CN102820904B

CN102820904B - 一种用于广播网定位信号的互相关干扰减轻方法及装置

Info

Publication number: CN102820904B
Application number: CN201210280055.3A
Authority: CN
Inventors: 邓中亮; 田向伟; 袁协; 余彦培; 刘晓艳; 张宇; 李序
Original assignee: BEIJING SHOUKE SOFTWARE AND SYSTEM INTEGRATION Co Ltd; Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: BEIJING SHOUKE SOFTWARE AND SYSTEM INTEGRATION Co Ltd; Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: CN102820904A

Abstract

本发明公开了一种用于广播网定位信号的互相关干扰减轻方法，包括：捕获跟踪信号强度最强信号；将最强信号码头附近多个采样点依次记录在寄存器中；获取最强信号码头附近的混合信号；获取混合信号中的一路或多路强信号并复制每一路强信号；将混合信号减去强信号，得到中强信号和弱信号的混合信号；将中强信号和弱信号的混合信号与本地Gold码依次做相关运算，捕获中强信号并复制中强信号；将中强信号和弱信号的混合信号减去中强信号，得到弱信号的混合信号；捕获弱信号。本发明能够有效的从终端接收的信号中区分定位所需的最强信号、中强信号和弱信号，从而减轻了强信号对于弱信号的互相关干扰，极大的提高了终端的定位准确度。

Description

一种用于广播网定位信号的互相关干扰减轻方法及装置

技术领域

本发明涉及广播信号定位技术领域，特别涉及一种用于广播网定位信号的互相关干扰减轻方法及装置。

背景技术

近年来，随着技术的发展，人们对室内外精确定位的需求与日俱增，特别是在应对紧急情况时，准确定位显得更是尤为重要。现有的定位技术主要包括GPS卫星定位、基于移动基站的定位等。一种比较新的定位技术是基于广播信号定位的方案，其技术特点在于：在原有的OFDM数字广播信号上叠加了CDMA扩频定位信号（Gold码），并将该混合信号通过广播基站发射。这种定位方法中信号结构如图1所示。

Gold扩频码具有很好的互相关性能，在一般的应用场合工作良好。但在强信号存在的情况下，接收终端有可能由于受到这种互相关干扰而对弱信号的捕获和跟踪发生错误。例如，在室内等环境中，接收终端可能会从窗户边接收到一或两个功率较强的从基站发射出的直射波广播信号，而其余所接收到的广播信号则由于穿透过多层介质和遭遇过多次反射或者传输距离的远近而强度变得很弱，当我们需要捕获弱信号时，强信号的互相关干扰就成为弱信号捕获必须克服的问题。互相关干扰就是指由于复制的本地Gold码与强信号相关运算的互相关峰值大于复制的本地Gold码与弱信号相关运算的自相关峰值而使得接收终端在捕获弱信号时发生误捕，本质即强信号会在接收终端内部淹没弱信号，使接收终端在捕获弱信号过程中发生困难甚至错误，由强信号产生的微弱互相关峰值有可能被接收终端误认为是弱信号的自相关峰值。在目前的高灵敏度接收机中，由于要求接收的信号强度较弱、信噪比很低，所以互相关的影响已成为制约其能否捕获和跟踪信号的重要因素，这使得互相关干扰成为高灵敏度接收终端运行的一个严重威胁，从而影响定位的准确度。

现有技术中，为了解决互相关干扰的问题，通常采用子空间投影法。这种方法的基本思想是构建出一种新码，使其与强信号的Gold码完全正交，但它却与弱信号的Gold码有着较高的相关性，于是接收终端通过复制这种新码，并让其与接收信号进行相关运算，以此来匹配、检测所希望捕获的那个弱信号。这种新码的特性是：因为新码要与强信号的Gold码正交，所以它必须位于一个与强信号Gold码正交的子空间内，从而通过相关运算压制强信号成分；同时，考虑到与弱信号Gold码之间产生最大程度的相关性，该新码应该是弱信号Gold码在那个正交子空间上的投影。具体实现方式是利用已知强信号的载波频率、相位和码相位信息及被期望弱信号的一些信息构建干扰强信号和被期望弱信号的子空间,经过投影,计算出不含干扰强信号的部分。

