CN102036367A - 基于时间测量的定位方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于时间测量的定位方法及装置,该定位方法包括:根据终端接收到的小区标识,在预存的小区前导中,选择至少三个目标小区前导;根据终端接收到的多小区前导与至少三个目标小区前导的相关性,得到至少三个目标小区前导对应的小区基站分别与终端间的信号传输时间;根据信号传输时间,对终端进行定位。本发明中,由于各基站发射的小区前导本身具有较大的功率,使得终端能很好地接收多小区前导,从而避免了现有技术中终端为保证各基站能正常接收测试信号而增加发射功率的负担,进而避免了因增加发射功率而带来的信号干扰问题。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域中的定位技术,具体涉及一种基于时间测量的定位方法及装置。
背景技术
现有的定位技术包括小区识别(Cell identification,简称Cell ID)技术、全球定位系统(Global Position System,简称GPS)定位、信号到达时间(time of arrival,简称TOA)定位技术、信号到达时间和(time sumof arrival,简称TSOA)定位技术及信号达到时间差(time difference ofarrival,简称TDOA)定位技术等。其中,Cell ID技术,它的定位精度随着小区的增大而降低;GPS定位虽然定位精确,但是功耗大且受制于美国,而且在房屋内等有遮掩的地方,定位精度很低。基于时间测量的定位方法,如,TOA定位技术、TSOA定位技术及TDOA定位技术,定位精度较高,应用范围较广。特别是TDOA定位技术,其利用信号波束从移动台(Mobile Station,简称MS)到达不同基站(Base Station,简称BS)时所需时间的差值来估计MS的位置,位置曲线(简称LOP)是以一对BS为焦点的双曲线,如图1所示,其对非视距传播(Non-Line-Of-Sight,简称NLOS)附加误差有很强的抵抗能力。
基于时间测量的定位方式至少存在以下几点不足:
①为了测量信号从终端到不同基站之间的时间,需要终端向各个基站发送信息,带来额外的信道开销,导致成本增加。
②为了让相邻基站都很好的收到终端的信号,以便于测量时间,通常采用增加终端的发射功率来实现,导致信号干扰以及终端的耗电量增大。
发明内容
本发明的第一目的是提出一种低干扰的基于时间测量的定位方法。
本发明的第二目的是提出一种低干扰的基于时间测量的定位装置。
为实现上述第一目的,本发明提供了一种基于时间测量的定位方法,该定位方法包括:根据终端接收到的小区标识,在预存的小区前导中,选择至少三个目标小区前导;根据终端接收到的多小区前导与至少三个目标小区前导的相关性,得到至少三个目标小区前导对应的小区基站分别与终端间的信号传输时间;根据信号传输时间,对终端进行定位。
为实现上述第二目的,本发明提供了一种基于时间测量的定位装置,该装置包括:处理模块,用于根据终端接收到的小区标识,在预存的小区前导中,选择至少三个目标小区前导;并根据终端接收到的多小区前导与至少三个目标小区前导的相关性,得到至少三个目标小区前导对应的小区基站分别与终端间的信号传输时间;定位模块,用于根据信号传输时间,对终端进行定位。
本发明各个实施例中,通过利用基站向终端发送的小区前导作为测试信号,并根据该多小区前导及目标小区前导的相关性,得到基站与终端间的信号传输时间,进而进行定位,由于各基站发射的小区前导本身具有较大的功率,使得终端能很好地接收各基站的小区前导,从而避免了现有技术中终端为保证各基站能正常接收测试信号而增加发射功率的负担,进而避免了因增加发射功率而带来的信号干扰问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一并用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为现有技术的TDOA定位方法的示意图;
图2为本发明的基于时间测量的定位方法的实施例一流程图;
图3为本发明的基于时间测量的定位方法的实施例二流程图;
