一种虚拟小区与宏小区协作的室内定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种虚拟小区与宏小区协作的室内定位系统及方法，该方法包含：(S100)设定终端处于宏基站覆盖范围中，根据终端与微基站的相对位置和信道条件建立虚拟小区，选择至少3个微基站组成虚拟小区；(S200)估计宏基站到终端的信道矩阵，估计宏基站到宏终端的信道矩阵，估计虚拟小区中微基站分别到终端的信道矩阵；(S300)根据终端移动速度从分区预编码码本中选择预编码码字，构造分层预编码；(S400)根据分层预编码进行波束形成；(S500)终端检测及空间定位。本发明专利技术的室内定位系统及方法能够对移动终端按速度进行分类做分层预编码，能够根据移动的速度快速从码本表中搜索到所需的码字，避免因移动速度变化带来的误差。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟小区与宏小区协作的室内定位系统及方法
本专利技术涉及一种虚拟小区与宏小区协作的室内定位系统及方法，具体涉及一种基于速度抉择的虚拟小区与宏小区协作的室内定位方法。
技术介绍
随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位的需求日益增大。目前的大多数定位算法是针对二维平面展开研究的，然而在实际应用中常常需要提供节点的三维位置信息，室内三维定位技术较二维平面定位具有更大的实用价值。由于室内环境的特殊性与复杂性，使得室内三维定位技术面临克服室内环境因素对信号强度的影响，进而给用户提供高精度、低复杂度、立体化的定位服务。中国专利CN201610813895.X，其公开了高精度三维实景室内外一体化定位方法及装置，其方法是将GPS定位结果引入室内，在室内选取GPS坐标可测的几个基准点，以基准点为坐标原点建立平台坐标系；于基准点处引入激光三维扫描仪获取室内三维点云信息，将点云统一到平台坐标系；将超宽带室内定位系统坐标系与上述坐标数据作进一步坐标转换，完成室内目标定位。但该定位系统结构复杂，成本高，实施难度大。分层异构无线网络技术通过在宏基站周围部署微基站，提升能量效率，改善终端体验。为适应无线网络容量、频谱分配以及移动性支持，微基站需以终端为中心，并基于虚拟小区进行设计。分层异构无线组网通过改变现存网络拓扑结构，在部署宏基站的网络中引入低功率节点，提高系统容量，但却使得干扰环境更加复杂。也有考虑采用干扰对齐，或利用协作多点传输消除小区间干扰，但这些方法忽略了新的分层网络构架特殊性，如虚拟小区和控制面数据面分离，对解决宏小区和虚拟小区之间跨层干扰的影响。基于码本的预编码技术大大降低了预编码系统的反馈量，能够以较小的代价获得预期的性能。但是预编码码码字因映射流数、天线数等不同而不同，且码字没有反映移动速度的变化，这样在实际应用中会带来一定偏差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于速度抉择的虚拟小区与宏小区协作的室内定位方法，该方法解决了预编码因没有反映移动速度的变化而带来误差的问题，能够对移动终端按速度进行分类做分层预编码，能够根据移动终端移动的速度快速从码本表中搜索到所需的码字，避免了因移动速度的变化带来的误差。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于速度抉择的虚拟小区与宏小区协作的室内定位方法，该方法针对的室内定位系统包含：至少一个宏基站Pmac、一个包含至少三个微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3的虚拟小区，及虚拟小区服务的终端Uv；所述宏基站和微基站作为节点，该系统中包含宏基站在内的至少有四个节点Pi(i＝1,2,……,L；L≥4)不在同一平面上；其中，所述微基站的覆盖半径小于所述宏基站的覆盖半径；所述终端Uv所属虚拟小区中的微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3共享终端Uv的数据，该终端Uv为待定位终端终端；该方法包含：(S100)设定所述终端Uv处于所述宏基站Pmac覆盖范围中，根据所述终端Uv与微基站的相对位置和信道条件建立虚拟小区，选择至少3个微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3组成虚拟小区；(S200)估计所述宏基站Pmac到所述终端Uv的信道矩阵Hmac,v，估计所述宏基站Pmac到各宏终端Umacj的信道矩阵Hmac,macj，j＝0……K，j为自然数，K为宏终端的数量，估计所述虚拟小区中微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3分别到所述终端Uv的信道矩阵Hmic1,v,Hmic2,v,Hmic3,v；(S300)根据终端移动速度从分区预编码码本表中选择预编码码字，构造分层预编码，包括：表层预编码w表和里层预编码w里，所述虚拟小区的终端Uv的表层预编码相同，预编码w为表层预编码w表和里层预编码w里的乘积，为w＝w表·w里；所述宏小区中终端Uv的分层预编码wmac,v＝wmac,v,表·wmac,v,里，所述虚拟小区中终端Uv的分层预编码wmic,v＝wmic,v,表·wmic,v,里；(S400)根据分层预编码进行波束形成；(S500)终端检测及空间定位：通过RSSI距离损耗模型求得终端Uv与各节点Pi(i＝1,2,……,L；L≥4)之间的距离li(i＝1,2,……,L；L≥4)，设微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3对应节点Pi(i＝1,2,3)，宏基站对应节点P4，分别以各节点Pi(i＝1,2,3,4)为圆心，距离li(i＝1,2,3,4)为半径得到四个球i(i＝1,2,3,4)，终端Uv在这四个球所围成的空间区域中，确定以四个节点P1、P2、P3和P4的坐标为顶点的三棱锥外接球球心坐标，求出这四个球球心与三棱锥外接球球心连线与球面的交点，共四个内侧交点Gi，设其坐标为(xgi,ygi,zgi)(i＝1,2,3,4)，求此四个内侧交点Gi的加权质心，作为终端Uv的位置坐标；其中，在加权质心计算时，加权因子μi(i＝1,2,3,4)取速度的倒数，为：所述终端Uv的三维坐标，为：在步骤(S300)中，所述表层预编码w表的构造方法，包含：设定终端Uv与宏基站Pmac的相对移动速度vmac,v≥v0，终端Uv分别与微基站Pmic1,Pmic2,Pmic3的相对移动速度vmic1,v,vmic2,v,vmic3,v，vmic1,v≈vmic2,v≈vmic3,v<v0；根据相对移动速度vmac,v≥v0，v0为设定的移动终端在室内移动的临界速度，在高速码本表中搜索，估计得到宏小区中基于终端Uv的表层预编码wmac,v,表，为：式(1)中，codebook为码本，wc为码本表codebook中的一个码字，∈为属于符号，表示取得最大值时wc的取值；表示宏小区中终端Uv的信漏噪比；根据相对移动速度vmic1,v≈vmic2,v≈vmic3,v<v0，在低速码本表中搜索，估计得到虚拟小区中基于终端Uv的表层预编码wmic,v,表：式(2)中，Hmic,v为虚拟小区中微基站Pmic1,Pmic2,Pmic3基于终端Uv的聚合信道，且Hmic,v＝[Hmic1,v,Hmic2,v,Hmic3,v]；vecmax[]表示大特征根对应的特征矢量；上角标*表示共轭转置；在步骤(S300)中，所述里层预编码w里的构造方法，包含：设经过表层预编码，宏基站Pmac到终端Uv的等效信道为估计等效信道的零空间，取零空间的列作为里层预编码；根据相对移动速度vmac,v≥v0，在码本表codebook中的高速码本表搜索，依次用码本codebook中码字wc与等效信道按式(4)计算，估计得到宏小区Pmac基于终端Uv的里层预编码wmac,v,里，为：式(3)中，vecmin[]表示小特征根对应的特征矢量；设经过表层预编码，虚拟基站到终端Uv之间的等效信道为根据移动速度vmic1,v≈vmic2,v≈vmic3,v<v0，在码本表codebook中的低速码本表搜索，得到虚拟小区基于终端Uv的里层预编码wmic,v,里本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于速度抉择的虚拟小区与宏小区协作的室内定位方法，其特征在于，该方法针对的室内定位系统包含：至少一个宏基站P

