)如果沒有AOA字段,統(tǒng)計(jì)主小區(qū)方向角所在射線為中心線的左右兩邊120度范圍內(nèi)鄰區(qū)個(gè)數(shù),以鄰區(qū)個(gè)數(shù)多的半邊弧隨機(jī)取點(diǎn)作為用戶的經(jīng)緯度。
S6.基于AOA對(duì)用戶進(jìn)行方位定位;
S7.定位結(jié)束。
所述的步驟S1包括以下子步驟:
S11.在設(shè)定時(shí)間內(nèi),對(duì)同一主小區(qū)下同一MmeUeS1apId連續(xù)的MR,取出其中鄰區(qū)數(shù)量最多的那一條MR的鄰區(qū)信息;
S12.根據(jù)該條MR的鄰區(qū)信息,按照鄰區(qū)數(shù)量的由多到少,依次對(duì)其他MR數(shù)據(jù)的鄰區(qū)信息進(jìn)行補(bǔ)全,直到該MmeUeS1apId所有MR的鄰區(qū)信息均被補(bǔ)全。
所述的設(shè)定時(shí)間為10s。
所述的步驟S3包括以下子步驟:
S31.計(jì)算主小區(qū)到用戶的距離;
S32.計(jì)算用戶到主小區(qū)基站天線的弧經(jīng)緯度列表;
S33.利用TA值對(duì)用戶到主小區(qū)基站天線的經(jīng)緯度列表進(jìn)行校正;
S34.計(jì)算鄰區(qū)到用戶的距離;
S35.計(jì)算用戶到對(duì)應(yīng)鄰區(qū)基站天線的弧經(jīng)緯度列表;
S36.對(duì)將用戶到主小區(qū)的弧和用戶到各鄰區(qū)的弧進(jìn)行經(jīng)緯度求交。
所述的步驟S6包括以下子步驟:
S61.使用RSRP值計(jì)算距離;
S62.采用TA值對(duì)距離進(jìn)行校正;
S63.計(jì)算以主小區(qū)基站為圓心,該距離為半徑,形成用戶經(jīng)緯度所在的圓;
S64.根據(jù)AOA的角度對(duì)用戶進(jìn)行方位定位,確定用戶經(jīng)緯度。
所述的步驟S31包括以下子步驟:
S311.判斷neid在MR數(shù)據(jù)的工參表中是否存在:
(1)neid在工參表中存在,進(jìn)入步驟S312;
(2)neid在工參表中不存在,計(jì)算失??;
S312.進(jìn)行城區(qū)判定,若為非城區(qū),LOSS值為13;若非城區(qū),LOSS值為15;
S313.在主小區(qū)RSRP值小于-105dbm時(shí),根據(jù)RSRP值和PHR值對(duì)LOSS值進(jìn)行修正;
S314.利用RSRP計(jì)算出主小區(qū)到用戶的距離;
S315.采用TA值對(duì)距離進(jìn)行校正。
所述步驟S34包括以下子步驟:
S341.判斷MR數(shù)據(jù)中neid在工參表中是否存在:
(1)neid在工參表中存在,根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的covertype字段判斷室分;
(2)neid在工參表中不存在,以RSRP值計(jì)算得到的距離作為鄰區(qū)到用戶的距離;
S342.進(jìn)行城區(qū)判定,若為非城區(qū),LOSS值為13;若非城區(qū),LOSS值為15;
S343.在鄰區(qū)RSRP值為-105dbm時(shí),根據(jù)PSCP值和PHR值對(duì)LOSS值進(jìn)行修正;
S344.利用RSRP計(jì)算出鄰區(qū)到用戶的距離。
所述步驟S5中,如果沒有AOA字段,統(tǒng)計(jì)主小區(qū)方向角所在射線為中心線的左右兩邊120度范圍內(nèi)鄰區(qū)個(gè)數(shù),若兩個(gè)半邊弧鄰區(qū)個(gè)數(shù)相等,則整條弧隨機(jī)取點(diǎn)作為用戶經(jīng)緯度。
本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種基于LTE-MR數(shù)據(jù)的綜合精確定位算法,采用LTE的MR數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確定位,減少了定位成本,彌補(bǔ)了之前的各種基于移動(dòng)MR定位的不足,將定位精度提高了20米以內(nèi)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的方法流程圖;