该算法的实时性较差，原因在于构建这种特性的新码需要大量的矩阵和向量运算，耗费大量的时间和消耗很多资源，经实际验证只能在工作站上或配置很高的PC上运行。因此无法使用现有技术一用于广播网定位信号的互相关干扰的减轻。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术针对远近问题（由于多址干扰的存在，如果干扰用户比期望用户距基站更近，干扰用户在基站的接收功率就会比期望用户大的多，扩频序列与干扰之间的相关就可能比与期望用户信号之间的相关大，于是传统的相关接收终端的输出中多址干扰分量就可能很严重，期望用户信号甚至可能被淹没在干扰信号中），尚没有一种有效的解决方案，因而无法解决在移动通讯接收终端中强弱信号的互相关干扰问题，极大的妨碍了接收终端的定位准确度。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种互相关干扰减轻方法及装置。所述技术方案如下：

一种用于广播网定位信号的互相关干扰减轻方法，所述方法包括：

将接收到的广播定位信号与每一个基站对应的本地Gold码作遍历相关运算，捕获信号强度最强信号；

跟踪所述最强信号，将所述最强信号码头附近多个采样点依次记录在寄存器中；获取所述最强信号码头附近的混合信号；

获取所述混合信号中的一路或多路强信号并复制每一路所述强信号；

将所述混合信号减去所述强信号，得到中强信号和弱信号的混合信号；将中强信号和弱信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地Gold码依次做相关运算，捕获中强信号并复制所述中强信号；

将中强信号和弱信号的混合信号减去所述中强信号，得到弱信号的混合信号；将所述弱信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地Gold码依次做相关运算，捕获弱信号。

所述将所述最强信号码头附近多个采样点依次记录在寄存器中，包括：

在每一个采样周期内对终端接收到的信号进行一次采样，保存为一个采样点；

获取所述最强信号的码头时刻对应的采样点，并根据这个采样点的编号获取附近的其它采样点；

所述采样点的数量根据如下公式计算：

N=L/(C*T)；其中，N为采样点数量，L为两个基站到达接收终端的距离差，C为光速，T为采样周期；

将所述最强信号码头附近的多个采样点依次记录在寄存器中。

所述将所述最强信号码头附近多个采样点依次记录在寄存器中，还包括：

在所述最强信号的空闲周期内，将所述最强信号码头附近多个采样点依次记录在寄存器中。

所述获取混合信号中的一路或多路强信号，包括：

将所述混合信号与所述最强信号对应基站对应的本地Gold码外的其它各基站对应的本地Gold码依次作相关运算；

根据相关结果，捕获混合信号中的一路或多路强信号。

所述复制每一路所述强信号，包括：

根据捕获到各强信号的码头在寄存器中的相对相位值和根据各强信号的相关峰值得到各强信号的平均强度；

根据所述相对相位值和平均强度复制每一路强信号。

所述方法之前还包括：

根据网络拓扑将所有基站分为三组；每一组基站中的各个基站互不相邻；

每组基站采用下行链路空闲周期(IPDL)方式发射定位信号；

终端在服务基站定位信号空闲周期里，检测其余基站的信号。

所述方法还包括：

所述最强信号、中强信号和弱信号的强度差异分别在20～30db。

所述方法之后还包括：

根据所述最强信号、中强信号和弱信号在所述寄存器中的相对位置得到时间差，用于对终端进行定位。

一种用于广播网定位信号的互相关干扰减轻装置，所述装置包括最强信号捕获单元、寄存器单元、强信号捕获单元、中强信号捕获单元和弱信号捕获单元，其中，

所述最强信号捕获单元，用于将接收到的广播定位信号与每一个基站对应的本地Gold码作遍历相关运算，捕获信号强度最强信号；

所述寄存器单元，用于跟踪所述最强信号，存储所述最强信号码头附近多个采样点；并据此获取所述最强信号码头附近的混合信号；

所述强信号捕获单元，用于获取所述混合信号中的一路或多路强信号并复制每一路所述强信号；

所述中强信号捕获单元，用于将所述混合信号减去所述强信号，得到中强信号和弱信号的混合信号；将中强信号和弱信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地Gold码依次做相关运算，捕获中强信号并复制所述中强信号；

所述弱信号捕获单元，用于将中强信号和弱信号的混合信号减去所述中强信号，得到弱信号的混合信号；将所述弱信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地Gold码依次做相关运算，捕获弱信号。

