CN102662157A - 基于多通道声波通信技术的移动终端定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动终端定位系统。目前的GPS技术无法解决室内定位的问题。本发明包括作为定位节点的声波发声器，内置声波信息接收系统的移动终端和定位服务数据库。声波发声器包括麦克风、模拟数字转换模块、高斯滤波器模块、信道选择模块、GFSK调制模块、位置信息存储模块、编码模块、带宽平坦化预均衡模块、数字模拟转换模块、模拟滤波模块、放大器模块和定位节点扬声器。移动终端包括定位终端麦克风、模拟数字转换模块、信道判定模块、带宽平坦化自校准模块、距离判定模块、数字下变频器模块、数字滤波器模块、降采样模块、自动增益控制模块、信道选择模块、同步判决模块和定位模块。本发明成本低廉，签到准确率高。

Description

基于多通道声波通信技术的移动终端定位系统

技术领域

    本发明涉及移动设备定位技术，具体涉及基于多通道声波通信技术实现移动终端定位的系统。

背景技术

定位是人们生活中的现实需求，随着GPS为代表的卫星定位系统的普及，人们已经解决了移动终端设备在室外定位及导航的问题。但由于室内无法有效接收到导航卫星信号，所以GPS技术无法解决室内定位的问题。

由于室内定位技术是LBS和信息推送的基础，具有很大的商业价值。目前比较多应用的有使用基站TOA技术来实现，但精度不佳，有些使用短距离射频通信技术做室内节点定位，但需要使用专用设备，成本较高，手机也需要相应的硬件调整，推广难度较大。

发明内容

针对以上技术的缺陷，本发明公开了一种基于多通道声波通信技术实现移动终端定位的系统，移动终端设备如手机不需要额外的硬件改装，解决了推广成本高和室内定位精度不足的难题。

本发明解决技术问题所采取的技术方案：

基于多通道声波通信技术的移动终端定位系统，包括作为定位节点的声波发声器，内置声波信息接收系统的移动终端和定位服务数据库三部分组成。其中定位服务数据库可以放置在远程服务器中，也可以内嵌在移动终端中。

所述作为定位节点的声波发声器具体组成包括第一麦克风、第一模拟数字转换模块、高斯滤波器模块、信道选择模块、GFSK调制模块、位置信息存储模块、编码模块、第一时钟管理模块、带宽平坦化预均衡模块、第一数字模拟转换模块、模拟滤波模块、第一放大器模块和定位节点扬声器。

第一麦克风的输出端与第一模拟数字转换模块的输入端信号连接，第一模拟数字转换模块的输出端与信道选择模块的输入端信号连接，信道选择模块的输出端与GFSK调制模块的一个输入端信号连接。

位置信息码元存储模块的输出端与编码模块的输入端信号连接，编码模块的输出端与高斯滤波器模块的输入端信号连接，高斯滤波器模块的输出端与GFSK调制模块的另一个输入端信号连接。

带宽平坦化预均衡模块的输出端与GFSK调制模块的再一个输入端信号连接。

GFSK调制模块的输出端与第一数字模拟转换模块的输入端信号连接，第一数字模拟转换模块的输出端与模拟滤波模块的输入端信号连接，模拟滤波模块的输出端与第一放大器模块的输入端信号连接，第一放大器模块的输出端与定位节点扬声器信号连接。

第一时钟管理模块提供两种时钟信号，其中一种时钟信号提供给第一模拟数字转换模块、GFSK调制模块和第一数字模拟转换模块；另一种时钟信号提供给信道选择模块、带宽平坦化预均衡模块、位置信息码元存储模块、编码模块和高斯滤波器模块。

所述的内置声波信息接收系统的移动终端，可以是但不仅限于是手机。其系统具体组成包括定位终端麦克风、第二模拟数字转换模块、信道判定模块、带宽平坦化自校准模块、距离判定模块、数字下变频器模块、数字滤波器模块、降采样模块、自动增益控制模块、信道选择模块、同步判决模块、定位模块和第二时钟管理模块。

所述的带宽平坦化自校准模块可进一步包括DDS信道载波合成模块、第二数字模拟转换模块、定位终端扬声器、第二模拟数字转换模块、第一快速傅里叶变换模块、信道模值计算模块、信道带宽平坦化列表模块。