圖2為用戶到主小區(qū)的弧和用戶到各鄰區(qū)的弧進(jìn)行經(jīng)緯度求交流程圖;
圖3為主小區(qū)到用戶距離的計(jì)算流程圖;
圖4為鄰區(qū)到用戶的距離計(jì)算流程圖;
圖5為AOA對(duì)用戶定位的示意圖;
圖6為TA校正列表示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
如圖1所示,一種基于LTE-MR數(shù)據(jù)的綜合精確定位算法,包括以下步驟:
S1.對(duì)MR數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)全;
S2.判斷主小區(qū)基站是否為室分站:
(1)如果MR數(shù)據(jù)來自室分站,以室分天線經(jīng)緯度為中心,方圓100米內(nèi)隨機(jī)取一個(gè)點(diǎn)作為當(dāng)前用戶的經(jīng)緯度;
(2)如果MR數(shù)據(jù)不來自室分站,進(jìn)入步驟S3;
S3.將用戶到主小區(qū)的弧和用戶到各鄰區(qū)的弧進(jìn)行經(jīng)緯度求交;
S4.判斷交點(diǎn)個(gè)數(shù):
(1)如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)大于2,則求交點(diǎn)構(gòu)成的多邊形重心,該多邊形重心的經(jīng)緯度即為當(dāng)前用戶的經(jīng)緯度;
(2)如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)等于2,則求交點(diǎn)連接而成的線段重心,該線段重心的經(jīng)緯度即為當(dāng)前用戶的經(jīng)緯度;
(3)如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)為1,則該交點(diǎn)的經(jīng)緯度即為當(dāng)前用戶的經(jīng)緯度;
(4)如果交點(diǎn)個(gè)數(shù)為0,進(jìn)入步驟S5;
S5.判斷是否有MR中是否有AOA字段:
(1)如果有AOA字段,進(jìn)入步驟S6;
(2)如果沒有AOA字段,統(tǒng)計(jì)主小區(qū)方向角所在射線為中心線的左右兩邊120度范圍內(nèi)鄰區(qū)個(gè)數(shù),以鄰區(qū)個(gè)數(shù)多的半邊弧隨機(jī)取點(diǎn)作為用戶的經(jīng)緯度。
S6.基于AOA對(duì)用戶進(jìn)行方位定位;
S7.定位結(jié)束。
所述的步驟S1包括以下子步驟:
S11.在設(shè)定時(shí)間內(nèi),對(duì)同一主小區(qū)下同一MmeUeS1apId連續(xù)的MR,取出其中鄰區(qū)數(shù)量最多的那一條MR的鄰區(qū)信息;
S12.根據(jù)該條MR的鄰區(qū)信息,按照鄰區(qū)數(shù)量的由多到少,依次對(duì)其他MR數(shù)據(jù)的鄰區(qū)信息進(jìn)行補(bǔ)全,直到該MmeUeS1apId所有MR的鄰區(qū)信息均被補(bǔ)全。
所述的設(shè)定時(shí)間為10s。
如圖2所示,所述的步驟S3包括以下子步驟:
S31.計(jì)算主小區(qū)到用戶的距離;
S32.計(jì)算用戶到主小區(qū)基站天線的弧經(jīng)緯度列表;
S33.利用TA值對(duì)用戶到主小區(qū)基站天線的經(jīng)緯度列表進(jìn)行校正;
S34.計(jì)算鄰區(qū)到用戶的距離;
S35.計(jì)算用戶到對(duì)應(yīng)鄰區(qū)基站天線的弧經(jīng)緯度列表;
S36.對(duì)將用戶到主小區(qū)的弧和用戶到各鄰區(qū)的弧進(jìn)行經(jīng)緯度求交。
