CN103166895A - 一种基于ofdm信号的测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于OFDM信号的测距方法，该方法包括以下步骤，基站与移动节点之间，预先设定OFDM信号的带宽B、子载波数N和预留信道数N_g参数的值；基站与移动节点之间，预先设定每个子载波上的所传数据c(n)的值；基站发送一个经OFDM方式调制的信号S(k)；移动节点接收信号，并记为R(k)；计算信号中第n个子载波在空中传播过程中所经历的整数倍周期数，值记为T_c(k)；对接收到的信号R(k)进行快速傅里叶变换（FFT）计算处理，得到第n个子载波上的数据d(n)；计算第n个载波在空中传播过程中所经历的小数倍周期数T_p(n)；计算第n个子载波在空中的传播时间T_b(n)；计算自身到基站的距离D。本发明在进行相关法进行运算时充分利用OFDM信号的特点，从而增强相关法测量距离的精度。

Description

一种基于OFDM信号的测距方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统中测距技术领域，具体涉及一种基于OFDM信号的测距方法。

背景技术

在蜂窝移动通信系统中，定位技术广泛应用于智能交通、智能物流、数字城市等领域中，以实现目标跟踪、资源调度、导航的目的，而在该系统中，定位的精度则取决于移动节点与基站之间距离的测量精度。

目前，在利用无线信号进行距离测量时，通常采用相关法，即基站发送一个已知信号给移动节点，移动节点将接收到的信号与原已知信号进行相关运算，从而获得信号从基站到达移动节点的传播时间，该时间乘以无线信号的传播速度即可获得它们之间的距离。LTE作为从第三代移动通信系统（3G）向第四代移动通信系统（4G）演进的主流标准，其物理层采用了正交频分复用（OFDM）形式的无线信号，尽管在LTE系统中，采用相关法可以获得目标节点到基站之间的距离，但是这种方法并没有利用OFDM信号的特点，所以，采用相关法获得的距离精度存在潜在的提高空间。

因此，基于上述问题，本发明提供一种基于OFDM信号的测距方法。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于OFDM信号的测距方法，利用OFDM信号的特点。提高采用相关法进行距离运算的精度。

技术方案：本发明提供一种基于OFDM信号的测距方法，该方法包括以下步骤：

步骤（1）基站与移动节点之间，预先设定OFDM信号的带宽B、子载波数N和预留信道数N_g参数的值。

步骤（2）基站与移动节点之间，预先设定每个子载波上的所传数据c(n)的值。

步骤（3）基站发送一个经OFDM方式调制的信号S(k)，其形式如式（1）所示， $S\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}c\left(n\right)\exp \left(\frac{2\mathrm{\πnk}}{N}\right),-N_g\≤k\≤N-1---\left(1\right)$

其中，N表示子载波数，N_g表示循环前缀的长度，c(n)表示子载波n上的数据。

步骤（4）移动节点接收信号，并记为R(k)。

步骤（5）移动节点利用公式（2）计算信号中第n个子载波在空中传播过程中所经历的整数倍周期数，值记为T_c(k)，计算公式为，

其中，符号表示不大于x的最大整数。

步骤（6）移动节点利用公式（3）对接收到的信号R(k)进行快速傅里叶变换（FFT）计算处理，得到第n个子载波上的数据d(n)，计算公式为，

$d\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}R\left(k\right)\exp (-\frac{2\mathrm{\πnk}}{N}),0\≤k\≤N-1---\left(3\right).$

步骤（7）移动节点利用公式（10）计算第n个载波在空中传播过程中所经历的小数倍周期数T_p(n)，计算公式为，

其中，符号

表示x的幅角。

步骤（8）移动节点利用公式（5）计算第n个子载波在空中的传播时间T_b(n)，计算公式为，

$T_b\left(n\right)=\frac{(T_p\left(n\right)+T_c\left(n\right))}{2\mathrm{\π}\×B}---\left(5\right)$

其中，B表示OFDM信号的带宽，单位为赫兹（Hz）。

步骤（9）移动节点利用公式（6）计算自身到基站的距离D，计算公式为，

$D=\frac{C}{N-1}\×\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{T}_b\left(n\right)---\left(6\right)$

其中，C表示无线信号的传播速度。

所述步骤（1）预先设定OFDM信号的带宽B、子载波数N和预留信道数N_g参数的值，其中参数的取值范围参照LTE标准。

所述步骤（2）预先设定每个子载波上的所传数据c(n)的值，其中参数的取值为QAM、QPSK或BPSK星座上的值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种基于OFDM信号的测距方法，该方法解决采用传统相关法进行运算时的不足，在进行相关法进行运算时充分利用OFDM信号的特点，从而增强相关法测量距离的精度。

附图说明

图1为本发明实施例的蜂窝移动通信系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所述的一种基于OFDM信号的测距方法做详细说明：