所述的同步判决模块可进一步包括第二快速傅里叶变换模块、数控迟早门载波同步模块和码元同步模块。所述的数控迟早门载波同步模块包括误差提取模块和积分器模块；所述码元同步模块包括比较判决模块、信息码元同步模块和解码校验模块。

定位终端麦克风的输出端与第二模拟数字转换模块的输入端信号连接，第二模拟数字转换模块的一个输出端与信道判定模块的输入端信号连接，信道判定模块的输出端与距离判定模块的一个输入端信号连接，距离判定模块的一个输出端与信道选择模块的一个输入端信号连接，距离判定模块的另一个输出端与定位模块的一个输入端信号连接，带宽平坦化自校准模块的输出端与距离判定模块的另一个输入端信号连接。

第二模拟数字转换模块的另一个输出端与数字下变频器模块的输入端信号连接，数字下变频器模块的输出端与数字滤波器模块的输入端信号连接，数字滤波器模块的输出端与降采样模块的输入端信号连接，降采样模块的输出端与自动增益控制模块的输入端信号连接，自动增益控制模块的输出端与信道选择模块的另一个输入端信号连接，信道选择模块带有多个输出端，每个输出端都与一个信道的同步判决模块的输入端信号连接，每一路同步判决模块的输出端与定位模块的输入端信号连接。

带宽平坦化自校准模块内部，DDS信道载波合成模块的输出端与第二数字模拟转换模块的输入端信号连接，第二数字模拟转换模块的输出端与定位终端扬声器的输入端信号连接，定位终端扬声器所发出声波信号被定位终端麦克风所接收，定位终端麦克风的输出端与第二模拟数字转换模块的输入端信号连接，第二模拟数字转换模块的输出端与第一快速傅里叶变换模块的输入端信号连接，第一快速傅里叶变换模块的输出端与信道模值计算模块的输入端信号连接，信道模值计算模块的输出端与信道带宽平坦化列表模块的输入端信号连接。

同步判决模块内部，第二快速傅里叶变换模块有两个输入端，一个输入端和信道选择模块的输出端信号连接，第二快速傅里叶变换模块的一个输出端和误差提取模块的输入端信号连接，误差提取模块的输出端和积分器模块的输入端信号连接，积分器模块的输出端和第二快速傅里叶变换模块的另外一个输入端信号连接。第二快速傅里叶变换模块的另一个输出端和比较判决模块的输入端信号连接，比较判决模块的输出端和信息码元同步模块的输入端信号连接，信息码元同步模块的输出端和解码校验模块的输入端信号连接。

第二时钟管理模块提供两种时钟信号，其中一种时钟信号提供给第二模拟数字转换模块、DDS信道载波合成模块和第二数字模拟转换模块，另一种时钟信号提供给信道判定模块、距离判定模块、数字下变频器模块、数字滤波器模块、降采样模块、自动增益控制模块、信道选择模块、同步判决模块、定位模块、带宽平坦化自校准模块内部的第一快速傅里叶变换模块、信道模值计算模块以及信道带宽平坦化列表模块。

定位服务数据库包括位置信息码元、经纬度坐标、位置名称组成的数据库表结构。

定位节点的定位节点扬声器广播特定的位置信息码元，由移动终端的定位终端麦克风接收，移动终端的声波信息接收系统中的定位模块将解码得到的位置信息码元传递给定位服务数据库，定位服务数据库将定位结果传递给定位模块以获得完整的位置信息。

利用上述基于多通道声波通信技术的移动终端定位系统实现定位，包括以下步骤：

步骤1-1.定位服务数据库中登记每个定位节点发声器所保存并广播的位置信息码元以及对应码元的位置名称、经纬度坐标等信息。

步骤2-1. 定位节点发声器做信道监听，第一麦克风采集声波信号，将声压能量转换为模拟电信号，送入第一模拟数字转换模块转换为离散的数字信号。

步骤2-2. 第一模拟数字转换模块得到的音频数字信号送入到信道选择模块中，信道选择模块对数字信号做快速傅里叶变换提取出信号的频域特征，为了避免频谱泄露导致的相邻信道干扰，快速傅里叶变换时加入窗函数，可以是海明窗或者其他类型的窗函数，然后根据规划的信道频点，计算每个信道中信道频点能量是否超过门限阈值，如果超过阈值则认为该信道已经被其他发生设备所占用；遍历所有的信道，找出未被占用的信道，确定该信道对应的信道频点数据，并传递给GFSK调制模块。

