一种基于5G的单基站定位方法技术

本发明专利技术提供的一种基于5G的单基站定位方法，所述定位方法包括：利用时分复用技术测算圆形天线阵列的阵列方向矢量；根据所述阵列方向矢量利用基于正交频分复用技术信号的多子载波进行测距，获得测距结果；根据所述测距结果制定基于5G的单基站定位方案。节约了子载波资源，可将用于通信使用，同时还减少了子载波相位的测量量，减少了测距所用的时间，提高了测距效率。测距效率。测距效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G的单基站定位方法


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于5G的单基站定位方法。

技术介绍

[0002]随着通信技术的发展，位置信息逐渐成为人们赖以生存和发展的重要信息。基于位置的服务应运而生，成为一种具有良好的发展前景的新兴移动互联网产业。无人驾驶、智慧医疗、智慧物流与仓储等多种应用场景，对位置服务提出了更高定位性能的精细化需求，在定位精度、可靠性以及位置服务的可用范围等方面都提出了更高标准。因此，快速并且准确地获得移动终端的位置信息的需求变得日益迫切。尽管我国的北斗导航系统、美国的全球定位系统等己经解决室外场景的大部分定位与导航难题，但卫星信号在城市峡谷等复杂环境下信号传输衰减较快、甚至被完全遮挡，从而难以提供高性能、可持续的位置服务。联合多基站的定位方法大大提升定位服务的范围和精度，但对终端接收基站的数目有要求。在只有一个基站可以提供服务的情况下，如何获取准确的位置信息成为研究热点。工业界和学术界都在寻求高精度、高可靠性的单基站定位技术，以期实现全覆盖的导航定位服务。
[0003]基站定位技术，主要分为两类：一种是指纹库构建与匹配，另外一种是信号参数估计。第一种指纹库构建与匹配主要是通过提前在特定位置区域采集特征参数，将特征参数与位置信息的一一对应关系建立指纹库。在需要定位服务时，利用实时采集到的特征参数与指纹库中的特征参数相匹配，选取匹配度最高的作为定位结果。利用指纹进行定位的方法要进行离线指纹的提取与采集。同时在匹配过程中，环境因素的改变会导致指纹库失效的问题。第二种利用信号的估计参数和基站的坐标，从而进行移动终端位置的解算。用于估算车辆和基站之间的相对距离，再与基站的绝对位置进行匹配，以此得到所测车辆的绝对位置。每种测量技术都有其准确度和复杂程度。
[0004]在单基站定位技术不断发展的情况下，对定位精度要求越来越高。目前，单基站方法缺少与网络5G特点的结合，例如MassiveMIMO、毫米波、超密集网络。
[0005]5G网络发展趋势已经如火如荼，利用新的技术特点来解决定位问题是研宄的热点。为了满足不同场景下的通信交互需求，5G采用了一系列关键技术：毫米波具有更大的频谱资源开发空间，能够提供更高的传输带宽和更多的接入设备；大规模天线技术通过波束成形提升在某个方向上的增益，补齐了毫米波强衰减性的缺陷；虽然己有较多的有关5G定位技术的研究，但缺少单基站定位方面的研宄。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于5G的单基站定位方法。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于5G的单基站定位方法，所述定位方法包括：
[0008]利用时分复用技术测算圆形天线阵列的阵列方向矢量；
[0009]根据所述阵列方向矢量利用基于正交频分复用技术信号的多子载波进行测距，获得测距结果；
[0010]根据所述测距结果制定基于5G的单基站定位方案。
[0011]可选的，所述利用时分复用技术测算圆形天线阵列的阵列方向矢量具体包括：
[0012]采用基于时分复用技术的布置圆形天线阵列，以一个天线布置在圆心，确定为圆心天线，其余6根天线均匀地分布在圆周上；
[0013]将所述圆心天线作为参考天线，并分别计算信号到达其余所述天线的相位差，获得阵列的方向矢量a(θ,φ)；
[0014][0015]其中，俯仰角θ为原点到信源的连线与z轴之间的夹角，方位角φ为原点到信源的连线在xOy平面上的投影与x轴之间的夹角，R为圆形天线阵阵的半径，M为阵列中的天线个数，γ
m
＝2πm/M(m＝0,1,...,M
‑
1)为天线与x轴之间的夹角；
[0016]根据所述方向矢量a(θ,φ)采用MUSIC算法得到信号的测角信息。
[0017]可选的，所述根据所述阵列方向矢量利用基于正交频分复用技术信号的多子载波进行测距具体包括：
[0018]构建包括移动节点R和固定节点S的基于5G的单基站定位系统，所述移动节点R上配置有接收正交频分复用技术信号和发送测角信号的天线，所述固定节点S上配置有发射正交频分复用技术信号和接收测角信号的天线；
[0019]初始化所述固定节点S向所述移动节点R所发送的正交频分复用技术信号的带宽为B，中心频率为f
c
，正交频分复用技术信号包含的子载波的数量为N，N≥4；
[0020]根据所述固定节点S向所述移动节点R发送的正交频分复用技术信号参数，选取N个子载波中三个频率为f＝{f1,f
j
,f3}子载波作为测距子载波a＝{a(1),a(j),a(3)}，a上传输的数据为c＝{c(1),c(j),c(3)}：
[0021][0022]f
j
＝f2＝f
c
[0023][0024]其中，表示向下取整，a(j)表示S发送的第j个频率为f
j
的测距子载波，c(j)表示a(j)上的传输数据；
[0025]计算所述测距子载波a经过信道的周期数，具体包括：设所述移动节点R接收所述固定节点S所发送的第j个测距子载波a(j)经过信道衰减后的测距子载波为R(j)，并根据a(j)和R(j)计算测距子载波a(j)在信道传输过程中所经历的周期数T(j)，a对应的周期数集
合为T＝{T(1),T(j),T(3)}，其中T(j)为整数；
[0026]根据所述周期数计算所述固定节点S与所述移动节点R间的距离D。
[0027]可选的，所述根据所述周期数计算所述固定节点S与所述移动节点R间的距离D具体包括：
[0028]读取测距子载波a(j)的数据帧格式文件中的相位信息，得到测距子载波a的相位信息集合其中为所述固定节点S发送a(j)时的相位信息；
[0029]读取所述移动节点R接收到的测距子载波R(j)的数据帧格式文件中的相位信息，得到所述测距子载波R(j)三个经过信道衰减后的测距子载波的相位信息集合其中，为所述移动节点R接收所述固定节点S发送的a(j)的测距子载波R(j)的相位信息；
[0030]计算与的相位差并根据和周期数T(j)计算a(j)对应的S与R的距离集合D＝{D(1),D(j),D(3)}，其中D(j)为a(j)对应的S与R的之间的距离；
[0031]设距离差阈值为ΔD
min
，并判断|D(1)
‑
D(j)|≤ΔD
min
且|D(1)
‑
D(3)|≤ΔD
min
且|D(j)
‑
D(3)|≤ΔD
min
是否成立，若是，计算D(1)、D(j)和D(3)的平均值D，得到固定节点S到移动节点R的距离；
[0032]否则，计算移动节点R接收S发送的a(j)的相位观测值，得到相位观测值集合并对三个相位观测值和进行线性合并，得到相位观测值φ，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G的单基站定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：利用时分复用技术测算圆形天线阵列的阵列方向矢量；根据所述阵列方向矢量利用基于正交频分复用技术信号的多子载波进行测距，获得测距结果；根据所述测距结果制定基于5G的单基站定位方案。2.根据权利要求1所述的一种基于5G的单基站定位方法，其特征在于，所述利用时分复用技术测算圆形天线阵列的阵列方向矢量具体包括：采用基于时分复用技术的布置圆形天线阵列，以一个天线布置在圆心，确定为圆心天线，其余6根天线均匀地分布在圆周上；将所述圆心天线作为参考天线，并分别计算信号到达其余所述天线的相位差，获得阵列的方向矢量a(θ,φ)；其中，俯仰角θ为原点到信源的连线与z轴之间的夹角，方位角φ为原点到信源的连线在xOy平面上的投影与x轴之间的夹角，R为圆形天线阵阵的半径，M为阵列中的天线个数，γ
m
＝2πm/M(m＝0,1,...,M
‑
1)为天线与x轴之间的夹角；根据所述方向矢量a(θ,φ)采用MUSIC算法得到信号的测角信息。3.根据权利要求1所述的一种基于5G的单基站定位方法，其特征在于，所述根据所述阵列方向矢量利用基于正交频分复用技术信号的多子载波进行测距具体包括：构建包括移动节点R和固定节点S的基于5G的单基站定位系统，所述移动节点R上配置有接收正交频分复用技术信号和发送测角信号的天线，所述固定节点S上配置有发射正交频分复用技术信号和接收测角信号的天线；初始化所述固定节点S向所述移动节点R所发送的正交频分复用技术信号的带宽为B，中心频率为f
c
，正交频分复用技术信号包含的子载波的数量为N，N≥4；根据所述固定节点S向所述移动节点R发送的正交频分复用技术信号参数，选取N个子载波中三个频率为f＝{f1,f
j
,f3}子载波作为测距子载波a＝{a(1),a(j),a(3)}，a上传输的数据为c＝{c(1),c(j),c(3)}：f
j
＝f2＝f
c
其中，表示向下取整，a(j)表示S发送的第j个频率为f
j
的测距子载波，c(j)表示a(j)上的传输数据；
计算所述测距子载波a经过信道的周期数，具体包括：设所述移动节点R接收所述固定节点S所发送的第j个测距子载波a(j)经过信道衰减后的测距子载波为R(j)，并根据a(j)和R(j)计算测距子载波a(j)在信道传输过程中所经历的周期数T(j)，a对应的周期数集合为T＝{T(1),T(j),T(3)}，其中T(j)为整数；根据所述周期数计算所述固定节点S与所述移动节点R间的距离D。4.根据权利要求1所述的一种基于5G的单基站定位方法，其特征在于，所述根据所述周期数计算所述固定节点S与所述移动节点R间的距离D具体包括：读取测距子载波a(j)的数据帧格式文件中的相位信息，得到测距子载波a的相位信息集合其中为所述固定节点S发送a(j)时的相位信息；读取所述移动节点R接收到的测距子载波R(j)的数据帧格式文件中的相位信息，得到所述测距子载波R(j)三个经过信道衰减后的测距子载波的相位信息集合其中，为所述移动节点R接收所述固定节点S发送的a(j)的测距子载波R(j)的相位信息；计算与的相位差并根据和周期数T(j)计算a(j)对应的S与R的距离集合D＝{D(1),D(j),D(3)}，其中D(j)为a(j)对应的S与R的之间的距离；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文刚，徐雅琴，刘沫函，陈天放，汪流江，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：