CN105848288A - 一种基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法 - Google Patents

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丁跃华
冯穗力
吴玲
陈卫安
张远见
李馨
胡应添
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South China University of Technology SCUT
Comba Telecom Technology Guangzhou Ltd
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South China University of Technology SCUT
Comba Telecom Technology Guangzhou Ltd
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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Abstract

本发明公开了一种基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法，其特征在于：所述的移动通信系统为包括基站和连接到基站的三个或三个以上的天线单元构成的分布式天线系统，该系统的定位过程包括如下步骤：a.基站向不同的天线单元发送不同的定位序列信号，终端接收到来自不同的天线单元的信号后，根据不同的定位序列计算出不同天线信号的到达时间差；b.根据到达时间差，利用双曲线法则，可计算出终端与天线单元间的相对位置，从而实现对基地信号所覆盖的小区内终端的定位。具有不需要考虑基站之间的精确同步问题，可实现对用户的准确定位等优点。

Description

一种基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信中用户终端定位技术，特别涉及一种基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法。
背景技术
基于移动通信基站的终端定位方法最简单的是根据终端接入的服务基站进行定位，这种定位方法的定位精度是在基站的服务小区范围内，一般一个基站的信号覆盖区域方圆几百米甚至若干公里，因此定位精度很低。在第四代移动通信系统中引入了基于到达时间差的定位方法，其基本原理是在相邻的各个基站精确同步的基础上，每个基站在同一序号的信号帧的相同位置，加入不同的序列。终端通过对这些来自不同基站的定位信号进行检测，可以得到这些信号到达终端的时间差，然后利用双曲线法则，可以计算出终端与基站间的相对位置，从而实现对终端的定位。这种基于时差的定位方法有较高的定位精度。其应用的条件是各个基站间要严格同步，在室内基站无法接收到卫星定位系统，如北斗或GPS(Global Positioning System)的授时信号的室内基站，这种方法的应用受到很大的限制。
基于分布式天线的移动通信系统是未来移动通信系统的一种重要的形式，有关研究表明，其具有更大潜在系统容量。如何充分利用分布式天线系统的结构，用更简便的方式，获得更好的定位效果，是本专利拟解决的问题。
目前，利用多基站下行信号到移动台UE的传播时间，对移动台位置进行估计，是蜂窝通信系统中常用的无线定位技术。获得时间估计的方法主要有两种。一种是引入收发双方已知的特殊信号，通过寻找相关峰值获得传播时延；一种是采取某种传播损耗模型，将接收信号的功率映射到传播距离和传播时延上。第一种方法原理如图1所示。基站B1，B2….Bn按约定同时向被定位用户发送该用户已知的参考信号(PRS:Positioning Reference Signal)PRS1,PRS2,…PRSn.被定位用户接收到叠加的参考信号后，分别用PRS1,PRS2,…PRSn对接收的叠加参考信号进行相关运算，可以得到图1中的相关函数Correlation B1,Correlation B2,…Correlation Bn。根据各相关函数峰值点T1,T2,…Tn可以求出时差。从而利用TDOA(Time Difference OfArrival)双曲线法则对用户定位。该方法中不同基站之间需要在时间上进行高精度的同步，否则其传播时间参数的估计精度会相对较差，从而进一步影响定位效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法，该方法是一种利用分布式天线系统特点实现的无线通信终端的定位方法，以消除因基站同步给多基站定位带来的误差。本发明包含两种方案，原理分别如下：
方案a：基站中央控制器控制射频单元R1,R2,…Rn同时向被用户分别发射参考信号PRS1,PRS2,…PRSn，发射机制和图1类似。被定位用户接收到叠加的参考信号后，分别用PRS1,PRS2,…PRSn对接收的叠加参考信号进行相关运算，可以得到类似图1中的相关函数Correlation B1,Correlation B2,…Correlation Bn.根据各相关函数峰值点T1,T2,…Tn可以求出时差。从而利用TDOA双曲线法则对用户定位。由于采用分布式天线系统，各个射频单元发射信号的同步误差可以通过事先精确测量而得到补偿。
方案b：射频单元R1,R2,…Rn在传输信息帧k1,k2,…kn向用户发送不同或者相同的参考信号PRS。发射机制如图2所示。p1,p2,…pn为帧k1,k2,…kn中参考信号PRS的时间起点。用户用已知的PRS对接收到的参考信号做相关运算。可以在不同帧的某一时刻得到相关函数Correlation R1,Correlation R2,…Correlation Rn。利用相关函数的峰值对应的时间点t1,t2,…tn，结合对应帧的时间起点p1,p2,…pn,可以得到时差信息，利用TDOA双曲线法则进行定位。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法，所述的移动通信系统为包括基站和连接到基站的三个或三个以上的天线单元构成的分布式天线系统，该系统的定位过程包括如下步骤：
