CN109495838A - 基于pusch和srs联合功率测量的定位方法 - Google Patents

基于pusch和srs联合功率测量的定位方法 Download PDF

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罗燕
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Abstract

本发明提供一种基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，包括建立伪基站，待定位目标UE接入伪基站；伪基站为目标UE调度SRS，并对目标UE的PUSCH和SRS信道分配固定的调度配置；单兵设备频率同步和时间粗同步；单兵设备通过SRS降采样后的多区域信号PDP加窗检测和时偏估计获取精同步；单兵设备进行PUSCH和SRS的联合功率测量及同步保持。SRS和PUSCH信号进行上行功率的联合测量方法，进一步提高抗干扰能力，实现目标UE的准确定位。本发明能够提高复杂场景下对待定位终端的定位性能。

Description

基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法
技术领域
本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法。
背景技术
LTE(Long Term Evolution，长期演进)是由3GPP(The 3rd GenerationPartnership Project，第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(Universal MobileTelecommunications System，通用移动通信系统)技术标准的长期演进。近几年，LTE终端已经大量普及，通过对LTE终端的信号源进行测量，实现LTE终端的定位，广泛的应用于专网无线通信、犯罪分子定位及灾害搜救。
目前常用的LTE终端定位方式是通过获得基站发送的LTE下行信号计算下行同步的位置，进而接收并解析终端发出的上行PUSCH(Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道)信号，通过测量PUSCH的RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)来定位终端UE(用户设备)的位置。
然而，由于无线信号在传送过程中会受到噪声干扰、路径损耗、多径衰落和阴影衰落等因素影响，这些干扰对LTE信号源能量的捕获产生不利的影响，常用的定位方法容易出现下行不同步或上行同步误差大的问题，同时仅依靠PUSCH进行RSRP测量容易受到同频其它UE干扰导致检测结果跳动比较大，检测不准确。
目前的定位方法普遍存在复杂场景下同步易丢失导致无法工作、容易受到同频其它UE干扰等问题，亟待提供一种改进的搜索方法以克服上述缺陷，实现在复杂场景下对待定位终端的准确定位。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于PUSCH和SRS(Sounding Reference Signal，探测参考信号)联合功率测量的定位方法，以便实现在复杂场景下对待定位终端的准确定位。
本发明所采用的技术方案提供一种基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，包括以下步骤，
步骤1，建立伪基站，待定位目标UE接入伪基站；
步骤2，伪基站为目标UE调度SRS，并对目标UE的PUSCH和SRS信道分配固定的调度配置；
步骤3，单兵设备频率同步和时间粗同步；
步骤4，单兵设备通过SRS降采样后的多区域信号PDP加窗检测和时偏估计获取精同步；
步骤5，单兵设备进行PUSCH和SRS的联合功率测量及同步保持。
而且，步骤4包括以下步骤，
步骤4.1，取上行一帧长度的数据进行滤波降采样；
步骤4.2，取SRS若干区间信号进行相关峰加窗检测，得到各区间搜索窗中的PDP最大值；
步骤4.3，精同步位置获取：比较每个区间上搜索窗中的PDP最大值，得到所有区间上的PDP最大值MAXPDP，MAXPDP对应的区间起点位置记为Tmax，将MAXPDP与门限比较，根据门限比较结果，进行时偏估计及精同步帧头的计算。
