CN106658713A - 基于多参数估计的单基站移动用户定位方法 - Google Patents

基于多参数估计的单基站移动用户定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106658713A
CN106658713A CN201710036764.XA CN201710036764A CN106658713A CN 106658713 A CN106658713 A CN 106658713A CN 201710036764 A CN201710036764 A CN 201710036764A CN 106658713 A CN106658713 A CN 106658713A
Authority
CN
China
Prior art keywords
csi
base station
distance
toa
single base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710036764.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106658713B (zh
Inventor
桂林卿
丛海波
杨梦霞
施云
鲍菲菲
束锋
李骏
陆锦辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201710036764.XA priority Critical patent/CN106658713B/zh
Publication of CN106658713A publication Critical patent/CN106658713A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106658713B publication Critical patent/CN106658713B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • H04W64/006—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management with additional information processing, e.g. for direction or speed determination

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明采用一种基于多参数估计的单基站移动用户定位方法。该方法首先使用到达时间（TOA）区分出直径到达信号，然后采用到达角（AOA）估计技术测算出直径信号的到达角，从而获知移动用户相对于基站的方位。接着，分别使用TOA和信道状态信息（CSI）测算出单基站与移动用户之间的距离，并对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理得到加权距离。最后，结合测算出的到达角和加权距离，估算得到移动用户的位置。本发明提出的定位方法只需要一个基站，通过结合TOA、AOA以及CSI这三种测量参数，减少了基站的个数以及多径效应的影响，在降低成本的同时提高了定位精度。

Description

基于多参数估计的单基站移动用户定位方法
技术领域
本发明涉及移动通信、无线定位技术领域。
背景技术
随着无线通信技术的迅速发展，人们对移动用户定位的需求日益增长。许多移动用户定位方法都是基于到达角(AOA)，到达时间(TOA)，到达时间差(TDOA)以及混合TDOA/AOA测量参数，但是这些测量参数在非视距(NLOS)或者多径环境中的运行效果并不好，并且都至少要从三个基站获得所需的测量值，既提高了成本又不能保证良好的定位精度。因此基于单基站的移动用户定位方法应运而生。
Li等人使用迭代泰勒级数展开法进行移动用户定位，但是该方法需要对移动用户的位置进行初始估计，而该估计容易受到收敛问题的影响。Seow等人提出一种综合的NLOS定位方案和最小二乘估计器对移动用户进行定位，但该方法比较复杂，而且当有一条移动用户的定位线垂直于x轴时，该方法无法实现。Miao等人提出了一种基于最小二乘解的移动用户位置估计方法，但是该方法在所得到的TOA,AOA和AOD的测量误差比较大时，运行效果不佳。
发明内容
为了解决多基站数目受限而无法精确定位的问题，本发明提出一种基于多参数估计的单基站移动用户定位方法。首先，使用到达时间(TOA)区分直径到达信号，然后采用到达角(AOA)估计技术测算出直径信号的到达角，即根据天线阵列中各阵元接收的数据估计协方差矩阵，对协方差矩阵进行特征值分解，获得特征值和特征向量，找出协方差矩阵最小特征值的数目与其相对应的特征向量，寻找与协方差矩阵的特征向量正交的阵列方向向量，获知移动用户相对于基站的方位。接着，分别使用TOA和信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离。在使用CSI测距中，对频域CSI进行平方加权平均处理，获得有效的CSI，即CSIeff，然后建立基站与移动用户之间的距离d和CSIeff之间的多项式数学模型，并在线下利用已知用户与基站之间的距离和测得的CSIeff建立方程组，求解该数学模型中的参数。然后利用该数学模型，根据实时CSIeff，估算出基站与移动用户之间的距离d，并对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理，使用TOA时间同步误差期望和CSI信道估计误差期望分别作为通过TOA测出的距离和CSI测出的距离的加权因子，由于移动用户与基站之间很难实现同步，因此通过CSI测得的距离的加权因子较大，从而获得加权距离。最后，结合测算出的到达角和加权距离，估算得到移动用户的位置。
附图说明
图1基于多参数估计的单基站移动用户定位原理图。
图2基于到达角(AOA)估计直径到达信号到达角的原理图。
图3基于信道状态信息(CSI)测算单基站与移动用户之间距离的原理图。
具体实施方式
本发明所述的基于多参数估计的单基站移动用户定位方法，包含以下几个步骤：
1.使用到达时间(TOA)区分直径到达信号，所需时间短的信号即为直径到达信号。
2.使用到达角(AOA)估计直径到达信号的到达角，获得移动用户相对于基站的方位。根据天线阵列中各阵元接收的数据估计协方差矩阵，对协方差矩阵进行特征值分解，获得特征值和特征向量，寻找与协方差矩阵的特征向量正交的阵列方向向量，从而确定了移动用户相对于基站的方位。
3.使用TOA，根据公式d＝c×t(c为光速)测算出单基站与移动用户之间的距离。
4.使用信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离。首先，对实验采集得到的CSI在频域进行平方加权平均处理，从而获得有效的CSI，即CSIeff，这样就能够利用频率分集来补偿小范围内的衰落影响。其中CSIeff的计算如下所示：
公式中的f0是中心频率，fk是第k个子载波的频率，|Hk|是第k个子载波CSI的幅度值。
然后建立基站与移动用户之间的距离d和CSIeff之间的数学模型，并用多项式函数进行简化，有d＝f(CSIeff)。由于大部分信号能量只集中在公式的前几项，所以我们只需保留公式的前4项即可，则有：
d＝a0+a1CSIeff+a2(CSIeff)2+a3(CSIeff)3 (2)
对于未知系数a0,a1,a2,a3，在线下利用已知用户与基站之间的距离和测得的CSIeff建立方程组进行求解。最后，利用该数学模型，根据实时CSIeff，估算出基站与移动用户之间的距离d。
5.对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理得到加权距离。使用TOA时间同步误差期望和CSI信道估计误差期望分别作为通过TOA测出的距离和CSI测出的距离的加权因子。由于移动用户与基站之间很难实现同步，因此通过CSI测得的距离的加权因子较大。
6.结合测算出的到达角和加权距离，估算得到移动用户的位置。