所述装置进一步包括定位单元，用于根据所述最强信号、中强信号和弱信号在所述寄存器中的相对位置得到时间差，用于对终端进行定位。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过捕获终端接收信号中的最强信号，将最强信号的码头附近的其它采样点存储在寄存器中，并根据寄存器中的最强信号码头附近的混合信号，从中捕获其它强信号。复制其它强信号并从混合信号中减去其它强信号，避免了其它强信号对中强信号与弱信号的互相关干扰。然后在依据同样的方法从剩余的混合信号中捕获和分离中强信号，剩余的就是弱信号。本发明实施例通过捕获和分离终端接收到信号中的最强信号、中强信号和弱信号，能够有效的从终端接收的信号中区分定位所需的最强信号、中强信号和弱信号，从而减轻了强信号对于弱信号的互相关干扰，极大的提高了终端的定位准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中广播信号定位方法信号结构图；

图2是本发明实施例一提供的互相关干扰减轻方法流程图；

图3是本发明实施例一提供的基站网络拓扑图；

图4是本发明实施例一提供的各组基站IPDL时序图；

图5是本发明实施例一提供的互相关干扰方法原理图；

图6a是本发明实施例一提供的弱信号直接相关结果仿真效果图；

图6b是本发明实施例一提供的经互相关干扰减轻处理后的弱信号相关结果仿真效果图；

图7是本发明实施例二提供的互相关干扰减轻装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例是针对背景技术中提到的现有技术中基于广播信号定位方案的补充，主要目的在于减轻这种定位方案中强弱信号互相关干扰带来的无法有效解析相应的定位信号，妨碍终端定位准确度的问题。事实上，本发明实施例提供的互相关干扰减轻方案，还可以应用于其它任何需要对互相关干扰进行抑制的方案中，在由于强弱信号的互相关干扰而带来的诸多问题中，本发明实施例提供的分离强弱信号的方案都可以有效的解决。

实施例一

如图2所示，为本实施例一提供的用于广播网定位信号的互相关干扰减轻方法原理流程图，其中，

步骤10，将接收到的广播定位信号与每一个基站对应的本地Gold码作遍历相关运算，捕获信号强度最强信号。

终端在定位的时候，需要接收基站的信号。一般的，定位至少需要3个基站的信号，根据各个基站信号到达终端的时间差来进行终端的定位。定位的方法现有技术中有很多种，此处不赘述。

终端在定位时，将接收到的基站信号与本地保存的每一个基站对应的本地Gold码作遍历相关运算，若符合捕获条件，则可以捕获到最强信号，可以分辨出一路信号强度最强的信号，也就知道了最强信号相对应的基站是哪一个基站。

步骤20，跟踪最强信号，将最强信号码头附近多个采样点依次记录在寄存器中；获取最强信号码头附近的混合信号。

本实施例中，需要有一个ram寄存器，这个寄存器用以保存信号的采样点。具体的信号采样点的获取根据如下方法：在射频前端接收到的各路基站混合信号后，至少会有一个信号可以直接捕获跟踪到，将它定义为最强信号。接收终端捕获原理都是基于25ms时隙的前136us码头来进行的（如图1所示）。捕获成功的时候标记一个码头发现标志位，并且接收机有一个25ms（根据需要设定）计数器在循环计数，假如要在寄存器ram中存一段数据，根据写ram使能，把这对应的一段数据存在ram里。而写ram使能就是根据已经捕获到的强信号标记的码头发现标志确定它对应的25ms计数器的值来确定。也就是说，终端在不断的接收基站信号，而这些基站信号都可以作为采样点数据保存在ram中，而只选取强信号码头附近一定数目的采样点数据进行保存。这里的采样点不是指的具体的采样位置，而是同一终端接收基站信号的时间点。

在对最强信号的跟踪过程中，可以获得最强信号码头位置，根据最强信号的码头位置，可以得到一个采样点，也即上述的寄存器ram中一个计数器的编号。获取这个计数器编号前后若干个编号时终端接收到的混合信号，就是多个采样点。举例说明，最强信号码头位置的计数器编号为1500，则然后将这个25ms计数值的前1500和后1500这段范围内使写ram使能置1有效，即得到3000个采样点。这些采样点实际上包含了各个时间点上终端接收基站混合信号的信息。当然，最强信号码头附近的混合信号也被存储在ram中，这就是后续计算需要用到的混合信号。这个混合信号中已经分离出了最强信号。

