CN103200677A - 一种基于lte定位参考信号特征的精确时延计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LTE定位参考信号特征的精确时延计算方法，首先建立源节点分别到两个锚节点的时间差与相位差之间一一对应的关系表，然后计算源节点到各锚节点对间的接收信号的积分值，最后将计算得到的各锚节点对间的接收信号的积分值作为相位差，在时间差与相位差之间一一对应的关系表中，查询得到时间差。本发明方案利用LTE系统中定位参考信号的特征，建立了源节点到目的节点时间差与相位差之间一一对应的关系。在构建了时间差与相位差对应的关系表的基础上，通过对接收信号在时域内的乘积和积分运算，根据运算结果查表即可得到精确的时延。

Description

一种基于LTE定位参考信号特征的精确时延计算方法

技术领域

本发明涉及一种基于LTE定位参考信号特征的精确时延计算方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着移动互联网用户数急剧上升，对于无线定位服务的需求不断增加。近几年，LTE（Long Term Evolution，长期演进）系统逐渐投入商用，越来越多的用户开始使用LTE网络提供的定位服务。LTE系统下行链路采用OFDM（Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing），正交频分复用)技术，最大带宽可达到20MHz，在提高定位精度方面有巨大的优势。

精确的时延估计技术是测距和定位的基础，在LTE物理层标准中，3GPP针对下行链路最初只规定了三种参考信号：MBSFN参考信号（Multicast Broadcast SingleFrequency Network Reference Signals）、小区参考信号（CRS，Cell-specific ReferenceSignals）和UE参考信号（UE-specific Reference Signals）。在深入研究之后，人们发现使用这些信号进行定位存在远近效应，影响了定位精度，因此3GPP在LTE R9规范中设计了专门用于定位的参考信号PRS。定位参考信号是已知的。定位系统从接收信号中解出定位参考信号之后，可以经过一系列处理来估计信号的时延。

传统的信号传播时延差估计算法基于相关的时延估计，算法原理简单，运算量小易于实现，缺点在于估计精度受限于采样率，不能估计小于一个采样间隔的时延。

发明内容

技术问题：本发明提供一种能够快速的计算信号传播时延差，精确到一个采样间隔内，为定位参考信号在LTE系统中的应用提供有效手段的基于LTE定位参考信号特征的精确时延计算方法。

技术方案：本发明的基于LTE定位参考信号特征的精确时延计算方法，包括以下步骤：

1）建立源节点分别到两个锚节点的时间差与相位差之间一一对应的关系表，具体方法为：

根据下式计算相位差：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{tu}}=T_s\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πkf}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{tu}}}$

N表示子载波个数，f表示子载波基频频率，T_s=1/f，τ_tu表示源节点s到锚节点t和u的时间差，则时间差τ_tu唯一对应了相位差Φ_tu。

按照LTE系统使用的当前参数配置，可以确定T_s、N和f，根据相位差计算式

设定τ_tu即可得到相位差Φ_tu，进而建立他们之间一一对应的关系表。不难看出，上式是一个统计值，具有较好的平均性，可以反映总体的时间差。

2）计算源节点到各锚节点对间的接收信号的积分值，具体方法为：

设源节点s发送的OFDM信号

到M个锚节点的传输时间分别为τ_i(i=1,2,...,M)，则M个锚节点的接收信号分别为：

$y_1\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_1\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_1)}$

$y_2\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_2\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_2)}$

············

$y_M\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_M\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_M)}$

分别计算源节点到各锚节点对间的接收信号的积分值：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ij}}=\underset{t}{\overset{t+T_s}{\∫}}{y}_i\left(t\right){\left[y_j\left(t\right)\right]}^{*}\mathrm{dt}$

i，j分别表示任意两个锚节点，i,j=1,2,...,M,i≠j。

3）将步骤2）计算得到的各锚节点对间的接收信号的积分值作为相位差，在步骤

1）中建立的时间差与相位差之间一一对应的关系表中，查询得到时间差。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明方案利用LTE系统中定位参考信号的特征，建立了源节点到目的节点时间差与相位差之间一一对应的关系。在构建了时间差与相位差对应的关系表的基础上，通过对接收信号在时域内的乘积和积分运算，根据运算结果查表即可得到精确的时延。

目前常用的时域时延估计算法主要利用信号的相关性估计时延。基本的互相关法计算两个信号的互相关函数，通过搜索互相关函数的峰值来判断时延。基于相关的时延估计算法原理简单，运算量相对较小，因此容易实现，运用广泛。其缺点在于估计精度受限于采样率，不能估计小于一个采样间隔的时延。相对于现有的相关算法本计算方法可以精确计算一个采样间隔内的时延，并且如果时间差与相位差的关系表的精度足够高，那么时延估计的精度理论上就可以精确到真实值。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2是本发明实施例的时间差与相位差构建的对应关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1为本发明实施例的流程图，在一种实施例中，假设系统中有一个目标节点和三个锚节点，分别计算目标节点到三个锚节点的时间差，基于LTE定位参考信号特征的精确时延计算方法的步骤包括：

