基于Alamouti編碼的移動臺定位的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于Alamouti編碼的移動臺定位的設(shè)計方法，屬于無線通信技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，基于移動臺位置的服務(wù)（LBS)越來越多，無線定 位的精度決定了LBS的質(zhì)量。對于TDOA和TOA定位方法，無線定位精度主要受時延估計精 度影響，因而目前對于無線定位技術(shù)的研究多集中在提高時延估計精度上。目前，有基于提 高采樣速度的粗時延估計，基于提高采樣精度的精時延估計和基于信噪比門限獲取首達(dá)徑 等方式的定位方法。
[0003] 由于LTE系統(tǒng)下行鏈路信號多徑衰落嚴(yán)重，傳統(tǒng)的發(fā)送定位參考消息采用一發(fā)一 收（SISO)模式，一個信號碼元在信道中傳輸可靠性完全取決于信道本身，由信道衰落帶來 的誤碼率不能得到補償和修正。而采用本Alamouti空時編碼"雙發(fā)單收"方案，利用發(fā)射 端分集，得到攜帶同一信息的兩路發(fā)射信號，由于兩路發(fā)射信號在信道衰落過程中彼此統(tǒng) 計獨立，誤碼率得到了相互補償，從而降低了接收端接收信號的誤碼率，提升了信號的互 相關(guān)特性，在低信噪比情況下優(yōu)化無線定位系統(tǒng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種基于Alamouti編碼的移動臺定位的設(shè)計方法，該方法利用發(fā) 射端分集，得到多個攜帶同一信息的信號，由于多個發(fā)射信號在信道衰落過程中彼此統(tǒng)計 獨立，降低了接收端接收信號的誤碼率，提升了信號的互相關(guān)特性，在低信噪比情況下優(yōu)化 了無線定位系統(tǒng)性能。
[0005] 方法流程：
[0006] 步驟1 :發(fā)送端產(chǎn)生OFDM定位參考序列
[0007] 步驟2:發(fā)送端對生成序列進行"雙發(fā)單收"Alamouti空時編碼后以雙天線發(fā)送
[0008] 步驟3 :接收端以單天線接收并對接收到的兩路信號進行整合
[0009] 步驟4 :接收端對整合后的消息進行最大似然譯碼得到帶時延的定位參考消息
[0010] 步驟5 :接收端互相關(guān)運算提取時延參數(shù)
[0011] 步驟6 :接收端利用Chan算法完成定位
[0012] 有益效果：
[0013] 1、本發(fā)明降低了接收端接收信號的誤碼率，提升了信號的互相關(guān)特性，在低信噪 比情況下優(yōu)化了無線定位系統(tǒng)性能。
[0014] 2、本發(fā)明適用于尺寸較小、能耗要求高的手機終端設(shè)備。
【附圖說明】
[0015] 圖1為傳統(tǒng)的TOATDOA定位示意圖。
[0016] 圖2為TDOA定位示意圖。
[0017] 圖3為基于Alamouti編碼定位示意圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明的方法流程圖。
[0019] 圖5為基于Alamouti編碼定位示意圖。 圖6為本發(fā)明定位參考信號互相關(guān)的示意圖。 圖7為本發(fā)明Chan算法移動臺定位的示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 1.傳統(tǒng)的TOATDOA定位方法
[0021] (I)TOA定位技術(shù)
[0022] TOA定位技術(shù)也稱為圓周定位技術(shù)，如圖1，若已經(jīng)知道待定位物體與第i個基站 之間的距離Ri，那么待定位物體肯定在以該基站為圓心，測量距離Ri為半徑的定位圓上。 當(dāng)基站個數(shù)為M(M> = 3)時，M個定位圓必然相交于一點，該交點即為待定位物體的位置。
[0023] 假設(shè)第i個基站的位置坐標(biāo)為（Xl，yi)，待定位物體的位置坐標(biāo)為（x，y)，那么待定 位物體到該基站的距離滿足如下關(guān)系：
[0025] 在實際無線定位系統(tǒng)中，基站到待定位物體的距離可以通過測量它們之間的傳播 時間來得到：