图4为本发明的基于时间测量的定位装置的实施例一结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
发明人在实现本发明的过程中发现,位于IEEE 802.16e的前端的小区前导(Preamble)因为以下几个原因可以作为基于时间测量的定位方法中的测试信号:
1)小区前导用于实现基站与终端之间同步和信道估计,每个小区的前导都不一样,为了让所有终端都能收到小区前导,基站发射小区前导的功率比一般的信号高3分贝。
2)IEEE 802.16e下行帧还向终端传送了当前小区的Cell ID以及相邻几个小区的Cell ID,根据终端预存的各Cell ID与各个小区前导的对应关系,便能找到接收到的小区Cell ID对应的小区前导。
3)终端接收到的小区前导(以下称为多小区前导)是由接收到的小区Cell ID对应的小区前导,即终端所在小区基站及几个相邻小区基站发送的小区前导,经过传输后到达终端的复合体。
因此,根据上述第2)点中找到的小区前导与上述第3)中接收到的多小区前导的相似性计算即可以确定多小区前导从各基站到终端的传输时间,进而实现定位。下面的实施例从相邻小区的具体选择过程以及传输时间的计算过程对本发明进行详细举例和说明。
方法实施例
图2为本发明的基于时间测量的定位方法的实施例一流程图。如图2所示,本实施例包括:
步骤S202:根据终端接收到的小区标识,在预存的小区前导中,选择至少三个目标小区前导;
具体操作时,选择上述至少三个小区前导的方式不限,可以随意选择,也可以根据预先定义的各种规则选取,例如图3中的步骤S301至步骤S305;
步骤S202:根据终端接收到的多小区前导及上述至少三个目标小区前导的相关性,得到上述至少三个目标小区前导对应的小区基站分别与终端间的信号传输时间;具体计算步骤解释说明参见图3中的步骤S306及步骤S307;
其中,相似性的计算包括常用的相关运算及解相关运算,如利用卷积计算作为相关运算计算相关度,以及利用遗传退火算法作为解相关运算,在此不进行详细说明;所有的相似性的计算都基于各小区前导的频域序列进行;根据IEEE 802.16e标准,所有小区前导的频域的序列都可以由以下201维的频域序列衍生得到,多小区前导的频域的序列也是如下述表达式所示的201维频率序列;
Preamble(-100:100)={1-j,1-j,-1-j,1+j,1-j,1-j,-1+j,1-j,1-j,1-j,1+j,-1-j,1+j,1+j,-1-j,1+j,-1-j,-1-j,1-j,-1+j,1-j,1-j,-1-j,1+j,1-j,1-j,-1+j,1-j,1-j,1-j,1+j,-1-j,1+j,1+j,-1-j,1+j,-1-j,-1-j,1-j,-1+j,1-j,1-j,-1-j,1+j,1-j,1-j,-1+j,1-j,1-j,1-j,1+j,-1-j,1+j,1+j,-1-j,1+j,-1-j,-1-j,1-j,-1+j,1+j,1+j,1-j,-1+j,1+j,1+j,-1-j,1+j,1+j,1+j,-1+j,1-j,-1+j,-1+j,1-j,-1+j,1-j,1-j,1+j,-1-j,-1-j,-1-j,-1+j,1-j,-1-j,-1-j,1+j,-1-j,-1-j,-1-j,1-j,-1+j,1-j,1-j,-1+j,1-j,-1+j,-1+j,-1-j,1+j,0,-1-j,1+j,-1+j,-1+j,-1-j,1+j,1+j,1+j,-1-j,1+j,1-j,1-j,1-j,-1+j,-1+j,-1+j,-1+j,1-j,-1-j,-1-j,-1+j,1-j,1+j,1+j,-1+j,1-j,1-j,1-j,-1+j,1-j,-1-j,-1-j,-1-j,1+j,1+j,1+j,1+j,-1-j,-1+j,-1+j,1+j,-1-j,1-j,1-j,1+j,-1-j,-1-j,-1-j,1+j,-1-j,-1+j,-1+j,-1+j,1-j,1-j,1-j,1-j,-1+j,1+j,1+j,-1-j,1+j,-1+j,-1+j,-1-j,1+j,1+j,1+j,-1-j,1+j,1-j,1-j,1-j,-1+j,-1+j,-1+j,-1+j,1-j,-1-j,-1-j,1-j,-1+j,-1-j,-1-j,1-j,-1+j,-1+j,-1+j,1-j,-1+j,1+j,1+j,1+j,-1-j,-1-j,-1-j,-1-j,1+j,1-j,1-j};