a.基站向不同的天线单元发送不同的定位序列信号，终端接收到来自不同的天线单元的信号后，根据不同的定位序列计算出不同天线信号的到达时间差；
b.根据到达时间差，利用双曲线法则，可计算出终端与天线单元间的相对位置，从而实现对基地信号所覆盖的小区内终端的定位。
步骤a包括以下步骤：
A1.基站在向各个天线单元发送定位序列时，定位序列可以是在同一帧信号内的相同时刻，在终端上可直接得到不同天线单元发射信号在终端的到达时间差，然后利用双曲线法则计算出终端与天线单元间的相对位置；
B1.不同天线单元上发射的定位序列也可以依次分别设置在不同信号帧内的相同位置，终端通过依次减去相应的帧信号周期数后获得相对的时间差，然后再利用双曲线法则计算出终端与天线单元间的相对位置。
步骤b包括以下步骤：
A3.基站到不同天线单元间的连线可以是等长的；此时在基站到天线单元间引入的传播时延相同，不会影响终端上得到的不同天线发射信号的到达时间差；
B3.基站到不同天线单元间的连线也可以是不等长的；此时因为基站发出的定位信号在基站到天线单元间的传播时延是固定不变的，且这些值可以通过预先测量获得；因此，信号在这期间传播引入的时差对定位的影响可以通过已知的偏差值进行补偿。
基站向不同的天线单元发送的序列可以是完全正交的序列，也可以是数字通信系统中常用的具有白噪声特性的伪随机序列。
本发明的目的也可以通过以下技术方案实现：一种基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法，包括以下步骤：
被定位终端需预先和定位基站进行信令约定定位的发起；
被定位终端和定位基站需预先知道PRS信号；
定位基站需要具有分布式多射频单元，且具备集中处理能力；
定位基站预先知道各射频单元的详细坐标位置；
定位基站需存储各PRS信号发射的时间和地点。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明利用了分布式天线系统所有天线的发射信号均来自一个基站的特点，不存在需要基站间同步的问题。
2、本发明采用分布式天线的基站向不同的天线单元同时或者分时地发送定位序列信号，终端通过接收不同的天线单元定位序列信号计算出时差，利用双曲线法则实现对终端的定位。本方法不需要考虑基站之间的精确同步问题，可实现对用户的准确定位。
附图说明
图1为传统的定位原理示意图。
图2为本发明原理示(方案b)意图。
图3为本发明的分布式天线系统示意图。
图4为本发明定位方案a的流程示意图。
图5为本发明定位方案b的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法，如图3所示，所述的移动通信系统为包括基站和连接到基站的三个或三个以上的天线单元构成的分布式天线系统，如图4(方案a)和图5(方案b)所示，所述定位方法包括以下步骤：
方案a:
步骤S101:定位服务器与被定位用户进行定位准备信令交互；
步骤S102:定位服务器控制射频单元同时向用户分别发送不同的定位参考信号PRS；
步骤S103:UE接收到不同PRS叠加的信号后进行计算，并上报给定位服务器；
步骤S104:在定位服务器收到用户返回信息后，利用利用双曲线法则对UE定位。
方案b:
步骤S101:定位服务器与被定位用户进行定位准备信令交互；
步骤S102:定位服务器控制射频单元1在帧k1(时间起点为p1)向用户UE发送定位参考信号PRS,其他射频单元不发送PRS信号；
步骤S103:UE接收到PRS信号后，对PRS信号到达的时间信息进行计算，并上报给定位服务器；
步骤S104:对于射频单元2,3…n，分别重复步骤S101,S102,S103.假设定位服务器控制射频单元2,3…n分别在帧k2,k3,…kn(时间起点分别为p2,p2,…,pn)向UE发送PRS信号；
步骤S105:在定位服务器收到n次测量结果后，利用根据UE上报的时间信息和PRS所在帧的时间点信息p1,p2,p3…pn，进行定位计算，对UE定位。
至此，本申请的方法流程结束。由上述本申请的具体实现可见，本发明无需基站之间的同步。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法，其特征在于：所述的移动通信系统为包括基站和连接到基站的三个或三个以上的天线单元构成的分布式天线系统，该系统的定位过程包括如下步骤：
a.基站向不同的天线单元发送不同的定位序列信号，终端接收到来自不同的天线单元的信号后，根据不同的定位序列计算出不同天线信号的到达时间差；
b.根据到达时间差，利用双曲线法则，可计算出终端与天线单元间的相对位置，从而实现对基地信号所覆盖的小区内终端的定位。
2.根据权利要求1中所述的基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法，其特征在于，步骤a包括以下步骤：
A1.基站在向各个天线单元发送定位序列时，定位序列可以是在同一帧信号内的相同时刻，在终端上可直接得到不同天线单元发射信号在终端的到达时间差，然后利用双曲线法则计算出终端与天线单元间的相对位置；
B1.不同天线单元上发射的定位序列也可以依次分别设置在不同信号帧内的相同位置，终端通过依次减去相应的帧信号周期数后获得相对的时间差，然后再利用双曲线法则计算出终端与天线单元间的相对位置。
3.根据权利要求1中所述的基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法，其特征在于，步骤b包括以下步骤：
A3.基站到不同天线单元间的连线可以是等长的；此时在基站到天线单元间引入的传播时延相同，不会影响终端上得到的不同天线发射信号的到达时间差；
B3.基站到不同天线单元间的连线也可以是不等长的；此时因为基站发出的定位信号在基站到天线单元间的传播时延是固定不变的，且这些值可以通过预先测量获得；因此，信号在这期间传播引入的时差对定位的影响可以通过已知的偏差值进行补偿。
4.根据权利要求1中所述的基于分布式天线单元的移动通信系统无线定位方法，其特征在于：基站向不同的天线单元发送的序列可以是完全正交的序列，也可以是数字通信系统中常用的具有白噪声特性的伪随机序列。
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