通常这些工作都是在最强信号的空闲周期内完成的，之所以如此，是为了避免最强信号对其它信号的干扰。

在每一个采样周期内对终端接收到的信号进行一次采样，保存为一个采样点；获取最强信号的码头时刻对应的采样点，并根据这个采样点的编号获取附近的其它采样点。

采样点的数量根据如下公式计算：

N=L/(C*T)；其中，N为采样点数量，L为两个基站到达接收终端的距离差，C为光速，T为采样周期。例如，假设两个基站到达接收终端的位置差为10公里，信号采样率为20M,则采样点数必须大于N=670。

步骤30，获取混合信号中的多路强信号并复制每一路强信号。

将ram中的信号与除去发射最强信号的基站对应的本地Gold码外的各基站对应的本地Gold码依次作相关运算，根据相关结果，若满足捕获条件，可以找到混合信号中的n路强信号，标记为已捕获到的信号，同时根据捕获到各强信号码头在ram中的相对相位值，以及由各强信号的相关峰值得到各强信号的平均强度，复制n路纯净的强信号。

步骤40，将混合信号减去强信号，得到中强信号和弱信号的混合信号；将中强信号和弱信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地Gold码依次做相关运算，捕获中强信号并复制中强信号。

这里，将混合信号减去纯净的强信号后，得到中强信号和弱信号的混合信号。将ram中的位置对应于强信号码头部分的采样点的混合信号减去该点对应的强信号，这样可以得到中强信号和弱信号的混合信号。

将剥去强信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地码依次做相关，根据相关结果，若满足捕获条件，可以得到中强信号，标记为已捕获到的信号。跟步骤30的过程相同，可以获得中强信号在ram中的相对相位值，并复制出纯净的中强信号。

步骤50，将中强信号和弱信号的混合信号减去中强信号，得到弱信号的混合信号；将弱信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地Gold码依次做相关运算，捕获弱信号。

同理，可以剥离中强信号。再对剥去强信号的混合信号减去复制的纯净的中强信号，将剥离后的信号与至今仍没有捕获到的基站对应的本地码做相关，最终得到弱信号码头在ram中的相对相位值。

据此，我们得到了强信号、中强信号、弱信号各个信号在ram中的相对位置，可以实现精确定位，有效的减轻了基站定位的互相关干扰对定位结果的影响。

实际上，为了解决定位过程中出现的互相关干扰问题，本实施例在基站端也做了设置。终端定位需接收至少3个基站的定位信号，但来自不同基站的强弱信号间存在着互相关干扰。当终端位于所在服务基站0.55km以内区域时（占小区面积5.8%），服务基站信号强度将高于其他相邻基站信号30dB以上，强弱信号互相关干扰会严重影响相邻基站的定位信号的解调，不能满足测量到至少3个基站的定位要求。为解决互相关干扰问题，可以利用功率控制来克服这一影响，根据网络拓扑把基站分为三组。各组基站采用下行链路空闲周期(IPDL)方式对CDMA定位信号发射，如图3所示，其中，根据网络拓扑将所有基站分为三组；每一组基站中的各个基站互不相邻；每组基站采用不同的下行链路空闲周期方式发射定位信号；终端在服务基站定位信号空闲周期里，检测其余基站的信号。终端在服务基站定位信号空闲周期里，检测其余基站的信号，避免互相关干扰。IPDL时序如图4所示。

但是在接收终端接收到的多路信号中，假设一路强信号处于空闲周期内，剩余的混合信号中仍有可能存在其余通道的强信号，从而对弱信号的捕获造成干扰，为了解决这个问题，我们提出了一种强弱信号互相关干扰减轻算法，简单描述为将混合信号中的强信号、中强信号依次剥离出去，从而在剩余信号中依次解出中强信号、弱信号。

在定位过程中强信号对弱信号的干扰在20~30db的范围内，可以将强信号剥去，进而捕获到弱信号。若是强弱信号差值超过这个范围则无法解调弱信号。因此，本互相关干扰减轻算法采用信号层层剥离的方式，先将强信号从中强信号中剥离出去，再将中强信号从弱信号中剥离，于是通过三级解调可以将强信号、中强信号、弱信号均解出，其中每两级直接的信号强度差异在20~30db。

实际上，如图5所示，本实施例还提供一个较佳的互相关干扰减轻方法，其中终端接收信号后，经过N个基站gold码发生器，互相关后捕获一个强信号，并跟踪这个强信号，将该信号码头附近的几千个采样点记录在ram中。之后，将混合信号分别与非空闲基站gold码进行相关运算，捕获其它的强信号，并经过复现强信号，将这些强信号从原有接收的信号中减去。减去强信号的基站再次与剩余的非空闲基站gold码发生器相关运算，捕获中强信号。同理，复现中强信号并从混合信号中减去。剩余的混合信号再次与剩余的非空闲基站gold码发生器进行相关运算，可以捕获到需要的弱信号。据此，强信号、中强信号和弱信号都捕获到，可以进行定位计算。