步骤2-3. 位置信息码元保存在位置信息码元信息存储模块中，为了保证通信质量，位置信息码元经过编码模块后，完成插入前导码和用于校验或者纠错的冗余码元的工作。为了提高声波通信的效率，位置信息码元长度不固定，同时为了解码方便，信息码元和校验冗余码元不能包含前导码信息。

步骤2-4.编码后的码元信息经过高斯滤波器模块，对脉冲跳变边缘做高斯平滑处理，这样可以防止相邻信道的干扰。高斯滤波器的输出送入到GFSK调制模块中。

步骤2-5. GFSK调制模块根据信道选择所确定的载波频率，通过DDS直接数字合成载频离散的采样点，采样点幅值乘以带宽平坦化预均衡模块中所对应的调整系数，并根据高斯滤波器的输出结果，选择二进制码元0使用频率为f1的载频，二进制码元1使用频率f2的载频，脉冲跳变边沿由高斯渐变做平滑，这样就构成一个完整的高斯频移键控调制系统。每个码元载波为2的N次方个离散采样点，这些离散采样点按照采样时钟送入第一数字模拟转换模块。

步骤2-6. 第一数字模拟转换模块将GFSK调制后的数字信号转换为模拟信号，为了避免重复采样导致的低频干扰，模拟信号经过模拟滤波模块后，滤掉了重复采样的低频干扰信号，同时对载波信号做整形，滤波后的模拟信号送到第一放大器模块中放大，驱动定位节点扬声器完成定位信息码元的广播发送。

步骤3-1.移动终端在安装声波信息接收系统软件后，先对移动终端的定位终端麦克风做一次带宽平坦化自校准，具体步骤如下，通过带宽平坦化自校准模块中的DDS信道载波合成模块产生信道1的载波频率，经过第二数字模拟转换模块转换为模拟信号并通过定位终端扬声器发声，移动终端的定位终端麦克风接收到该载波频率信号后，经第二模拟数字转换模块转换为数字信号，送入到第一快速傅里叶变换模块，计算该信道频点FFT模值并保存。为了避免频谱泄露导致的相邻信道干扰，快速傅里叶变换时使用窗函数，可以是海明窗或者其他类型的窗函数。对信道2重复如上动作直到遍历完成所有信道载波频点，根据所有信道频点FFT模值，生成一张带宽平坦化补偿表并保存。

步骤3-2. 定位节点发声器所发送的包含定位信息码元的声波信号被移动终端的定位终端麦克风接收转换为模拟电平信号。

步骤3-3. 模拟电平信号送给到第二模拟数字转换模块，转换为离散数字信号。

步骤3-4. 经过第二模拟数字转换模块转换的数字信号送给信道判定模块做使用窗函数的快速傅里叶变换，根据信噪比关系确定同时接收到几路信道信号。

步骤3-5. 信道判定模块的快速傅里叶变换结果，利用带宽平坦化自校准模块所生成的带宽平坦化补偿表对所接收信道结果做修订，修订后最大的FFT模值信道为距离移动终端距离最近的定位节点所占用信道，以此对所有接收到的信道做距离排序，根据软件设定，确定同时处理几路信道的数据。

步骤3-6. 第二模拟数字转换模块所转换的离散数字信号经由数字下变频器模块、数字滤波器模块、降采样模块、自动增益控制模块做数字信号预处理，并送入到信道选择模块。

步骤3-7.由信道判定模块和距离判定模块输出结果送入到信道选择模块确定同时处理哪几路信道的数据，将经过数字信号预处理的信号对应这几路通信信道分别送入各自同步判决模块做载波同步、数据判决、码元同步和校验提取，其步骤可进一步描述为：

步骤3-7-1.在同步判决模块内部，经过数字信号预处理的信号被送入到第二快速傅里叶变换模块做FFT运算，FFT运算结果送入到误差提取模块，并根据已知规划信道频点的FFT模值做误差提取，误差提取的结果送入到积分器模块确定FFT窗口初始值，并反馈到快速傅里叶变换模块用于FFT运算，完成载波同步调整功能。步骤3-7-1所描述的功能属于数控迟早门载波同步模块。

步骤3-7-2. 在同步判决模块内部，经过数字信号预处理的信号被送入到第二快速傅里叶变换模块做FFT运算，FFT运算结果被送入到比较判决模块，根据已知规划信道频点的FFT模值比较，得到接收码元信息。