步骤S204:根据信号传输时间,对终端进行定位;
具体操作时,可根据信号传输时间,得到各基站与终端间的信号传输时间差,进而采用TOA定位技术、TSOA定位技术或TDOA定位技术来实现对终端定位。
本领域技术人员应当可以理解,本发明基于时间测量的定位方法可以应用到各种基于时间测量定位技术中,利用TOA定位技术、TSOA定位技术或TDOA定位技术来实现对终端定位为优选的方案。
本实施例中,通过利用基站向终端发送的小区前导作为测试信号,并根据该多小区前导及目标小区前导的相关性,得到基站与终端间的信号传输时间,进而进行定位,由于各基站发射的小区前导本身具有较大的功率,终端能很好地接收多小区前导,从而避免了现有技术中终端为保证各基站能正常接收测试信号而增加发射功率的负担,进而避免了因增加发射功率而带来的信号干扰问题。
图3为本发明的基于时间测量的定位方法的实施例二流程图。如图3所示,本实施例包括:
步骤S301:根据多小区前导、终端接收到小区标识及预存的小区前导,利用相关运算得到至少三个目标小区前导中的当前小区前导;
具体操作时,步骤S301可以包括:
首先,在预存的小区前导中,获取该终端接收的小区标识对应的小区前导;如,接收的小区标识为Cell-ID1,Cell-ID2,Cell-ID3,Cell-ID4,Cell-ID5,则对应获取的小区前导为P1T,P2T,P3T,P4T,P5T,多小区前导即为小区前导P1T,P2T,P3T,P4T,P5T经过传输后到达该终端的复合体;
其次,根据多小区前导及对应的小区前导,利用相关运算得到至少三个目标小区前导中的当前小区前导;
如,多小区前导与小区前导P1T,P2T,P3T,P4T及P5T分别进行相关运算,相关值最大的那个即为当前的小区前导(标记为PCT),假设小区前导P1T的相关值最大;表征为:
由于终端接收到小区标识中包括当前小区的Cell-ID,故,步骤S301可以通过直接根据当前小区的Cell-ID在预存的小区前导中找到当前小区前导来实现;
步骤S302:对多小区前导PR及当前小区前导PCT进行解相关运算;即为:
PI=PRθPCT (2)
其中,θ表示解相关运算;PI为解相关运算后的结果,其表征多小区前导PR中除当前小区前导PCT以外的信息;
步骤S303:根据解相关运算的结果PI及对应的小区前导,即小区前导P1T,P2T,P3T,P4T及P5T,利用相关运算得到当前小区前导PCT的相邻小区前导;
如,PI与小区前导P1T,P2T,P3T,P4T及P5T分别进行相关运算,相关值最大的那个,假设为小区前导P2T,为当前小区前导PCT的相邻小区前导;
步骤S304,对多小区前导PR与当前小区前导PCT及相邻小区前导P2T均进行解相关运算;即为:
PII=PRθPCTθP2T (3)
步骤S305,根据解相关运算的结果PII及对应的小区前导,即小区前导P1T,P2T,P3T,P4T及P5T,利用相关运算得到当前小区前导PCT的其他相邻小区前导;
如,PII与小区前导P1T,P2T,P3T,P4T及P5T分别进行相关运算,相关值最大的那个,假设为小区前导P3T,为当前小区前导PCT的相邻小区前导;其中上述至少三个目标小区前导包括该当前小区前导PCT及其相邻小区前导P2T与其他相邻小区前导P3T;
上述步骤S301-S305用于解释说明时间测量中的小区前导选择,即选择当前小区前导及与其相关性最高的相邻小区前导对应的基站,从而实现根据与终端最紧密的基站进行定位,有利于提高定位精度,是一种优选的方案;
步骤S306,根据上述至少三个目标前导及多小区前导,利用解相关运算分别得到至少三个相关前导的映射小区前导,其中该至少三个相关前导的映射小区前导是指该三个相关前导经过从对应的基站传输至终端之后的小区前导;
具体计算过程如下:
首先,小区前导PII与P3T进行解相关运算,使得解相关运算的结果只包含除当前小区前导P1T及其相邻小区前导P2T及P3T以外的其他小区前导的信息,称为残留前导Pves,即:
Pves=PIIθP3T=PRθP1TθP2TθP3T (4)
