一种基于时间反转信号的无线定位方案制造技术

技术编号:5153467 阅读:211 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种在无线通信系统中基于时间反转信号的移动台定位方法。该方法使用两个固定基站之间的信道冲击响应的时间反转信号作为定位信号有效成分,移动台在所在位置处向固定基站中的接收方发送该时反冲击响应,根据接收到的信号相关峰值和距离的函数关系求出移动台和基站之间的距离,从而建立定位方程。本发明专利技术能够适应在非视距传播比较严重的区域进行定位的需要,相较于传统的基于到达时间、到达角度和到达信号强度的方法,能够减小测量和计算处理的工作量,并提高定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
,如无线通信、移动通信等,特别涉及无线蜂窝通信、无 线传感器网络、无线局域网等移动通信网络系统中对移动台的定位。
技术介绍
无线通信中对移动台的定位是一个重要的应用,不仅用户本身希望获得自身的位 置信息,网络运营商等其他相关者也希望获得移动台用户的位置信息,以开展有关业务。无线定位技术中,一般通过测量无线电信号的强度、到达时间、到达方位角等定位 观测量来获得定位所需的观测量。在城市或建筑物内部具有较多障碍物的环境下,无线电 信号在传播中会经历障碍物的反射、折射、散射等过程,形成信号的非直线传播,称为非视 距(NLOS)传播。在非视距传播路径较多的情况下,会严重影响所测得的定位观测量(指信 号强度、到达时间、到达方向角)与移动台位置之间的相关关系,从而造成定位的误差。在 无法区分非视距传播(NLOS)和视距传播(LOS)信号的情况下,传统的定位技术试图减轻非 视距传播的影响,主要包括利用定位观测量的统计特性的定位技术和利用信号传播特征的 “指纹”定位技术。对于前一种方法,中国专利公开号CN1413058“利用信号达到时间和时间 差估计移动台位置的方法及装置”中提出一种方法,根据移动台连接的所有基站的到达时 间TOA与相对主基站的到达时间差TDOA的测量值,获取有关统计信息,再根据统计信息构 造运算矩阵,两次使用加权线性最小二乘法估计移动台的位置,最后利用最小距离差挑选 最终位置估计值。该方法在能够准确测量到达时间的情况下有较好的效果,但是定位的测 量量比较大,计算过程也比较复杂,同时基于TOA的测量要求测量过程中有很好的时间同 步;“指纹”定位技术通过测量在所关心的定位区域中的大量位置点所发射的信号,建立不 同位置点发射信号的“指纹”特征数据库,然后利用实际定位时测得的信号的特征与“指纹” 库中的特征对比,从而进行定位。文献“RADAR :An In-Building RF-based User Location and Tracking System,,(INFOCOM 2000. Nineteenth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communication Societies. Proceeding. IEEE. pp. 775-784. vol. 2.)描 述了一种基于信道测量强度的指纹定位技术。该文中提出的方法在较小的空间内有较好的 定位结果,但是需要进行大量的测量,建立所考察区域内大量采样点的“信号指纹”,以进行 实测信号的比对。这些传统的抑制非视距影响的定位技术,实际应用中存在很多缺点,如需要进行 大量测量,或定位解算过程复杂,或者信号的指纹数据库由于障碍物位置改变而失效等,其 定位效果仍然很低,尤其是,这些技术都是在接收到测量信号以后进行抑制非视距误差的 处理,在发射被测量的无线电信号之前,均没有针对信号的非视距传播作专门的处理。本专利技术针对在非视距传播比较严重的环境下的定位问题,使被定位的移动台在发 射信号前针对非视距传播对信号进行预先处理,从而降低定位误差。本专利技术相对于传统抑 制非视距定位误差的技术,具有处理过程简单,无需大量测量,无需建立大量信号特征数据 库的特点,并且可以做到随时适应环境改变、快速实时定位。
技术实现思路
A.专利技术目的本专利技术的目的是提供一种基于时间反转信号的针对移动通信终端 的定位方案,用于在无线通信网络(例如蜂窝通信网、传感器网络、无线局域网等)中对移 动台进行定位,特别是在非视距传播严重的环境。本专利技术主要利用了时间反转信号的时空 聚焦特性,用于降低在较为严重的无线电信号非视距传播环境下进行定位的误差,同时也 降低非视距环境下定位的数据处理工作量,并增强定位方案对环境改变的适应能力。B.技术方案本专利技术的定位方案由定位信号设计方法及终端定位方法两部分组 成。一、定位信号设计方法定位信号设计方法是按照时间反转的原理设计一种特殊的无线传输信号,其步骤 为1. 1.首先指定一个基站为定位基站,另一个基站为通信基站,测量通信基站到定 位基站的信道冲击响应;1. 2.记录第1. 1步得到的信道冲击响应及该响应的最大值,将该最大值缩小一定 比例作为功率控制目标电平值;1. 3.将信道冲击响应进行AD模数转换后,做时间反转处理,得到时反冲击信道响 应序列,在该序列前或后附加上该冲击响应对应的通信基站的识别码,以及功率控制目标 电平值,得到移动台的对应于该通信基站的定位信号;二、终端定位方法终端定位方法可以按时间顺序分为前期准备阶段、定位测量阶段和定位解算阶段 内的方法,即首先进行前期准备,再进行定位测量,最后执行定位解算。a.前期准备阶段本阶段的目的是建立在考察区域内移动台在各采样点发射信号时定位基站的接 收信号最大测量值与采样点到通信基站中心的距离的对应关系,其步骤为2. 1.选定一个能被多个通信基站覆盖的区域作为考察区域,并确定这些基站的坐 标;2. 2选择一个通信基站作为被测基站,选择一个定位基站并始终保持不变,利用 本方案中的定位信号设计方法得到对应该通信基站的定位信号;并且选择通信基站位置处 作为第一次测量使用的采样点,令i = 0,Ltl = 0 ;2. 3.移动台在选定的采样点上向定位基站发射具有一定电平幅度的非定位信号, 并通过定位基站的反馈进行功率控制,保证信号到达定位基站时具有定位信号中指明的功 率控制目标电平值,从而得到移动台在此采样点应该使用的发射功率电平;2.4.移动台在采样点向定位基站发射定位信号,其中的时反冲击响应经过数模 AD变换成为模拟波形,并且该波形的最大值为上一步确定的发射功率电平,其他时刻的值 成比例的缩放;2. 5.定位基站记录移动台在采样点发射定位信号时,其测量到的定位信号中的时 反冲击响应的信号相关峰强度的最大值Si (当i = 0时,SO为定位信号在通信基站处发射 时定位基站测得的最大相关峰强度);同时也记录信号中的通信基站识别码;2. 6.在本考察区域内重新选择一个距选定的通信基站不同距离的采样点,令i的 值增加1,测量并记录该采样点到通信基站的距离Li,重复步骤2. 3到2. 6,直到所选取的到 通信基站不同距离的采样点数大于一个不小于3的数;2. 7.进行后处理,按以下步骤得到相关峰信号强度与采样点到选定的通信基站距 离之间的函数关系一一2. 7. 1 设定位基站接收到的信号的最大相关峰强度S与移动台到通信基站 之间的距离L满足如下的函数关系(以下将其称为相关峰-距离函数关系)S = aS0ei........................... (1)其中SO是在前述步骤2. 5中移动台在通信基站处发射定位信号时定位基站测得 的最大信号强度,e是自然对数的底数,a, b是定位关系系数,此时为未知数;—一2. 7. 2 将测得的各非通信基站处的采样点对应的最大接收信号强度(Si, S2,……)与对应的距离(Li,L2,……)代入上述函数关系式(1),通过解方程得到定位 关系系数a,b,并记录下该通信基站识别码与系数SO,a, b的对应关系。2.8.选择可覆盖本区域的另一个不同的通信基站,并保持定位基站不变,重复步 骤2. 3本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种无线通信系统中基于时间反转信号对移动台进行定位的方法,其特征在于:使用经过时间反转以后的通信基站和定位基站之间的信道冲击响应作为定位信号主要成分,利用多采样点测量来拟合移动台向定位基站发送的定位信号在真实信道中传送所产生的相关峰强度值与移动台和通信基站之间的距离的函数关系(以下简称相关峰强度-距离函数关系),并进而用测得的相关峰强度值来反求移动台与通信基站之间的距离,然后用该距离建立定位方程。