步骤3-7-3.接收码元信息送入到信息码元同步模块，去掉前导码，得到一组编码后的码元。

步骤3-7-4.经过信息码元同步模块所得到编码后的码元再经过解码校验模块，做冗余校验以判断接收码元是否正确，如果冗余校验结果正确，则将接收码元作为最终的位置信息码元；如果冗余校验结果不正确，则放弃该接收码元。步骤3-7-2至3-7-4所描述的功能属于码元同步模块。

步骤3-8.同步判决模块得到的位置信息码元送给定位模块，定位模块根据距离判定模块的输出结果，由软件设定检索几路位置信息码元。如果定位服务数据库是内置在定位移动终端中，则由定位模块直接传递给定位服务数据库检索位置信息码元所对应的位置名称、经纬度坐标等内容并返回给定位模块；如果定位服务数据库保存在远程服务器中，定位模块调用移动终端网络接口，将位置信息码元发送到远程服务器中，由远程服务器检索对应的位置名称、经纬度坐标等信息，并通过网络送给定位模块，完成定位功能。

更进一步地说，声波通信系统所述的声波信道规划方法具体为：在声波频带内事先规划出多个通信频点，频点间隔Δf是声波接收器模拟数字转换模块采样频率除以每个码元的离散采样点数的商，而每个码元采样点数是2的N次方；通信频点的中心频率为信道间隔的整数倍，为了实现类超声波通信，最小的中心频率要大于18KHz。

本发明的有益效果：

本发明公开了一套不需要对手机等移动终端增加额外元件的基础上低成本的实现对手机等移动终端设备定位的系统。

本发明基于多通道声波信道技术，解决了多个定位节点声波信号相互干扰的问题，可以实现更高密度更准确的定位应用。

本发明结构简单，实现成本低廉，主要工作模块都可以通过软件编程完成，使得本发明所示系统，即可以由运算能力强大的智能手机实现，又很方便的由一些使用MCU的终端实现。

本发明很好的适应了手机智能化的发展趋势，为手机室内定位导航应用提供了一种低成本的解决方案。

附图说明

图1为本发明定位系统示意图；

图2为本发明定位节点声波发声器结构示意图；

图3为本发明声波定位信息接收系统结构示意图；

图4为本发明声波定位信息接收系统带宽平坦化流程示意图；

图5为本发明同步判决模块结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加明白，结合附图和具体实施例，对本发明做进一步详细说明：

作为本定位系统基础的多通道声波通信技术，声波信息发声器和接收器参照共同的信道规划表做信道选择和调制解调。

实施例中规划利用声波18KHz到22kHz为声波通信频段。44100Hz是移动终端设备中最常使用的音频采样频率，考虑到设备兼容性，声波通信系统使用44100Hz作为采样时钟频率。规划每位码元的采样点数是1024个，这样确定信道间隔Δf=44100/1024=43Hz。确定通信信道频率是信道间隔的整数倍，最低的可用信道频率是18131Hz（信道间隔的421倍），最高的信道频率是21835Hz（信道间隔的507倍），这样可以得到一张信道规划表，如表1为例：

表1

本实施例的应用场景为室内超市，如图1所示，定位节点声波发声器101-105固定在不同货架上，对手机106定位，定位数据库存放在远程服务器107中。

按照步骤1-1所述，在定位数据库中创建定位节点发声器位置信息码元和位置信息的对应数据表，数据库表结构例子如表2所示：

表2

从表2中可以看出来，每一个定位节点广播唯一的位置信息码元声波信号，且位置信息码元长度不固定，这样可以提高声波通信及定位的效率。坐标位置可以是绝对的经纬度坐标，也可以是相对坐标，便于在地图中标示。

图2是定位节点声波信息发声器结构示意图。以定位节点101为例，发声器工作后先做信道监听，声波由第一麦克风201采集, 将声压能量转换为模拟电平信号，送入到第一模拟数字转换模块202转换为离散的数字信号。第一模拟数字转换模块采样时钟频率是44100Hz；

第一模拟数字转换模块202得到的音频数字信号送入到信道选择模块203中，信道选择模块对数字信号做加海明窗的快速傅里叶变换提取出信号的频域特征，根据规划的信道频点，计算每个信道中信道频点能量是否超过门限阈值，如果超过阈值则认为该信道已经被其他发生设备所占用。