在本申請(qǐng)的實(shí)施例中,主小區(qū)或者鄰區(qū)的經(jīng)緯度列表生成方式:以主小區(qū)或鄰區(qū)的基站天線為中心,以計(jì)算出來的點(diǎn)到各個(gè)基站天線的距離為半徑,以基站方位角對(duì)其畫弧,則為點(diǎn)對(duì)應(yīng)此基站可能的位置。由于距離值往往有較大失真性,在求兩弧線交點(diǎn)時(shí)會(huì)出線未嚴(yán)格相交、過度覆蓋等失真情況,因此后面求交點(diǎn)時(shí)采用逼近法(簡(jiǎn)而言之即為求兩弧線距離最近的點(diǎn)),且考慮到性能問題,在弧上僅均等的取140個(gè)點(diǎn),得到這些點(diǎn)的經(jīng)緯度,構(gòu)成點(diǎn)到基站的弧經(jīng)緯度列表。
基站方向角:以正北為0度,以基站波瓣中心線順時(shí)針?biāo)嫽〉亩葦?shù)為方向角,基站波瓣默認(rèn)為65度,如果嚴(yán)格均等分波瓣為140個(gè)點(diǎn)則為每65/140度一個(gè)點(diǎn),但考慮到實(shí)際情況有信號(hào)散射,則為每1度一個(gè)點(diǎn)。在均等分時(shí),從以前的中心線向兩邊擴(kuò)散改為將140度弧按順時(shí)針等分。
求交點(diǎn)過程中采用逼近法,讓主小區(qū)弧經(jīng)緯度列表各點(diǎn)與鄰區(qū)弧經(jīng)緯度列表各點(diǎn)的距離值,再從中選舉距離值小于閾值(此版本為100米,即0.001度)的點(diǎn),取其最小值作為交點(diǎn),若無,返回空表示無交點(diǎn)。
無交點(diǎn)時(shí),若主小區(qū)弧經(jīng)緯度列表各點(diǎn)與鄰區(qū)弧經(jīng)緯度列表各點(diǎn)沒有交點(diǎn),則計(jì)算以主小區(qū)方向角所在射線為中心線的左右兩邊120度(左60度、右60度)范圍內(nèi)鄰區(qū)個(gè)數(shù)(包括W網(wǎng)的鄰區(qū)也要計(jì)算在內(nèi)),以個(gè)數(shù)多的半邊弧隨機(jī)取點(diǎn)構(gòu)成交點(diǎn)列表,若相等則在整條弧上隨機(jī)取點(diǎn)。
所述的步驟S6包括以下子步驟:
S61.使用RSRP值計(jì)算距離;
S62.采用TA值對(duì)距離進(jìn)行校正;
S63.計(jì)算以主小區(qū)基站為圓心,該距離為半徑,形成用戶經(jīng)緯度所在的圓;
S64.根據(jù)AOA的角度對(duì)用戶進(jìn)行方位定位,確定用戶經(jīng)緯度。
如圖3所示,所述的步驟S31包括以下子步驟:
S311.判斷neid在MR數(shù)據(jù)的工參表中是否存在:
(1)neid在工參表中存在,進(jìn)入步驟S312;
(2)neid在工參表中不存在,計(jì)算失??;
S312.進(jìn)行城區(qū)判定,若為非城區(qū),LOSS值為13;若非城區(qū),LOSS值為15;
S313.在主小區(qū)RSRP值小于-105dbm時(shí),根據(jù)RSRP值和PHR值對(duì)LOSS值進(jìn)行修正;
S314.利用RSRP計(jì)算出主小區(qū)到用戶的距離;
S315.采用TA值對(duì)距離進(jìn)行校正。
如圖4所示,所述步驟S34包括以下子步驟:
S341.判斷MR數(shù)據(jù)中neid在工參表中是否存在:
(1)neid在工參表中存在,根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的covertype字段判斷室分;
(2)neid在工參表中不存在,以RSRP值計(jì)算得到的距離作為鄰區(qū)到用戶的距離;
S342.進(jìn)行城區(qū)判定,若為非城區(qū),LOSS值為13;若非城區(qū),LOSS值為15;
S343.在鄰區(qū)RSRP值為-105dbm時(shí),根據(jù)PSCP值和PHR值對(duì)LOSS值進(jìn)行修正;
S344.利用RSRP計(jì)算出鄰區(qū)到用戶的距離。
所述步驟S5中,如果沒有AOA字段,統(tǒng)計(jì)主小區(qū)方向角所在射線為中心線的左右兩邊120度范圍內(nèi)鄰區(qū)個(gè)數(shù),若兩個(gè)半邊弧鄰區(qū)個(gè)數(shù)相等,則整條弧隨機(jī)取點(diǎn)作為用戶經(jīng)緯度。