【技术特征摘要】
1.一种基于速度抉择的虚拟小区与宏小区协作的室内定位方法，其特征在于，该方法针对的室内定位系统包含：至少一个宏基站Pmac、一个包含至少三个微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3的虚拟小区，及虚拟小区服务的终端Uv；所述宏基站和微基站作为节点，该系统中包含宏基站在内的至少有四个节点Pi(i＝1,2,……,L；L≥4)不在同一平面上；其中，所述微基站的覆盖半径小于所述宏基站的覆盖半径；所述终端Uv所属虚拟小区中的微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3共享终端Uv的数据，该终端Uv为待定位移动终端；该方法包含：
(S100)设定所述终端Uv处于所述宏基站Pmac覆盖范围中，根据所述终端Uv与微基站的相对位置和信道条件建立虚拟小区，选择至少3个微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3组成虚拟小区；
(S200)估计所述宏基站Pmac到所述终端Uv的信道矩阵Hmac,v，估计所述宏基站Pmac到各宏终端Umacj的信道矩阵Hmac,macj，估计所述虚拟小区中微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3分别到所述终端Uv的信道矩阵Hmic1,v,Hmic2,v,Hmic3,v；
(S300)根据终端移动速度从分区预编码码本中选择预编码码字，构造分层预编码，包括：表层预编码w表和里层预编码w里，所述虚拟小区的终端Uv的表层预编码相同，预编码w为表层预编码w表和里层预编码w里的乘积，为w＝w表·w里；所述宏小区中终端Uv的分层预编码wmac,v＝wmac,v,表·wmac,v,里，所述虚拟小区中终端Uv的分层预编码wmic,v＝wmic,v,表·wmic,v,里；
(S400)根据分层预编码进行波束形成；
(S500)终端检测及空间定位：通过RSSI距离损耗模型求得终端Uv与各节点Pi(i＝1,2,……,L；L≥4)之间的距离li(i＝1,2,……,L；L≥4)，设微基站Pmic1、Pmic2、Pmic3对应节点Pi(i＝1,2,3)，宏基站对应节点P4，分别以各节点Pi(i＝1,2,3,4)为圆心，距离li(i＝1,2,3,4)为半径得到四个球i(i＝1,2,3,4)，终端Uv在这四个球所围成的空间区域中，确定以四个节点P1、P2、P3和P4的坐标为顶点的三棱锥外接球球心坐标，求出这四个球球心与三棱锥外接球球心连线与球面的交点，共四个内侧交点Gi，设其坐标为(xgi,ygi,zgi)(i＝1,2,3,4)，求此四个内侧交点Gi的加权质心，作为终端Uv的位置坐标；
其中，在加权质心计算时，加权因子μi(i＝1,2,3,4)取速度的倒数，为：