在本实施例中，先计算信道1的18131Hz和18174Hz频点FFT模值，然后平均，再除以环境噪声参考频点18088Hz的FFT模值。如果这个比值大于2，认为该信道已经被其他发声器占用，该信道不可用。按照上述方法遍历所有的信道，找出未被占用的信道，确定该信道对应的信道频点数据，并传递给207 GFSK调制模块。比如发现信道1没有被其他发声器占用，选择信道1作为定位节点发声器101信息调制信道，即对应18131Hz为bit 0，18174Hz为bit 1。

以此类推，信道选择的结果是定位节点101选择信道1,定位节点102选择信道2,定位节点103选择信道3,定位节点104选择信道4，定位节点105选择信道5作为各自的通信信道，并将信道选择结果送入到各自的GFSK调制模块207。

节点101-105这5个定位节点发声器各自的定位信息码元保存在位置信息码元存储模块204中，经过编码模块205插入一组1010跳变的前导码，编码使用CRC-4校验码，后续插入4bit校验码位，但编码方式不限于CRC校验码，编码方式可以根据需要选择。

本实施例中编码使用CRC-4校验码，校验多项式为10011，前导码为12位，节点101-105各自定位信息ID 经过编码模块205后结果如表3所示：

表3

编码模块205的输出结果送入到高斯滤波器模块206中，高斯滤波器模块206对所收到编码后做高斯滤波，平滑脉冲跳变边沿，将滤波后结果送入到GFSK调制模块207中。GFSK调制模块207先根据信道选择模块203的结果，确定调制频率。如节点101使用信道1，bit0调制频率是18131Hz，18174Hz为bit 1，每个bit做1024次采样，GFSK调制模块使用DDS直接数字频率合成方式，利用正弦波查找表直接生成对应的采样数据，为了实现信道发生信道平坦化，查表值乘以保存在带宽平坦化预均衡模块208信道调制幅度修正参数，参数表如表4所示：

表4

信道

信道1

信道2

信道3

信道4

信道5

……

信道28

幅值系数

0.72

0.73

0.75

0.8

0.83

……

1.8

修正后结果送入到第一数字模拟转换模块209中转换为模拟信号，GFSK调制模块207和第一数字模拟转换模块209的采样频率均为44100Hz，采样时钟由第一时钟管理模块213提供。

为了避免重复采样导致的低频干扰，第一数字模拟转换模块209输出的模拟信号经过模拟滤波模块210后，滤掉了重复采样的低频干扰信号，同时对载波信号做整形，滤波后的模拟信号送到第一放大器模块211中放大驱动定位节点扬声器212完成声波信号的发送。

本实施例中，放大器模块使用D类放大器， D类放大器对音质损失以及所产生的高频干扰对声波通信没有影响，而且D类放大器效率高，可以简化电源、功耗和散热设计，便于发生设备小型化，是声波通信系统理想选择。本实施例中扬声器使用带式高音扬声器，利用带式扬声器高频特征好的特点，在减少类超声波所在高频段频宽衰减的同时，减少了发声器体积，但实验证明，普通球顶高音扬声器同样可以应用到声波发生系统中。不同扬声器对应的信道调制幅度修正参数不同，需要根据实际物料测试确定。

定位节点101-105根据上述方法，按照所选择的信道广播各自的定位信息码元。

根据应用场景和定位精度要求，控制放大器的增益，获得有效的通信距离。本实施例中，通过控制D类放大器增益，使得定位节点发声器和移动终端的通信定位精度在10米距离，即满足覆盖货架长度的要求，同时也保证了定位精度。

图3是移动终端中声波信息接收系统的结构图。按照步骤3-1所述，该软件在移动终端安装后，先对该移动终端的麦克风的带宽性能做一个平坦化自校准。图4是声波信息接收系统中的带宽平坦化自校准模块结构及流程图。DDS信道载波合成模块401生成信道1的载波频率，经过第二数字模拟转换模块402将数字信号转换为模块信号，然后驱动定位终端扬声器403发声，该载波信号被本移动终端定位终端麦克风301接收并转换为模拟信号，经过第二模拟数字转换模块404转换为数字信号送入到第一快速傅里叶变化模块405中做FFT运算，在信道FFT模值计算模块406对信道1的载波做求模运算并保存该载波FFT模值，循环完成所有信道载波的FFT模值，根据各信道FFT模值，得到接收系统信道平坦化自校准列表并保持在信道带宽平坦化列表模块407中。