關(guān)于RSRP的計(jì)算:移動(dòng)通信系統(tǒng)中的無線電波是在地形不規(guī)則的情況下進(jìn)行傳播的,在估算路徑損耗時(shí),應(yīng)考慮特定地區(qū)的地形因素。預(yù)測(cè)模型的目標(biāo)是預(yù)測(cè)特定點(diǎn)或特定區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度(RSRP),但在方法復(fù)雜性和精確性方面差異很大,因此應(yīng)針對(duì)不同地形特點(diǎn),選擇最合適于該區(qū)域的預(yù)測(cè)模型。因此,準(zhǔn)確度與精確度很大程度上依賴于預(yù)測(cè)模型的詳細(xì)程度,由于使用實(shí)地測(cè)試的數(shù)據(jù)搭建預(yù)測(cè)模型,在實(shí)地測(cè)試的數(shù)據(jù)足夠大以及足夠準(zhǔn)確時(shí),所搭建的預(yù)測(cè)模型越準(zhǔn)確。
在傳播模型方面,選擇Cost-Hata模型,此模型是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)P?,?shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果都表明其具有較高的可信度,在市區(qū)的Cost-Hata模型的經(jīng)驗(yàn)公式為:
L(urban)=46.3+33.9logF–13.82logHb+(44.9–6.55logHb)logd–a(Hm)+Cm
式中,L(urban):為平坦市區(qū)中指?jìng)鞑p耗(dB);
F:為基站頻率取值為:FDD為1840MHZ,TD-LTE網(wǎng)絡(luò)取值為2300MHZ;
Hb:為基站天線高度,根據(jù)工參值進(jìn)行取值(默認(rèn)為22米);
Hm:為移動(dòng)臺(tái)天線高度取值為:1.65m;
a(Hm):為移動(dòng)臺(tái)修正因子取值為0;
Cm:對(duì)于中小城市、郊區(qū)Cm取0dB,對(duì)于大城市Cm取3dB;
d:為傳播距離,即是需要計(jì)算的值。
在RSRP>=-105時(shí),Ploss=TX+Gain–Loss–RSRP;
在RSRP<-105時(shí),Ploss=TX+Gain–Loss–RSRP–Loss1;
式中,Ploss即L(urban):為平坦市區(qū)中指?jìng)鞑p耗(dB)。
TX:為基站功率默認(rèn)取值為15dbm。
Gain:天線增益默認(rèn)取值為18db。
Loss:根據(jù)是否城區(qū)進(jìn)行取值。城區(qū)取值為15,非城區(qū)取值為13。
Loss1:對(duì)于室內(nèi)點(diǎn)的loss進(jìn)行校正,即為在RSRP<-105時(shí)。
本申請(qǐng)由neid字段去關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中小區(qū)是否屬于城區(qū),然后再根據(jù)是否城區(qū)來進(jìn)行l(wèi)oss值的取值,
當(dāng)用戶在室內(nèi)時(shí)需校正傳播損耗,室內(nèi)用戶與基站的實(shí)際距離均小于傳播模型計(jì)算距離,隨著PHR值的減小兩者間的差值越大,根據(jù)這個(gè)規(guī)律可校正傳播模型的損耗值,使得實(shí)際距離與模型距離更加接近,所以引入PHR值進(jìn)行傳播模型中的loss值的修正,Loss1的取值如下:RSRP<-105&&PHR<-15,Loss1為+10db;
RSRP<-105&&-15<PHR<=-10,Loss1為+6db;
RSRP<-105&&-10<PHR<=-5,Loss1為+4db;
RSRP<-105&&-5<PHR<=0,Loss1+2db;
當(dāng)下行信號(hào)較好時(shí),在RSRP>=-105時(shí),無需校正。