1）按照LTE系统使用的当前配置，建立源节点分别到两个锚节点的时间差与相位差之间一一对应的关系表；

设源节点s发送的OFDM信号，X(k)为待发送的数字序列，N表示子载波个数，f表示子载波基频频率。

设源节点s到两个锚节点t和u的传输时间分别为τ_t和τ_u，则两个锚节点的接收信号分别为：

$y_t\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_t\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_t)}$

$y_u\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_u\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_u)}$

根据测得的锚节点的接收信号，在一个符号的时间宽度T_s内，T_s=1/f，计算所述接收信号的积分值，并把此积分值作为源节点s到锚节点t和u的相位差Φ_tu，即

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{tu}}=\underset{t}{\overset{t+T_s}{\∫}}{y}_t\left(t\right){\left[y_u\left(t\right)\right]}^{*}\mathrm{dt}$

$=\underset{t}{\overset{t+T_s}{\∫}}\left\{\right[\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_t)}\left]\right[\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}^{*}\left(k\right)e^{-j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_u)}\left]\right\}\mathrm{dt}$

$=T_s\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|X\left(k\right)\right|}^2{e}^{j2\mathrm{\πkf}({\mathrm{\τ}}_t-{\mathrm{\τ}}_u)}$

因为LTE系统中的定位参考信号采用了QPSK调制，所以|X(k)|²=1，此时

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{tu}}=T_s\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πkf}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{tu}}}$

本实施例中LTE的系统参数选取N=1024，f=15KHz，T_s=1/f，根据公式相位差计算式

，建立源节点到目的节点时间差与相位差之间一一对应的关系表。

图2是本发明实施例的时间差与相位差构建的对应关系图，图中横坐标表示时延，单位为纳秒(ns)，范围从从0ns到100ns，纵坐标是相位差的模值。在时延从0ns到66ns的范围内，相位差与时间差保持一一对应的关系，从66ns到100ns不再保持单调对应关系，无法用于查表的判断。因此，只要系统的传输时延在0ns到66ns的范围内，均可用此关系表通过相位差计算时间差。

2）计算源节点到各锚节点对间的接收信号的积分值；

在本实施例中假设目标节点到三个锚节点的传输时间分别为τ₁、τ₂和τ₃，则三个锚节点的接收信号分别为：

$y_1\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_1\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_1)}$

$y_2\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_2\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_2)}$

$y_3\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_3\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_3)}$

在一个符号的时间宽度内，计算上述接收信号对间的积分值，即

${\mathrm{\Φ}}_{12}=\underset{t}{\overset{t+T_s}{\∫}}{y}_1\left(t\right){\left[y_2\left(t\right)\right]}^{*}\mathrm{dt}$

${\mathrm{\Φ}}_{13}=\underset{t}{\overset{t+T_s}{\∫}}{y}_1\left(t\right){\left[y_3\left(t\right)\right]}^{*}\mathrm{dt}$

${\mathrm{\Φ}}_{23}=\underset{t}{\overset{t+T_s}{\∫}}{y}_2\left(t\right){\left[y_3\left(t\right)\right]}^{*}\mathrm{dt}$

3）将步骤2）计算得到的各锚节点对间的接收信号的积分值作为相位差，在步骤1）中建立的时间差与相位差之间一一对应的关系表中，查询得到时间差。

Claims (1)

1.一种基于LTE定位参考信号特征的精确时延计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）建立源节点分别到两个锚节点的时间差与相位差之间一一对应的关系表，具体方法为：

根据下式计算相位差：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{tu}}=T_s\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{j2\mathrm{\πkf}{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{tu}}}$

N表示子载波个数，f表示子载波基频频率，T_s=1/f，τ_tu表示源节点s到锚节点t和u的时间差，则时间差τ_tu唯一对应了相位差Φ_tu；

按照LTE系统使用的当前参数配置，可以确定T_s、N和f，设定τ_tu即可得到相位差Φ_tu，进而建立他们之间一一对应的关系表；

2）计算源节点到各锚节点对间的接收信号的积分值，具体方法为：

设源节点s发送的OFDM信号

到M个锚节点的传输时间分别为τ_i(i=1,2,...,M)，则M个锚节点的接收信号分别为：

$y_1\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_1\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_1)}$

$y_2\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_2\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_2)}$

············

$y_M\left(t\right)=x\left(\text{t-}{\mathrm{\τ}}_M\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkf}(t-{\mathrm{\τ}}_M)}$

分别计算源节点到各锚节点对间的接收信号的积分值：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ij}}=\underset{t}{\overset{t+T_s}{\∫}}{y}_i\left(t\right){\left[y_j\left(t\right)\right]}^{*}\mathrm{dt}$

i，j分别表示任意两个锚节点，i,j=1,2,...,M,i≠j。

3）将所述步骤2）计算得到的各锚节点对间的接收信号的积分值作为相位差，在所述步骤1）中建立的时间差与相位差之间一一对应的关系表中，查询得到时间差。

Images