需要说明的是，这种多信道带宽平坦化处理方式是一种实用近似。可以在一定程度上克服移动终端接收系统麦克风带宽衰减导致的距离误判，对定位精度的修正有积极意义。

本实施例中，移动终端106在安装声波信息接收系统软件后完成了带宽平坦化自校准列表并保存在带宽平坦化自校准模块305中。

移动终端106在本实施例的超市环境中，定位终端麦克风301将声波信息转换为模拟电平信号并送入到第二模拟数字转换模块302中转换为离散的数字信号，第二模拟数字转换模块302的采样频率是44100Hz。

第二模拟数字转换模块302有两个输出，一个输出结果送给信道判定模块303，在信道判定模块303中，对离散的数字信号做加窗函数的快速傅里叶变换，根据信道规划表中信道载波和参考频点的信噪比，判定共接收到几个信道。

本实施例的移动终端信道判定模块303通过信噪比分析，发现信道1、2、3、4、5共5个信道有数据，其他信道空闲无接收数据。

信道判定模块303将5个信道的FFT模值传递给距离判定模块304，距离判定模块304根据保存在带宽平坦化自校准模块305中的信道平坦化自校准列表对当前接收信道FFT模值做加权修正，获得修订后的信道FFT模值，根据模值数据大小排序，做距离远近判定标准，排序的结果信道1的数据修正后FFT模值最大，判定占用信道1的发声设备距离移动终端最近，其他依次为信道4，信道2，信道3，信道5。这个排序结果送给信道选择模块310和定位模块312中，作为同步判决路数和定位精度选择的依据。

第二模拟数字转换模块 302的另一个输出送入到数字下变频器模块 306，做下变频处理：采样了N个数据，其中第1、3、5等奇数点保持数据不变，2、4、6等偶数点的相位偏移π，将18KHz到22Khz的频率搬移到低频段。

数字下变频器模块 306的输出结果送入到数字滤波器模块307做数字低通滤波，只保留包含信道规划的频带，滤除非工作频段的噪声。本实施例使用55阶，截止频率为5.5KHz的FIR低通滤波器。

数字滤波器模块307的输出结果送入到降采样模块308中做4倍降采样，每个bit的采样点数由1024个采样点减少为256个采样点，这样减少后续FFT的计算量。

降采样处理后的信号，被送入到自动增益控制模块309中，将信号振幅均匀化，避免后续迟早门同步误差提取由于振幅不均匀导致的错误。

经过自动增益控制处理后的信号送入到信道选择模块310中，根据距离判定模块304的输出结果，选择信道1、2、3、4、5做同步判决，然后将数字信号预处理的结果传递给同步判决模块311，同时完成5路同步判决，分别解调解码得到信道1到5这5个信道对应的位置信息码元，然后送给定位模块312。

进一步的说明同步判决模块的工作流程，图5为同步判决模块的结构示意图。

同步判决模块由第二快速傅里叶变换模块501、码元同步模块502和数控迟早门载波同步模块503三部分组成。

经过自动增益控制处理后的信号首先送到快速傅里叶变换模块501做FFT运算，为了避免相邻信道干扰，FFT运算使用窗函数。每一位码元对应256个采样点做FFT运算，得到信号的频域特征。本实施例中对信道1做同步解调，表5为规划信道1在接收器不同模块处FFT横坐标位置。

表5

从表5可以看到，规划的信道频点在经过降采样处理后FFT横坐标均落在整数格点上，这样在提高FFT运输速度的前提下，不影响判决比较精度。

在快速傅里叶变换模块501中，取256个点做FFT，得到横坐标92点和91点所对应的模值：r1（92）和r1（91），然后向后偏移64个点，再取256个点再做一次FFT，得到r2(92)和r2(91)的模值，将这两次FFT的结果送入到数控迟早门载波同步模块503中。

数控迟早门载波同步模块503由误差提取模块503.1和积分器模块503.2两部分组成。快速傅里叶变换模块501得到的两次FFT结果r1(92)、r1（91）和r2（92）、r2（91）送入到误差提取模块503.1，根据前后两次FFT模值变换规律，提取出同步误差。

同步误差送入到积分器模块503.2中，确定下一次FFT取值窗口的起始偏移量offset，本实施例中根据同步误差的结果，以2的倍数作为迟早门偏移量，得到的偏移量反馈到快速傅里叶变换模块501中，用于确定下一次FFT取值窗口位置，完成数控迟早门载波同步功能。