所述终端Uv的三维坐标，为：



在步骤(S300)中，所述表层预编码w表的构造方法，包含：
设定终端Uv与宏基站Pmac的相对移动速度vmac,v≥v0，终端Uv分别与微基站Pmic1,Pmic2,Pmic3的相对移动速度vmic1,v,vmic2,v,vmic3,v，vmic1,v≈vmic2,v≈vmic3,v<v0；
根据相对移动速度vmac,v≥v0，在高速码本表中搜索，估计得到宏小区中基于终端Uv的表层预编码wmac,v,表，为：



式(1)中，codebook为码本，wc为码本表codebook中的一个码字，∈为属于符号，表示取得最大值时wc的取值；表示宏小区中终端Uv的信漏噪比；
根据相对移动速度vmic1,v≈vmic2,v≈vmic3,v<v0，在低速码本表中搜索，估计得到虚拟小区中基于终端Uv的表层预编码wmic,v,表：



式(2)中，Hmic,v为虚拟小区中微基站Pmic1,Pmic2,Pmic3基于终端Uv的聚合信道，且Hmic,v＝[Hmic1,v,Hmic2,v,Hmic3,v]；vecmax[]表示大特征根对应的特征矢量；上角标*表示共轭转置；
在步骤(S300)中，所述里层预编码w里的构造方法，包含：
设经过表层预编码，宏基站Pmac到终端Uv的等效信道为估计等效信道的零空间，取零空间的列作为里层预编码；
根据相对移动速度vmac,v≥v0，v0为设定的移动终端在室内移动的临界速度，在码本表codebook中的高速码本表搜索，依次用码本表codebook中码字wc与等效信道按式(4)计算，估计得到宏小区Pmac基于终端Uv的里层预编码wmac,v,里，为：



式(3)中，vecmin[]表示小特征根对应的特征矢量；
设经过表层预编码，虚拟基站到终端Uv之间的等效信道为根据移动速度vmic1,v≈vmic2,v≈vmic3,v<v0，在码本表codebook中的低速码本表搜索，得到虚拟小区基于终端Uv的里层预编码wmic,v,里，为：





2.根据权利要求1所述的基于速度抉择的虚拟小区与宏小区协作的室内定位方法，其特征在于，在步骤(S300)中，对基于移动速度的预编码码本进行分区及存储，获得码本表codebook：根据移动终端的不同速度计算预编码码字，将预编码码字分区存储于预编码码本...

【专利技术属性】
技术研发人员：王衍文，王渭森，马晓璠，雷霄龙，王玉，周锋，马玥，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61