在本申請(qǐng)的實(shí)施例中,AOA對(duì)用戶定位的方法如圖5所示:首先進(jìn)行數(shù)據(jù)解析,
3GPP規(guī)定的上報(bào)值為AOA_ANGLE_000時(shí),測(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)間分布0=<AOA_ANGLE<0.5;
3GPP規(guī)定的上報(bào)值為AOA_ANGLE_009時(shí),測(cè)量數(shù)據(jù)區(qū)間分布4.5=<AOA_ANGLE<5.0;
3GPP規(guī)定的上報(bào)值為AOA_ANGLE_k時(shí),分布為0.5k=<AOA_ANGLE<0.5(k+1);
例如,當(dāng)解析出來的數(shù)據(jù)為AOA_ANGLE_009,則圖5中的θ為4.5度~5.0度,
如圖5所示,
(X0-X)2+(Y0-Y)2=R2;
已知X,Y分別表示基站的位置坐標(biāo)(即基站的經(jīng)緯度),已知R為基站到用戶的距離(根據(jù)RSRP值并用TA校正得出),求出X0,Y0表示移動(dòng)用戶的定位位置坐標(biāo);
分別計(jì)算出θ在4.5度和5度時(shí)候的在弧上的定位點(diǎn),最后以計(jì)算出來的兩個(gè)端點(diǎn),在弧上隨機(jī)取一點(diǎn),即為用戶的位置。
TA校正:在本申請(qǐng)中,TA,即Timing advance,UE用于調(diào)整其主小區(qū)PUCCH/PUSCH/SRS上行發(fā)送的時(shí)間,1Ts=1/(15000*2048)S,對(duì)應(yīng)的距離等于:(3*10^8*1/(15000*2048))/2=4.89m。1TADV=16Ts=16*4.89m=78.12m。
TA校正表如圖6所示
若TA值為0,RSRP計(jì)算出來的距離為在【0,39】,那么最后取值為該計(jì)算出來的值。如果大于39米的話,最后取值為39米。若為0的話,則視為無效。
若TA值為1,RSRP計(jì)算出來的距離為在(39,117】,那么最后取值為該計(jì)算出來的值;如果計(jì)算出來的值小于39時(shí),就取39;如果大于117,最后取值為117。
若TA值為2,RSRP計(jì)算出來的距離為在(117,273】,那么最后取值為該計(jì)算出來的值;如果計(jì)算出來的值小于117時(shí),就取117;如果大于273,最后取值為273。依次類推即可;
采用這種方法會(huì)導(dǎo)致MR過于集中于TA值確定出來的距離的兩端(取值為最小距離和取值為最大距離),所以校正為:
如果RSRP計(jì)算出來的距離不超過區(qū)間兩端距離的10%,則就以計(jì)算出來的距離作為取值;
如果超過了(大于最大距離的10%),則在其相對(duì)應(yīng)的TA距離的上限的90%作為下限,TA值距離的上限作為該區(qū)間,就在該區(qū)間內(nèi)隨機(jī)取一點(diǎn)。比如說:假設(shè)TA區(qū)間為【100,200】,根據(jù)傳播模型算出來的距離為260,那么260已經(jīng)大于200*110%了,就校正為【180,200】隨機(jī)一點(diǎn)。
如果超過了(小于最小距離的10%),則在其相對(duì)應(yīng)的TA距離的下限的110%作為上限,TA值距離的下限作為該區(qū)間,就在該區(qū)間內(nèi)隨機(jī)取一點(diǎn)。比如說:假設(shè)TP區(qū)間為【100,200】,根據(jù)傳播模型算出來的距離為60,那么60已經(jīng)小于100*90%了,就校正為【100,110】隨機(jī)一點(diǎn)。
滿足城區(qū)情況下RSRP值>-100dbm,TA值>15;非城區(qū)情況先RSRP>-100,TA值>25就直接利用RSRP進(jìn)行距離的計(jì)算,不再采用TA值進(jìn)行校正了。
在本申請(qǐng)的實(shí)施例中,主小區(qū)RSRP小于-125&&TA值為空&&AOA值為空&&鄰區(qū)也為空的數(shù)據(jù),直接過濾掉不用于行定位。