Claims (4)

1.基于多参数估计的单基站移动用户定位方法，其特征在于包含以下步骤：
S1：使用到达时间(TOA)区分直径到达信号；
S2：使用到达角(AOA)估计直径到达信号的到达角，获得移动用户相对于基站的方位；
S3：分别使用TOA和信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离；
S4：对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理得到加权距离；
S5：结合测算出的到达角和加权距离，估算得到移动用户的位置。
2.如权利要求1所述的基于多参数估计的单基站移动用户定位方法，所述步骤S2进一步包括：根据天线阵列中各阵元接受的数据估计协方差矩阵，然后进行特征值分解，在阈值中确定最小特征值，从而来估计入射信号的个数，计算出MUSIC空间谱，即得出到达角。
3.如权利要求1所述的基于多参数估计的单基站移动用户定位方法，所述步骤S3进一步包括：首先，对采集到的CSI在频域进行平方加权平均处理，获得有效的CSI(CSIeff)；然后建立基站与移动用户之间的距离d和CSIeff之间的多项式数学模型，并在线下利用已知用户与基站之间的距离和测得的CSIeff建立方程组，求解该数学模型中的参数；最后，利用该数学模型，根据实时CSIeff，估算出基站与移动用户之间的距离d。
4.如权利要求1所述的基于多参数估计的单基站移动用户定位方法，所述步骤S4进一步包括：使用TOA时间同步误差期望和CSI信道估计误差期望分别作为通过TOA测出的距离和CSI测出的距离的加权因子。由于移动用户与基站之间很难实现同步，因此通过CSI测得的距离的加权因子较大。
CN201710036764.XA 2017-01-18 2017-01-18 基于多参数估计的单基站移动用户定位方法 Expired - Fee Related CN106658713B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710036764.XA CN106658713B (zh) 2017-01-18 2017-01-18 基于多参数估计的单基站移动用户定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710036764.XA CN106658713B (zh) 2017-01-18 2017-01-18 基于多参数估计的单基站移动用户定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106658713A true CN106658713A (zh) 2017-05-10
CN106658713B CN106658713B (zh) 2020-03-24