[0026] Ri=Ot;
[0027] 其中C= 3*10sm/s，為無線電波的傳播速度。
[0028] 聯(lián)立上述兩式可得：
[0030] 如果已知待定位物體到周圍M(M> = 3)個基站的距離，則可以聯(lián)立各個方程，求出 待定位物體的位置。當(dāng)定位基站個數(shù)少于三個時，TOA技術(shù)無法定位出待定位物體的位置， 該技術(shù)需要嚴(yán)格的時間同步。
[0031] (2)TDOA定位技術(shù)
[0032] TDOA定位技術(shù)也被稱為雙曲線定位技術(shù)，定位技術(shù)如圖2所示。與TOA定位技術(shù) 相同，TDOA也是利用信號的傳播時間進行定位。如果已經(jīng)知道待定位物體到周圍兩個基站 的傳播距離差，則待定位物體肯定在以兩個基站為焦點，以到兩焦點距離差值為傳播距離 差的雙曲線上。
[0033] 基站BSi和服務(wù)基站BSl到待定位物體的傳播距離差Rlil滿足如下的關(guān)系式：
[0035] 如果已經(jīng)知道待定位物體到周圍三個基站的距離差，聯(lián)立兩個方程，求出方程的 解，再利用先驗規(guī)律去除一個無效的解，剩下的即為待定位物體的位置坐標(biāo)。
[0036] 2?基于Alamouti編碼的新定位方法
[0037] 該方法在發(fā)射端將經(jīng)過OFDM調(diào)制的定位參考消息，每兩個為一組，以空時編碼矩 陣為依據(jù)，進行空時編碼，得到兩組攜帶同一信息并統(tǒng)計獨立的衰落信號，并分別從發(fā)射端 的兩條發(fā)射天線發(fā)送出去。在信號發(fā)送過程中，由于之前在發(fā)射端的發(fā)射天線之間的距離 使得兩路信號能夠進行獨立衰落。
[0038] 在接收端做合并工作：將接收到的兩路統(tǒng)計獨立的信號進行整合，最終得到一個 比傳統(tǒng)單發(fā)單收精度更高的接收信息。從這樣的接收消息里提取時延參數(shù)來計算移動臺位 置，精度將會更高，亦或者能在信噪比環(huán)境不是很好的情況下，能獲得良好的定位效果。
[0039] (1)實現(xiàn)過程：1?發(fā)送端產(chǎn)生OFDM定位參考序列
[0040] 2.發(fā)送端對生成序列進行"雙發(fā)單收"Alamouti空時編碼后以雙天線發(fā)送
[0041] 3.接收端以單天線接收并對接收到的兩路信號進行整合
[0042] 4.接收端對整合后的消息進行最大似然譯碼得到帶時延的定位參考消息
[0043] 5?接收端互相關(guān)運算提取時延參數(shù)
[0044] 6?接收端利用Chan算法完成定位
[0045] (2)具體的算法流程如下：
[0046] 1.將定位參考消息比特流送入OFDM調(diào)制器
[0047] 調(diào)制器輸出符號序列[sl，s2,s3, ?...]
[0048] 2.以每兩個連續(xù)的符號為一組，設(shè)為[sl，s2]，送入空時編碼器。
息的兩路發(fā)送信號，從兩個發(fā)射天線分為兩個時隙發(fā)送。
[0050] 4.假設(shè)信道增益在連續(xù)的兩個信號傳輸周期內(nèi)不變，那么接收信號在連續(xù)的兩個
[0051]其中：
[0052]Ii1Ii2為各自的信道增益，可以通過信道估計求出
[0053]W1W2為接收天線噪聲，通常是均值為零的高斯白噪聲
[0054]5.合并接收端收到的同一信號的兩個時隙的接收副本
[0056] 6.對合并后的接收端消息進行最大似然譯碼，得到準(zhǔn)確的帶時延的定位參考消息
[0057] 7.將同一參考信號的兩組接受端定位參考消息進行互相關(guān)運算，得到時延參數(shù)，
[0058] 從而確定兩個MS到基站之間的距離差與未編碼方案相比，兩發(fā)一收的Alamouti 方案未產(chǎn)生編碼增益，但I(xiàn)Ii112+1h2 |2保證了空間分集增益為2,在相同的誤碼率下降低了對 信噪比的要求，適用于低信噪比的情況。
[0059] (3)時延參量的提?。?br>[0060]TDOA(到達(dá)時間差）定位模型又稱雙曲線定位模型，若兩基站到達(dá)移動臺時延值 為T，則移動臺位于到兩基站距離差為c*T的雙曲線軌跡上。兩組或以上的雙曲線組的交 點即為移