而且，步骤4.2包括以下步骤，
步骤4.2.1，进行区间信号选取，
当下行空口同步成功时，根据下行同步的位置，获得上行粗同步位置，进而得到SRS位置，以SRS位置作为基准点，取基准点附近若干区间信号；
当下行空口同步无法成功或应用在无下行空口同步的定位系统时，则按滑窗间隔将滤波降采样后的10ms数据全部进行区间选择；
步骤4.2.2，对所选区间信号分别进行SRS相关峰检测；
步骤4.2.3，在时域上设置PDP检测搜索窗，得到区间搜索窗中的PDP最大值。
而且，步骤4.2.1中，区间信号以降采样后的CP长度为单位进行滑窗选取。
而且，步骤4.3中，所述的精同步帧头计算如下，
判断MAXPDP是否超过门限，如超过门限，则估计TA，判断TA是否在有效范围内，若在有效范围则将TA补偿到Tmax对应的降采样前的帧头上，得到精确帧头；若不在有效范围内，则不补偿TA，该Tmax对应的降采样前帧头即为精确帧头；如MAXPDP不超过门限，则返回步骤4.1。
而且，步骤5包括以下步骤，
步骤5.1，根据精同步帧头的位置，按照帧长度的间隔取出SRS以及PUSCH所在的固定了配置的TTI上的信号，分别计算SRS和PUSCH的PDP以及RSRP，并记录相应PDP最大值；
步骤5.2，进行SRS和PUSCH估计的RSRP联合加权处理，得到最终RSRP，
步骤5.3，同步保持，包括SRS和PUSCH各自估计TA，判断TA是否在有效范围内，进行TA联合估计，实时纠正精同步帧头位置，返回步骤5.1。
而且，步骤5.2中，按如下公式进行加权，
RSRP＝α×RSRPSRS+β×RSRPPUSCH
其中，RSRPSRS为SRS估计得到的RSRP，RSRPPUSCH为PUSCH估计得到的RSRP；其中，α，β的取值大小按如下情况进行分类，
SRS和PUSCH的最大PDP值均超过门限；
SRS最大PDP值超过门限，而PUSCH最大PDP值未超过门限；
PUSCH最大PDP值超过门限，而SRS最大PDP值未超过门限；
SRS最大PDP值和PUSCH最大PDP值均未超过门限。
而且，步骤5.3中，进行TA联合估计的实现方式为，
若SRS和PUSCH估计的TA均在TA估计的有效范围内，则将两者TA平均值叠加到精同步帧头位置；
若只有SRS估计的TA在TA估计的有效范围内，则将SRS估计的TA值叠加到精同步帧头位置；
若只有PUSCH估计的TA在TA估计的有效范围内或PUSCH估计TA和SRS估计的TA均不在TA估计的有效范围内，则精同步帧头位置不变。
而且，步骤1中，伪基站的PCI设置成与待定位范围内的LTE现有小区不同，伪基站的频点设置成与待定位范围内的LTE现有频点不同或设置成最弱的小区的频点号。
而且，在无下行空口同步，未知上行帧头的情况下利用步骤4获取精同步的方式进行同步。
本发明具有如下优点：
(1)同步方面：提供了一种精同步方法，通过对SRS降采样后的多区域信号PDP加窗检测和TA估计得到精同步帧头，提高同步的精确度。同时本发明中的精同步方法也可应用在无下行空口同步或下行空口同步失效的系统中，提高系统的可靠性。
(2)同步保持方面：提供一种SRS和PUSCH的联合TA估计同步保持方法，实时调整上行同步位置，解决因LTE目标终端移动而导致上行失步的问题。
(3)上行参考功率测量方面：
一方面通过对PUSCH以及SRS时频资源的固定，无需解析UE配置，加上通过SRS得到精同步帧头，可以在相应的时频资源上对目标UE进行精确的功率测量；
同时提供一种用SRS和PUSCH信号进行上行功率的联合测量方法，进一步提高抗干扰能力，实现目标UE的准确定位。
通过上述方法，本发明能够提高复杂场景下对待定位终端的定位性能。
附图说明
图1为本发明实施例的LTE终端定位系统框图；
图2为本发明实施例的LTE终端定位流程图；
图3为本发明实施例的SRS精同步流程图；
图4为本发明实施例的PUSCH和SRS的联合功率测量及同步保持流程图；
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的主要实现原理、具体实施方式及其能够达到的有益效果进行详细阐述。
本发明实施例中LTE终端定位系统框图如图1所示，包括伪基站、单兵设备(也叫场强仪)、目标UE。伪基站用于吸附目标UE，单兵用于跟踪测量目标UE的RSRP能量。