【技术特征摘要】
一种无线通信系统中基于时间反转信号对移动台进行定位的方法,其特征在于使用经过时间反转以后的通信基站和定位基站之间的信道冲击响应作为定位信号主要成分,利用多采样点测量来拟合移动台向定位基站发送的定位信号在真实信道中传送所产生的相关峰强度值与移动台和通信基站之间的距离的函数关系(以下简称相关峰强度 距离函数关系),并进而用测得的相关峰强度值来反求移动台与通信基站之间的距离,然后用该距离建立定位方程。2.如权利要求书第1项中所述的定位信号设计方法,其步骤为(1)首先指定一个基站为定位基站,另一个基站为通信基站,测量通信基站到定位基站 的信道冲击响应;(2)记录第(1)步得到的信道冲击响应及该响应的最大值,将该最大值缩小一定比例 作为功率控制目标电平值;(3)将信道冲击响应进行AD模数转换后,做时间反转处理,得到时反冲击信道响应序 列,在该序列前或后附加上该冲击响应对应的通信基站的识别码,以及功率控制目标电平 值,得到移动台的对应于该通信基站的定位信号3.如权利要求书第1项所述的相关峰强度与距离的函数关系,即用下述函数关系式 来表示传播通信基站到定位基站之间的时间反转信道冲击响应所产生的相关峰强度与通 信...

【专利技术属性】
技术研发人员:卓永宁陆侃
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:90[中国|成都]

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