快速傅里叶变换模块501 FFT运算的结果同时送入到码元同步模块502中。码元同步模块502由比较判决模块502.1、信息码元同步模块502.2和解码校验模块502.3组成。

快速傅里叶变换模块501 FFT运算的结果送入到比较判决模块502.1做比较判决，如表5对本实施例中对信道1做判决：

如果r（92）大于r（91），判决为bit 0；如果r（92）小于等于r（91），判决为bit 1。这样得到一组编码后的码元信息：10101010101011000111001100011101010101010101100011100110001110。

比较判决模块502.1的输出结果送入到信息码元同步模块502.2中做码元同步，由于位置信息码元位数不固定，需要确认两次前导码位置并提取出两次前导码中间的位置信息码元和校验码元，如本实施例，确认101010101010为前导码，提取出两次前导码中间的码元1100011100110001110为位置信息码元和校验码元并送入到解码校验模块502.3中，用CRC-4校验多项式10011作为被除数，结果被整除，确认接收信息正确，如果校验结果不正确，丢弃这组码元直到解析出正确码元或者设定时间截止结束。最终解析出位置信息码元：110001110011000。码元同步模块502功能完成。

如上所述，解调解码同时得到信道1、信道2、信道3、信道4、信道5的位置信息码元并将这些位置信息码元送入到定位模块312。如表6所示

表6

信道	位置信息码元	距离排序
			1	110001110011000	1
2	101101101111100101011110	3
			3	11110000100101011	4
4	100110001110010101	2
			5	10100010100111001110110	5

软件选择定位精度，比如设置定位模块312传递距离移动终端最近的2个定位节点码元到定位数据库107，则定位模块根据距离判定模块304的距离判定，将信道1和信道4的定位信息码元通过网络接口传递给远程定位数据库107，定位数据库根据位置信息码元检索数据库，返回位置码元对应的具体位置信息，如表2所示，定位流程完成。

移动终端声波信息系统的第二时钟管理模块313提供第二模拟数字转换模块 302、带宽平坦化自校准模块中的DDS信道载波合成模块401、第二数字模拟转换模块402的采样时钟44100Hz，同时提供其他数字逻辑运算的系统时钟。

移动终端声波信息系统主要模块都是在数字域通过数字信号处理，以软件方式实现，代价小，移植方便，便于在手机平台推广普及。

综上所述，本发明结构简单，实施成本低廉，实用性良好，便于在手机室内精准定位等领域推广。

Claims (4)

1. 基于多通道声波通信技术的移动终端定位系统，包括作为定位节点的声波发声器，内置声波信息接收系统的移动终端和定位服务数据库，其特征在于：

所述作为定位节点的声波发声器包括第一麦克风、第一模拟数字转换模块、高斯滤波器模块、信道选择模块、GFSK调制模块、位置信息存储模块、编码模块、第一时钟管理模块、带宽平坦化预均衡模块、第一数字模拟转换模块、模拟滤波模块、第一放大器模块和定位节点扬声器；

第一麦克风的输出端与第一模拟数字转换模块的输入端信号连接，第一模拟数字转换模块的输出端与信道选择模块的输入端信号连接，信道选择模块的输出端与GFSK调制模块的一个输入端信号连接；

位置信息码元存储模块的输出端与编码模块的输入端信号连接，编码模块的输出端与高斯滤波器模块的输入端信号连接，高斯滤波器模块的输出端与GFSK调制模块的另一个输入端信号连接；

带宽平坦化预均衡模块的输出端与GFSK调制模块的再一个输入端信号连接；

GFSK调制模块的输出端与第一数字模拟转换模块的输入端信号连接，第一数字模拟转换模块的输出端与模拟滤波模块的输入端信号连接，模拟滤波模块的输出端与第一放大器模块的输入端信号连接，第一放大器模块的输出端与定位节点扬声器信号连接；

第一时钟管理模块提供两种时钟信号，其中一种时钟信号提供给第一模拟数字转换模块、GFSK调制模块和第一数字模拟转换模块；另一种时钟信号提供给信道选择模块、带宽平坦化预均衡模块、位置信息码元存储模块、编码模块和高斯滤波器模块；