Family

ID=58841637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710036764.XA Expired - Fee Related CN106658713B (zh) 2017-01-18 2017-01-18 基于多参数估计的单基站移动用户定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106658713B (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107426692A (zh) * 2017-05-31 2017-12-01 杨涌 一种基于多射频多天线的定位方法及系统
TWI634342B (zh) * 2017-08-30 2018-09-01 啟碁科技股份有限公司 角度估測方法及雷達系統
CN108513355A (zh) * 2018-04-24 2018-09-07 清华大学 基于单基站的网络定位方法、装置及设备
CN109490875A (zh) * 2017-09-12 2019-03-19 启碁科技股份有限公司 角度估测方法及雷达系统
CN110012536A (zh) * 2018-01-05 2019-07-12 华为技术有限公司 用于终端设备的定位方法、装置及系统
CN110133588A (zh) * 2019-05-14 2019-08-16 普联技术有限公司 一种天线定位方法、装置及设备
CN110290491A (zh) * 2019-05-17 2019-09-27 重庆邮电大学 一种基于多径辅助的室内目标定位方法
CN110891308A (zh) * 2018-09-07 2020-03-17 财团法人工业技术研究院 无线定位校准系统及其方法
CN111405457A (zh) * 2018-12-29 2020-07-10 华为技术有限公司 位置感知方法和装置以及定位方法和装置
CN111405657A (zh) * 2020-04-02 2020-07-10 哈尔滨工程大学 一种基于csi的到达角与到达时间差单接入点定位方法
CN111431573A (zh) * 2020-04-02 2020-07-17 哈尔滨工程大学 一种csi单接入点定位的天线资源配置与阵列设计方法
US10732254B2 (en) 2017-11-13 2020-08-04 Industrial Technology Research Institute Channel-based positioning device, channel-based positioning system and channel-based positioning method
CN111683344A (zh) * 2020-06-02 2020-09-18 南京敏智达科技有限公司 一种基于Wi-Fi的无线室内定位方法
CN112512011A (zh) * 2020-11-17 2021-03-16 智邮开源通信研究院(北京)有限公司 5g网联自动驾驶中车辆终端的定位方法、装置、系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101489180A (zh) * 2008-01-15 2009-07-22 大唐移动通信设备有限公司 定位移动终端的方法和装置
CN101742609A (zh) * 2008-11-26 2010-06-16 三星电子株式会社 单小区环境下基于aoa和终端移动轨迹的定位方法
CN103096464A (zh) * 2013-01-09 2013-05-08 上海大唐移动通信设备有限公司 单基站用户终端定位方法及系统
CN104038901A (zh) * 2014-05-30 2014-09-10 中南大学 一种减少指纹数据采集工作量的室内定位方法
CN105611627A (zh) * 2016-01-08 2016-05-25 重庆邮电大学 基于双天线的wlan接入点aoa的估计方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101489180A (zh) * 2008-01-15 2009-07-22 大唐移动通信设备有限公司 定位移动终端的方法和装置
CN101742609A (zh) * 2008-11-26 2010-06-16 三星电子株式会社 单小区环境下基于aoa和终端移动轨迹的定位方法
CN103096464A (zh) * 2013-01-09 2013-05-08 上海大唐移动通信设备有限公司 单基站用户终端定位方法及系统
CN104038901A (zh) * 2014-05-30 2014-09-10 中南大学 一种减少指纹数据采集工作量的室内定位方法
CN105611627A (zh) * 2016-01-08 2016-05-25 重庆邮电大学 基于双天线的wlan接入点aoa的估计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
田增山等: "基于分形理论的移动单基站定位参数估计算法", 《通信学报》 *