其次,多小区前导PR与残留前导Pves进行解相关运算,得到复合小区前导Psum,表示为:
Psum=PRθPves=PRθ(PRθP1TθP2TθP3T) (5)
其中,复合小区前导Psum为当前小区前导P1T及其相邻小区前导P2T、P3T经传输后到达终端的复合体;
最后,复合小区前导Psum分别与当前小区前导P1T及其相邻小区前导P2T、P3T的两两联合进行解相关运算,得到当前小区前导P1T及其相邻小区前导P2T、P3T的映射小区前导;具体计算过程如下:
P1R=PsumθP2TθP3T (6)
P2R=PsumθP1TθP3T (7)
P3R=PsumθP1TθP2T (8)
其中,映射小区前导P1R、P2R、P3R分别对应当前小区前导P1T及其相邻小区前导P2T、P3T,各映射小区前导表征各对应小区基站发送至终端的小区前导经网络传输后被终端实际接收的信息,故各映射小区前导相对于发送的小区前导信息会有所改变;
步骤S307,对每一目标前导及其映射小区前导进行相关运算,得到信号传输时间;具体计算过程如下:
其中,t1、t2、t3分别是当前小区前导及其相邻小区前导到达终端的时间,Corr(t1)表征对应前导P1R与小区前导P1T相关运算后相关值最大的那个点所对应的时间点t1;Corr(t2)及Corr(t3)具有相似的含义,不再赘述;
上述步骤S306-S307用于解释说明基于多小区前导以及选定的三个小区前导,通过相似性运算得到传输时间的过程,其重点在于运用相似性运算,但不局限于具体的计算方法及过程,上述计算过程仅为一种优选方案;
步骤S308,根据信号传输时间,对终端进行定位。
本实施例中,通过利用具有大发射功率的小区前导作为测试信号,并根据小区前导计算出传输时间,从而避免了现有技术中终端为保证各基站能正常接收测试信号而增加发射功率的负担,进而避免了因增加发射功率而带来的信号干扰问题,此外,通过利用相似性运算确定用于定位的小区前导,有利于进一步提高定位精度,而且,在终端实现上述方法进行定位时,可在不增加信道开销的情况下,实现精确定位,降低成本。
装置实施例
图4为本发明的基于多基站的定位装置的实施例一结构图。上述图2及图3方法发明的各个实施例均可以在图4结构图所示结构的装置中实现。如图4所示,该定位装置包括:处理模块42,用于根据终端接收到的小区标识,在预存的小区前导中,选择至少三个目标小区前导;并根据终端接收到的多小区前导及至少三个目标小区前导的相关性,得到该至少三个目标小区前导对应的小区基站分别与终端间的信号传输时间;定位模块44,用于根据信号传输时间,对终端进行定位。其中,处理模块42的具体操作参见图3的步骤S301-步骤S307;处理装置44的具体操作参见图2的步骤S206。
处理模块42还可以包括:
存储子模块422,用于存储预存的小区前导;
选择子模块424,用于根据终端接收到的小区标识及多小区前导,确定预存的小区前导中与多小区前导相关性最高的至少三个目标小区前导;
计算子模块426,用于根据选择子模块424确定的至少三个目标前导及多小区前导,利用解相关运算分别得到至少三个相关前导的映射小区前导;以及对每一目标前导及其映射小区前导进行相关运算,得到信号传输时间。
需要说明的是,本发明的基于时间测量的定位方法及装置还可以应用于长期演进项目(简称LTE),在LTE中前导可以不限于上述形式。
本领域技术人员可以理解:该定位装置包括处理模块42及定位模块44即可,该定位装置包括存储子模块422,选择子模块424及计算子模块426为优选的方案;该定位装置可以直接应用于通讯终端内,也可以应用于基站内,在应用于基站内时,需要终端将接收到的多小区前导回传至基站以使基站进行时间测量及定位操作,故相比于直接应用在终端内的方案需要额外的信道开销,此外,该定位装置也可以独立于基站及终端设置,与应用于基站一样,也需要终端将接收到的多小区前导回传至定位装置以进行时间测量及定位操作。