本发明实施例1：
参见图2，以TDD 20M带宽，上下行时间配比1为例对本发明实施例1中LTE终端定位所采用的技术方案进行阐述：
步骤201，建立伪基站，待定位目标UE接入伪基站。
伪基站扫描已存在的LTE小区，获取小区PCI以及频点号。优选的，伪基站的PCI(Physical Cell Identifier，物理小区标识)设置成与待定位范围内的LTE现有小区不同，伪基站的频点设置成与待定位范围内的LTE现有频点不同或设置成最弱的小区的频点号。
伪基站既可是车载式，也可是便携式，根据使用场景灵活选择。
步骤202，伪基站为目标UE调度SRS，并对目标UE的PUSCH和SRS信道分配固定的调度配置。
所述的固定的调度配置包括：
PUSCH信道：一个10ms信号内，在一个或几个固定子帧上目标UE的PUSCH配置固定，包括且不限于RB起始位置，RB长度；
SRS信道：为目标UE配置SRS，SRS相关参数固定。
SRS既可配置在目标UE固定了PUSCH配置的TTI上，也可配置在其它TTI上。
以TDD上下行时间配比1为例，一个10ms中有子帧2,3,7,8支持上行，为目标UE在TTI3上配置SRS，SRS周期为10ms。SRS相关参数固定，则对单兵设备来说SRS配置已知。目标UE在TTI2上的PUSCH配置固定，则对单兵设备来说PUSCH配置已知，无需知道RNTI即可在目标UE对应的时频资源上进行上行功率测量。同理，FDD也可以同样配置。
本实施例针对目标UE在TTI2上配置了固定配置的PUSCH，以及TTI3上配置了固定配置的SRS，PUSCH和SRS也可以配置在同一个TTI上或多个TTI上，可根据系统情况进行灵活配置。
步骤203，单兵设备频率同步和时间粗同步；
所述的频率同步为：获取时间同步信号，本实施例中，时间同步信号设置为GPS，本地系统时钟源采用OCXO。当GPS锁定后，软锁相开始工作，利用获取的1pps对OCXO(OvenControlled Crystal Oscillator，恒温晶体振荡器)进行校准，实现频率同步。频率同步是系统能正确解调的基础，如果频偏较大，则会出现解调错误。
所述的时间粗同步为：当频率同步后，单兵设备进行空口同步操作，得到下行10ms帧头位置，进而得到上行位置。
如果GPS失锁，则通过OCXO良好的短期稳定度来保持频率和时间的稳定。
步骤204，单兵设备通过SRS降采样后的多区域信号PDP(Power Delay Profile，功率延时谱)加窗检测和时偏TA估计获取精同步。
参见图3，对实施例的步骤204进行详细说明，包括以下步骤：
步骤4.1，取上行一帧长度(10ms)的数据进行滤波降采样；
本实施例中将信号速率变为1.92MHZ，即20M带宽下对信号做16倍的降采样处理，采样倍数记为N。具体的对接收的一个帧数据307200点进行CIC滤波(cascade integratorcomb，级联积分梳状滤波器)和16倍降采样，得到19200点，则每个子帧长度为1920。
步骤4.2，取SRS若干区间信号进行相关峰加窗检测，得到各区间搜索窗中的PDP最大值，包括：
步骤4.2.1，进行区间信号选取：
所述的区间信号选取分两种情况：
1)下行空口同步成功时，根据下行同步的位置，获得上行粗同步位置，即帧头位置，进而得到SRS的位置，以此SRS位置作为基准点，此基准点记为T0，以一定的单位滑窗取T0附近若干区间信号。
2)下行空口同步无法成功或本SRS同步方法应用在无下行空口同步的定位系统时，则以一定的滑窗间隔将滤波降采样后的10ms数据全部进行区间选择。
实施例中，以第一种情况为例，即根据下行同步的位置，获得上行粗同步位置，即帧头位置，进而得到SRS的位置，以此SRS位置作为基准点，此基准点记为T0，取T0附近若干区间信号。
所述的区间信号为：每个区间信号的长度为一个符号采样后的长度。区间信号以一定的单位滑窗进行选取，优选的，区间信号以降采样后的CP长度为单位进行滑窗选取。
具体的，本实施例中SRS处于子帧3最后一个符号，T0为降采样后的子帧3最后一个符号起始位置。取5个区间信号，起始点分别为T0-2×K,T0-K,T0,T0+K,T0+2×K，其中，K为滤波降采样后的滑窗间隔，K＝144/16＝9。从各起始点选取128点进行后续操作。