如图1所示的一种基于OFDM信号的测距方法，该方法包括以下步骤：

步骤（1）基站与移动节点1之间，预先设定OFDM信号的带宽B、子载波数N和预留信道数N_g参数的值。

步骤（2）基站与移动节点1之间，预先设定每个子载波上的所传数据c(n)的值，其中参数的取值为QAM、QPSK或BPSK星座上的值。

步骤（3）基站发送一个经OFDM方式调制的信号S(k)，其形式如式（1）所示，

$S\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}c\left(n\right)\exp \left(\frac{2\mathrm{\πnk}}{N}\right),-N_g\≤k\≤N-1---\left(1\right)$

其中，N表示子载波数，N_g表示循环前缀的长度，c(n)表示子载波n上的数据。

步骤（4）移动节点1接收信号，并记为R(k)。

步骤（5）移动节点1利用公式（2）计算信号中第n个子载波在空中传播过程中所经历的整数倍周期数，值记为T_c(k)，计算公式为，

其中，符号

表示不大于x的最大整数。

步骤（6）移动节点1利用公式（3）对接收到的信号R(k)进行快速傅里叶变换（FFT）计算处理，得到第n个子载波上的数据d(n)，计算公式为，

$d\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}R\left(k\right)\exp (-\frac{2\mathrm{\πnk}}{N}),0\≤k\≤N-1---\left(3\right).$

步骤（7）移动节点1利用公式（10）计算第n个载波在空中传播过程中所经历的小数倍周期数T_p(n)，计算公式为，

其中，符号

表示x的幅角。

步骤（8）移动节点1利用公式（5）计算第n个子载波在空中的传播时间T_b(n)，计算公式为，

$T_b\left(n\right)=\frac{(T_p\left(n\right)+T_c\left(n\right))}{2\mathrm{\π}\×B}---\left(5\right)$

其中，B表示OFDM信号的带宽，单位为赫兹（Hz）。

步骤（9）移动节点1利用公式（6）计算自身到基站的距离D，计算公式为，

$D=\frac{C}{N-1}\×\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{T}_b\left(n\right)---\left(6\right)$

其中，C表示无线信号的传播速度。

步骤（1）预先设定OFDM信号的带宽B、子载波数N和预留信道数N_g参数的值，其中参数的取值范围参照LTE标准；

步骤（2）预先设定每个子载波上的所传数据c(n)的值，其中参数的取值为QAM、QPSK或BPSK星座上的值。

移动节点2或移动节点3都可通过上述方法进行测距。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于OFDM信号的测距方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，

步骤（1）基站与移动节点之间，预先设定OFDM信号的带宽B、子载波数N和预留信道数N_g参数的值；

步骤（2）基站与移动节点之间，预先设定每个子载波上的所传数据c(n)的值；

步骤（3）基站发送一个经OFDM方式调制的信号S(k)，其形式如式（1）所示，

$S\left(k\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}c\left(n\right)\exp \left(\frac{2\mathrm{\πnk}}{N}\right),-N_g\≤k\≤N-1---\left(1\right)$

其中，N表示子载波数，N_g表示循环前缀的长度，c(n)表示子载波n上的数据；

步骤（4）移动节点接收信号，并记为R(k)；

步骤（5）移动节点利用公式（2）计算信号中第n个子载波在空中传播过程中所经历的整数倍周期数，值记为T_c(k)，计算公式为，

其中，符号

表示不大于x的最大整数；

步骤（6）移动节点利用公式（3）对接收到的信号R(k)进行快速傅里叶变换（FFT）计算处理，得到第n个子载波上的数据d(n)，计算公式为，

$d\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}R\left(k\right)\exp (-\frac{2\mathrm{\πnk}}{N}),0\≤k\≤N-1---\left(3\right);$

步骤（7）移动节点利用公式（4）计算第n个载波在空中传播过程中所经历的小数倍周期数T_p(n)，计算公式为，

其中，符号

表示x的幅角；

步骤（8）移动节点利用公式（5）计算第n个子载波在空中的传播时间T_b(n)，计算公式为，

$T_b\left(n\right)=\frac{(T_p\left(n\right)+T_c\left(n\right))}{2\mathrm{\π}\×B}---\left(5\right)$

其中，B表示OFDM信号的带宽，单位为赫兹（Hz）；

步骤（9）移动节点利用公式（6）计算自身到基站的距离D，计算公式为，

$D=\frac{C}{N-1}\×\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{T}_b\left(n\right)---\left(6\right)$

其中，C表示无线信号的传播速度。

2.根据权利要求书1所述的一种基于OFDM信号的测距方法，其特征在于：

所述步骤（1）预先设定OFDM信号的带宽B、子载波数N和预留信道数N_g参数的值，其中参数的取值范围参照LTE标准；

所述步骤（2）预先设定每个子载波上的所传数据c(n)的值，其中参数的取值为QAM、QPSK或BPSK星座上的值。