所述的内置声波信息接收系统的移动终端，可以是但不仅限于是手机，包括定位终端麦克风、第二模拟数字转换模块、信道判定模块、带宽平坦化自校准模块、距离判定模块、数字下变频器模块、数字滤波器模块、降采样模块、自动增益控制模块、信道选择模块、同步判决模块、定位模块和第二时钟管理模块；

定位终端麦克风的输出端与第二模拟数字转换模块的输入端信号连接，第二模拟数字转换模块的一个输出端与信道判定模块的输入端信号连接，信道判定模块的输出端与距离判定模块的一个输入端信号连接，距离判定模块的一个输出端与信道选择模块的一个输入端信号连接，距离判定模块的另一个输出端与定位模块的一个输入端信号连接，带宽平坦化自校准模块的输出端与距离判定模块的另一个输入端信号连接；

第二模拟数字转换模块的另一个输出端与数字下变频器模块的输入端信号连接，数字下变频器模块的输出端与数字滤波器模块的输入端信号连接，数字滤波器模块的输出端与降采样模块的输入端信号连接，降采样模块的输出端与自动增益控制模块的输入端信号连接，自动增益控制模块的输出端与信道选择模块的另一个输入端信号连接，信道选择模块带有多个输出端，每个输出端都与一个信道的同步判决模块的输入端信号连接，每一路同步判决模块的输出端与定位模块的输入端信号连接；

第二时钟管理模块提供两种时钟信号，其中一种时钟信号提供给第二模拟数字转换模块、DDS信道载波合成模块和第二数字模拟转换模块，另一种时钟信号提供给信道判定模块、距离判定模块、数字下变频器模块、数字滤波器模块、降采样模块、自动增益控制模块、信道选择模块、同步判决模块、定位模块、带宽平坦化自校准模块内部的第一快速傅里叶变换模块、信道模值计算模块以及信道带宽平坦化列表模块；

所述的定位服务数据库包括位置信息码元、经纬度坐标、位置名称组成的数据库表结构；

定位节点的定位节点扬声器广播特定的位置信息码元，由移动终端的定位终端麦克风接收，移动终端的声波信息接收系统中的定位模块将解码得到的位置信息码元传递给定位服务数据库，定位服务数据库将定位结果传递给定位模块以获得完整的位置信息。

2.根据权利要求1所示的基于多通道声波通信技术的移动终端定位系统，其特征在于：所述的带宽平坦化自校准模块包括DDS信道载波合成模块、第二数字模拟转换模块、定位终端扬声器、第二模拟数字转换模块、第一快速傅里叶变换模块、信道模值计算模块、信道带宽平坦化列表模块；

带宽平坦化自校准模块内部，DDS信道载波合成模块的输出端与第二数字模拟转换模块的输入端信号连接，第二数字模拟转换模块的输出端与定位终端扬声器的输入端信号连接，定位终端扬声器所发出声波信号被定位终端麦克风所接收，定位终端麦克风的输出端与第二模拟数字转换模块的输入端信号连接，第二模拟数字转换模块的输出端与第一快速傅里叶变换模块的输入端信号连接，第一快速傅里叶变换模块的输出端与信道模值计算模块的输入端信号连接，信道模值计算模块的输出端与信道带宽平坦化列表模块的输入端信号连接。

3.根据权利要求1所示的基于多通道声波通信技术的移动终端定位系统，其特征在于：所述的同步判决模块包括第二快速傅里叶变换模块、数控迟早门载波同步模块和码元同步模块；所述的数控迟早门载波同步模块包括误差提取模块和积分器模块；所述码元同步模块包括比较判决模块、信息码元同步模块和解码校验模块；

同步判决模块内部，第二快速傅里叶变换模块有两个输入端，一个输入端和信道选择模块的输出端信号连接，第二快速傅里叶变换模块的一个输出端和误差提取模块的输入端信号连接，误差提取模块的输出端和积分器模块的输入端信号连接，积分器模块的输出端和第二快速傅里叶变换模块的另外一个输入端信号连接；第二快速傅里叶变换模块的另一个输出端和比较判决模块的输入端信号连接，比较判决模块的输出端和信息码元同步模块的输入端信号连接，信息码元同步模块的输出端和解码校验模块的输入端信号连接。

4.根据权利要求1所示的基于多通道声波通信技术的移动终端定位系统，其特征在于：所述定位服务数据库可以放置在远程服务器中，也可以内嵌在移动终端中。

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