本买施例中,通过利用具有大发射功率的小区前导作为测试信号,处理模块42根据小区前导计算出传输时间,从而避免了现有技术中终端为保证各基站能正常接收测试信号而增加发射功率的负担,进而避免了因增加发射功率而带来的信号干扰问题,此外,选择子模块424通过利用相似性运算确定用于定位的基站,有利于进一步提高定位精度,而且,在终端实现上述方法进行定位时,可在不增加信道开销的情况下,实现精确定位,降低成本。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于时间测量的定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
A.根据终端接收到的小区标识,在预存的小区前导中,选择至少三个目标小区前导;
B.根据所述终端接收到的多小区前导与所述至少三个目标小区前导的相关性,得到所述至少三个目标小区前导对应的小区基站分别与所述终端间的信号传输时间;
C.根据所述信号传输时间,对所述终端进行定位。
2.根据权利要求1所述的基于时间测量的定位方法,其特征在于,所述A步骤包括:
根据终端接收到的小区标识及多小区前导,确定预存的小区前导中与所述多小区前导相关性最高的至少三个目标小区前导。
3.根据权利要求2所述的基于时间测量的定位方法,其特征在于,所述A步骤包括:
根据所述小区标识,在预存的小区前导中获取所述小区标识对应的小区前导;
根据所述多小区前导及所述对应的小区前导,利用相关运算得到当前小区前导;或者根据所述小区标识,在所述预存的小区前导中直接确定所述当前小区前导;
对所述多小区前导及所述当前小区前导进行解相关运算;
根据解相关运算的结果及所述对应的小区前导,利用相关运算得到所述当前小区前导的相邻小区前导;
对所述多小区前导、所述当前小区前导及所述相邻小区前导进行解相关运算,并根据解相关运算的结果及所述对应的小区前导,利用相关运算得到所述当前小区前导的其他相邻小区前导;
其中,所述至少三个目标小区前导包括所述当前小区前导、所述当前小区前导的相邻小区前导与其他相邻小区前导。
4.根据上述权利要求1-3中任一项所述的基于时间测量的定位方法,其特征在于,所述B步骤包括:
根据所述至少三个目标前导及所述多小区前导,利用解相关运算分别得到所述至少三个目标前导的映射小区前导;
对每一目标前导及其映射小区前导进行相关运算,得到所述信号传输时间。
5.根据权利要求4所述的基于时间测量的定位方法,其特征在于,所述至少三个目标前导的映射小区前导根据以下公式计算得到:
P1R=PRθ(PRθP1TθP2TθP3T)θP2TθP3T;
P2R=PRθ(PRθP1TθP2TθP3T)θP1TθP3T;
P3R=PRθ(PRθP1TθP2TθP3T)θP1TθP2T;
其中,P1T、P2T、P3T分别表示所述至少三个目标前导;P1R、P2R、P3R分别表示所述至少三个目标前导P1T、P2T、P3T的映射小区前导;PR表示所述多小区前导;θ表示解相关运算。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的基于时间测量的定位方法,其特征在于,所述C步骤包括:
根据所述信号传输时间,利用TOA、TSOA或TDOA对所述终端进行定位。
7.一种基于时间测量的定位装置,其特征在于,该装置包括:
处理模块,用于根据终端接收到的小区标识,在预存的小区前导中,选择至少三个目标小区前导;并根据所述终端接收到的多小区前导与所述至少三个目标小区前导的相关性,得到所述至少三个目标小区前导对应的小区基站分别与所述终端间的信号传输时间;
定位模块,用于根据所述信号传输时间,对所述终端进行定位。
8.根据权利要求7所述的定位装置,其特征在于,所述处理模块包括:
存储子模块,用于存储所述预存的小区前导;
选择子模块,用于根据终端接收到的小区标识及多小区前导,确定预存的小区前导中与所述多小区前导相关性最高的至少三个目标小区前导;
计算子模块,用于根据所述选择子模块确定的所述至少三个目标前导及所述多小区前导,利用解相关运算分别得到所述至少三个相关前导的映射小区前导;以及对每一目标前导及其映射小区前导进行相关运算,得到所述信号传输时间。
9.根据权利要求7或8所述的定位装置,其特征在于,设置在通讯终端内或基站内。
10.根据权利要求7或8所述的定位装置,其特征在于,独立于通讯终端及基站设置。
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