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107426692A (zh) * 2017-05-31 2017-12-01 杨涌 一种基于多射频多天线的定位方法及系统
TWI634342B (zh) * 2017-08-30 2018-09-01 啟碁科技股份有限公司 角度估測方法及雷達系統
CN109490875B (zh) * 2017-09-12 2022-10-14 启碁科技股份有限公司 角度估测方法及雷达系统
CN109490875A (zh) * 2017-09-12 2019-03-19 启碁科技股份有限公司 角度估测方法及雷达系统
US10732254B2 (en) 2017-11-13 2020-08-04 Industrial Technology Research Institute Channel-based positioning device, channel-based positioning system and channel-based positioning method
CN110012536A (zh) * 2018-01-05 2019-07-12 华为技术有限公司 用于终端设备的定位方法、装置及系统
US11009582B2 (en) 2018-01-05 2021-05-18 Huawei Technologies Co., Ltd. Method, apparatus, and system for positioning terminal device
CN108513355A (zh) * 2018-04-24 2018-09-07 清华大学 基于单基站的网络定位方法、装置及设备
CN108513355B (zh) * 2018-04-24 2020-05-05 清华大学 基于单基站的网络定位方法、装置及设备
CN110891308B (zh) * 2018-09-07 2021-06-08 财团法人工业技术研究院 无线定位校准系统及其方法
CN110891308A (zh) * 2018-09-07 2020-03-17 财团法人工业技术研究院 无线定位校准系统及其方法
CN111405457A (zh) * 2018-12-29 2020-07-10 华为技术有限公司 位置感知方法和装置以及定位方法和装置
CN111405457B (zh) * 2018-12-29 2021-10-19 华为技术有限公司 位置感知方法和装置以及定位方法和装置
CN110133588A (zh) * 2019-05-14 2019-08-16 普联技术有限公司 一种天线定位方法、装置及设备
CN110290491A (zh) * 2019-05-17 2019-09-27 重庆邮电大学 一种基于多径辅助的室内目标定位方法
CN111405657A (zh) * 2020-04-02 2020-07-10 哈尔滨工程大学 一种基于csi的到达角与到达时间差单接入点定位方法
CN111405657B (zh) * 2020-04-02 2021-01-05 哈尔滨工程大学 一种基于csi的到达角与到达时间差单接入点定位方法
CN111431573A (zh) * 2020-04-02 2020-07-17 哈尔滨工程大学 一种csi单接入点定位的天线资源配置与阵列设计方法
CN111683344A (zh) * 2020-06-02 2020-09-18 南京敏智达科技有限公司 一种基于Wi-Fi的无线室内定位方法
CN112512011A (zh) * 2020-11-17 2021-03-16 智邮开源通信研究院(北京)有限公司 5g网联自动驾驶中车辆终端的定位方法、装置、系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN106658713B (zh) 2020-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106658713A (zh) 基于多参数估计的单基站移动用户定位方法
CN106332277B (zh) 一种基于信道状态信息分布的室内定位方法
CN103501538B (zh) 基于多径能量指纹的室内定位方法
US8909258B2 (en) Context and map aiding for self-learning
CN107015198B (zh) 一种基于天线非规则布设的室内定位方法
US20090189813A1 (en) Method and device for determining the speed of a moving entity
CN106793087B (zh) 一种基于aoa和pdoa的阵列天线室内定位方法
US20110140966A1 (en) Method of multi-transmitter and multi-path aoa-tdoa location comprising a sub-method for synchronizing and equalizing the receiving stations
CN106411436B (zh) 使用匹配追踪确定到达时间的通信系统
CN105850055A (zh) 具有多天线系统基于定位的波束成形方法
CN103596267A (zh) 一种基于欧氏距离的指纹图匹配方法
CN112040400B (zh) 一种基于mimo-csi的单站点室内指纹定位方法、存储介质及设备
CN109738861A (zh) 一种基于Wi-Fi信道状态信息的三维联合估计方法
CN105510948A (zh) 联合无线电信号复包络和载波相位信息的多目标直接定位方法
Qian et al. Enabling phased array signal processing for mobile WiFi devices
CN113163486B (zh) 一种基于5g tdoa的相对定位方法及系统
US20180242107A1 (en) Localization using access point
CN105611629A (zh) 基于能量检测的60GHz毫米波非视距识别与无线指纹定位方法
CN109407084A (zh) 基于Chan改进算法和数据融合的雷达目标定位方法
CN101488798B (zh) 定时测量方法、系统及装置
CN108882171A (zh) 一种基于csi的人员轨迹跟踪方法
Chen et al. CSI-based probabilistic indoor position determination: An entropy solution
CN108226912A (zh) 一种定位方法及定位系统
WO2018119949A1 (zh) 信道状态信息相位的校正方法及装置
Escudero et al. An indoor positioning method using ieee 802.11 channel state information

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200324

Termination date: 20210118

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee