基于多参数估计的单基站移动用户定位方法技术

技术编号:15302209 阅读:87 留言:0更新日期:2017-05-13 12:30
本发明专利技术采用一种基于多参数估计的单基站移动用户定位方法。该方法首先使用到达时间(TOA)区分出直径到达信号,然后采用到达角(AOA)估计技术测算出直径信号的到达角,从而获知移动用户相对于基站的方位。接着,分别使用TOA和信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离,并对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理得到加权距离。最后,结合测算出的到达角和加权距离,估算得到移动用户的位置。本发明专利技术提出的定位方法只需要一个基站,通过结合TOA、AOA以及CSI这三种测量参数,减少了基站的个数以及多径效应的影响,在降低成本的同时提高了定位精度。

Mobile subscriber location method for single base station based on multi parameter estimation

The invention adopts a single base station mobile subscriber positioning method based on multi parameter estimation. Firstly, using the time of arrival (TOA) to distinguish the arrival signal and then the diameter, angle of arrival (AOA) estimation technique to calculate the diameter of the signal arrival angle, to acquire mobile users with respect to a base station location. Then, the distance between a single base station and mobile users is calculated by using TOA and channel state information (CSI) respectively, and the weighted distance is obtained by weighting the distance measured by TOA and the distance measured by CSI. Finally, the location of the mobile user is estimated by combining the calculated angle of arrival and weighted distance. The positioning method of the present invention requires only one base station, by the combination of TOA, AOA and CSI these three kinds of measurement parameters, reduce the influence of the number of the base stations and the multipath effect, reduce the cost and improve the localization accuracy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动通信、无线定位

技术介绍
随着无线通信技术的迅速发展,人们对移动用户定位的需求日益增长。许多移动用户定位方法都是基于到达角(AOA),到达时间(TOA),到达时间差(TDOA)以及混合TDOA/AOA测量参数,但是这些测量参数在非视距(NLOS)或者多径环境中的运行效果并不好,并且都至少要从三个基站获得所需的测量值,既提高了成本又不能保证良好的定位精度。因此基于单基站的移动用户定位方法应运而生。Li等人使用迭代泰勒级数展开法进行移动用户定位,但是该方法需要对移动用户的位置进行初始估计,而该估计容易受到收敛问题的影响。Seow等人提出一种综合的NLOS定位方案和最小二乘估计器对移动用户进行定位,但该方法比较复杂,而且当有一条移动用户的定位线垂直于x轴时,该方法无法实现。Miao等人提出了一种基于最小二乘解的移动用户位置估计方法,但是该方法在所得到的TOA,AOA和AOD的测量误差比较大时,运行效果不佳。
技术实现思路
为了解决多基站数目受限而无法精确定位的问题,本专利技术提出一种基于多参数估计的单基站移动用户定位方法。首先,使用到达时间(TOA)区分直径到达信号,然后采用到达角(AOA)估计技术测算出直径信号的到达角,即根据天线阵列中各阵元接收的数据估计协方差矩阵,对协方差矩阵进行特征值分解,获得特征值和特征向量,找出协方差矩阵最小特征值的数目与其相对应的特征向量,寻找与协方差矩阵的特征向量正交的阵列方向向量,获知移动用户相对于基站的方位。接着,分别使用TOA和信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离。在使用CSI测距中,对频域CSI进行平方加权平均处理,获得有效的CSI,即CSIeff,然后建立基站与移动用户之间的距离d和CSIeff之间的多项式数学模型,并在线下利用已知用户与基站之间的距离和测得的CSIeff建立方程组,求解该数学模型中的参数。然后利用该数学模型,根据实时CSIeff,估算出基站与移动用户之间的距离d,并对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理,使用TOA时间同步误差期望和CSI信道估计误差期望分别作为通过TOA测出的距离和CSI测出的距离的加权因子,由于移动用户与基站之间很难实现同步,因此通过CSI测得的距离的加权因子较大,从而获得加权距离。最后,结合测算出的到达角和加权距离,估算得到移动用户的位置。附图说明图1基于多参数估计的单基站移动用户定位原理图。图2基于到达角(AOA)估计直径到达信号到达角的原理图。图3基于信道状态信息(CSI)测算单基站与移动用户之间距离的原理图。具体实施方式本专利技术所述的基于多参数估计的单基站移动用户定位方法,包含以下几个步骤:1.使用到达时间(TOA)区分直径到达信号,所需时间短的信号即为直径到达信号。2.使用到达角(AOA)估计直径到达信号的到达角,获得移动用户相对于基站的方位。根据天线阵列中各阵元接收的数据估计协方差矩阵,对协方差矩阵进行特征值分解,获得特征值和特征向量,寻找与协方差矩阵的特征向量正交的阵列方向向量,从而确定了移动用户相对于基站的方位。3.使用TOA,根据公式d=c×t(c为光速)测算出单基站与移动用户之间的距离。4.使用信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离。首先,对实验采集得到的CSI在频域进行平方加权平均处理,从而获得有效的CSI,即CSIeff,这样就能够利用频率分集来补偿小范围内的衰落影响。其中CSIeff的计算如下所示:公式中的f0是中心频率,fk是第k个子载波的频率,|Hk|是第k个子载波CSI的幅度值。然后建立基站与移动用户之间的距离d和CSIeff之间的数学模型,并用多项式函数进行简化,有d=f(CSIeff)。由于大部分信号能量只集中在公式的前几项,所以我们只需保留公式的前4项即可,则有:d=a0+a1CSIeff+a2(CSIeff)2+a3(CSIeff)3(2)对于未知系数a0,a1,a2,a3,在线下利用已知用户与基站之间的距离和测得的CSIeff建立方程组进行求解。最后,利用该数学模型,根据实时CSIeff,估算出基站与移动用户之间的距离d。5.对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理得到加权距离。使用TOA时间同步误差期望和CSI信道估计误差期望分别作为通过TOA测出的距离和CSI测出的距离的加权因子。由于移动用户与基站之间很难实现同步,因此通过CSI测得的距离的加权因子较大。6.结合测算出的到达角和加权距离,估算得到移动用户的位置。本文档来自技高网...
基于多参数估计的单基站移动用户定位方法

【技术保护点】
基于多参数估计的单基站移动用户定位方法,其特征在于包含以下步骤:S1:使用到达时间(TOA)区分直径到达信号;S2:使用到达角(AOA)估计直径到达信号的到达角,获得移动用户相对于基站的方位;S3:分别使用TOA和信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离;S4:对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理得到加权距离;S5:结合测算出的到达角和加权距离,估算得到移动用户的位置。

【技术特征摘要】
1.基于多参数估计的单基站移动用户定位方法,其特征在于包含以下步骤:S1:使用到达时间(TOA)区分直径到达信号;S2:使用到达角(AOA)估计直径到达信号的到达角,获得移动用户相对于基站的方位;S3:分别使用TOA和信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离;S4:对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理得到加权距离;S5:结合测算出的到达角和加权距离,估算得到移动用户的位置。2.如权利要求1所述的基于多参数估计的单基站移动用户定位方法,所述步骤S2进一步包括:根据天线阵列中各阵元接受的数据估计协方差矩阵,然后进行特征值分解,在阈值中确定最小特征值,从而来估计入射信号的个数,计算出MUSIC空间谱,即得出到达角。3.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员:桂林卿丛海波杨梦霞施云鲍菲菲束锋李骏陆锦辉
申请(专利权)人:南京理工大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1