特别的，弱信号直接相关结果和经互相关减轻处理后的弱信号相关结果的仿真效果图形分别如图6a和图6b所示。

实施例二

如图7所示，本发明实施例提供了一种用于广播网定位信号的互相关干扰减轻装置，该装置包括最强信号捕获单元100、寄存器单元200、强信号捕获单元300、中强信号捕获单元400和弱信号捕获单元500，具体如下：

最强信号捕获单元100，用于将接收到的信号与每一个基站对应的本地Gold码作遍历相关运算，捕获信号强度最强信号。

寄存器单元200，用于跟踪最强信号，存储最强信号码头附近多个采样点；并据此获取最强信号码头附近的混合信号。

强信号捕获单元300，用于获取混合信号中的多路强信号并复制每一路强信号。

中强信号捕获单元400，用于将混合信号减去强信号，得到中强信号和弱信号的混合信号；将中强信号和弱信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地Gold码依次做相关运算，捕获中强信号并复制中强信号。

弱信号捕获单元500，用于将中强信号和弱信号的混合信号减去中强信号，得到弱信号的混合信号；将弱信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地Gold码依次做相关运算，捕获弱信号。

特别的，该装置进一步包括定位单元600，用于根据最强信号、中强信号和弱信号在寄存器中的相对位置得到时间差，用于对终端进行定位。

需要说明的是：上述实施例提供的用于广播网定位信号的互相关干扰减轻装置在进行互相关干扰减轻运算的过程中时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的互相关干扰减轻装置与互相关干扰减轻方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

综上所述，本发明实施例通过捕获终端接收信号中的最强信号，将最强信号的码头附近的其它采样点存储在寄存器中，并根据寄存器中的最强信号码头附近的混合信号，从中捕获其它强信号。复制其它强信号并从混合信号中减去其它强信号，避免了其它强信号对中强信号与弱信号的互相关干扰。然后在依据同样的方法从剩余的混合信号中捕获和分离中强信号，剩余的就是弱信号。本发明实施例通过捕获和分离终端接收到信号中的最强信号、中强信号和弱信号，能够有效的从终端接收的信号中区分定位所需的最强信号、中强信号和弱信号，从而减轻了强信号对于弱信号的互相关干扰，极大的提高了终端的定位准确度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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

1.一种用于广播网定位信号的互相关干扰减轻方法，其特征在于，所述方法包括：

将接收到的广播网定位信号与每一个基站对应的本地Gold码作遍历相关运算，捕获信号强度最强信号；

将中强信号和弱信号的混合信号减去所述中强信号，得到弱信号的混合信号；将所述弱信号的混合信号与没有捕获到的基站对应的本地Gold码依次做相关运算，捕获弱信号；

所述采样点的数量根据如下公式计算：

N＝L/(C*T)；其中，N为采样点数量，L为两个基站到达接收终端的距离差，C为光速，T为采样周期；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述最强信号码头附近多个采样点依次记录在寄存器中，还包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取混合信号中的一路或多路强信号，包括：

根据相关结果，捕获混合信号中的一路或多路强信号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复制每一路所述强信号，包括：

根据所述相对相位值和平均强度复制每一路强信号。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法之前还包括：

每组基站采用下行链路空闲周期方式发射定位信号；

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法之后还包括：

根据所述最强信号、中强信号和弱信号在所述寄存器中的相对位置，对终端进行定位。

8.一种用于广播网定位信号的互相关干扰减轻装置，其特征在于，所述装置包括最强信号捕获单元、寄存器单元、强信号捕获单元、中强信号捕获单元和弱信号捕获单元，其中，

所述最强信号捕获单元，用于将接收到的信号与每一个基站对应的本地Gold码作遍历相关运算，捕获信号强度最强信号；

所述寄存器单元，用于跟踪所述最强信号，存储所述最强信号码头附近多个采样点；并据此获取所述最强信号码头附近的混合信号；所述采样点根据如下方式获取：

所述采样点的数量根据如下公式计算：

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括定位单元，用于根据所述最强信号、中强信号和弱信号在所述寄存器中的相对位置得到时间差，对终端进行定位。