步骤4.2.2，所选信号分别进行SRS相关峰检测：根据伪基站为该UE设置的配置，信号经去CP(Cyclic Prefix，循环前缀)、FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅氏变换)后解映射，与该UE对应的SRS本地序列进行共轭相乘，本地序列为补适当点数的0并做IDFT，使之变换到时域，计算PDP。本实施例中，此时去CP的长度为9、FFT点数取2048，IDFT点数取1536。
其中，
为参考序列的长度；
为参考序列的基序列；
u为序列组号；
v是每组内的基序列号；
α是循环移位值。
步骤4.2.3，在时域上设置PDP检测搜索窗，得到区间搜索窗中的PDP最大值；
具体的，如果没有时偏影响，冲激信号应位于零点，以零点为中心进行加窗，窗长L(L≤NIDFT),L取其中M为滑窗单位，即为CP降采样后的长度，本实施例IDFT点数NIDFT＝1536，FFT点数NFFT＝2048，则窗长为198点。
步骤4.3，精同步位置获取：比较每个区间上搜索窗中的PDP最大值，得到所有区间上的PDP最大值MAXPDP，MAXPDP对应的区间起点位置记为Tmax，将MAXPDP与门限比较，根据门限比较结果，进行TA估计及精同步帧头的计算。
所述的精同步帧头计算为：
判断MAXPDP是否超过门限，如超过门限，则估计TA，判断TA是否在有效范围内，若在有效范围则将TA补偿到Tmax对应的降采样前的帧头上，得到精确帧头；若不在有效范围内，则不补偿TA，该Tmax对应的降采样前帧头即为精确帧头；如MAXPDP不超过门限，则返回步骤4.1。
本实施例中，采用传统的TA估计方法，优选的TA有效范围为±5us，具体实施时，门限可根据系统的实际测试情况设置，实施例设置为15。SRS信号区间起点位置分别为T0-2×K,T0-K,T0,T0+K,T0+2×K的5个区间得到的PDP最大值分别为8,13,16,18,10，则此时MAXPDP＝18，则Tmax＝T0+K，取以Tmax为起点的区间信号进行TA估计，TA估计结果为4us，TA在±5us以内，则采样前的精确帧头位置为计算公式中TA以us为单位，N为降采样倍数。若TA不在±5us以内，则实施例中采样前的精确帧头位置为
步骤205，单兵设备进行PUSCH和SRS的联合功率测量及同步保持。
具体应用时，场强仪通过测量RSRP来定位终端UE(用户设备)的位置，通过RSRP的测量逐渐靠近目标，例如，接近目标时，RSRP应该是越来越强。
因此，本发明可以提高系统的抗干扰能力，在复杂场景下获得精确的RSRP测量结果以达到定位的目的
参见图4，对实施例步骤205进行详细说明，包括以下步骤：
步骤401，根据精同步帧头的位置，此后每10ms(帧长度)取出SRS以及PUSCH所在的固定了配置的TTI上的信号，分别计算SRS和PUSCH的PDP以及RSRP，并记录它们各自PDP最大值。
本实施例根据步骤4.3精同步得到帧头位置为266，则可得到10ms上的PUSCH子帧2起始位置为30720*2+266，同理可得SRS的位置。取出PUSCH和SRS分别计算SRS和PUSCH的PDP以及RSRP，并记录它们各自PDP最大值。此后根据步骤403实时调整的精同步帧头取信号。
所述的PUSCH求PDP方法为：经过去循环前缀，7.5KHz频偏补偿，FFT变换，解映射，提取PUSCH的两列导频信号进行信道估计，采用基于DFT的信道估计算法，在上述信道估计过程中，执行1536点IDFT变换到时域后，计算PDP，记录PDP值。所述的RSRP通过信道估计得到信道系数计算得到。
步骤402，SRS和PUSCH估计的RSRP联合加权处理，得到最终RSRP，加权权重依据SRS、PUSCH的最大PDP和各自门限比较的结果，具体实施时，门限可根据系统的实际测试情况设置；
本实施例中SRS门限设置为15，PUSCH门限设置为12，可根据系统具体情况进行设置。
按如下公式进行加权RSRP＝α×RSRPSRS+β×RSRPPUSCH，RSRPSRS为SRS估计得到的RSRP，RSRPPUSCH为PUSCH估计得到的RSRP。其中，权值α，β的取值大小按如下情况进行分类；
若SRS和PUSCH的最大PDP值均超过门限，优选的，α＝β＝0.5；
若SRS最大PDP值超过门限，而PUSCH未超过门限，优选的，α＝0.8，β＝0.2；
若PUSCH最大PDP值超过门限，而SRS未超过门限，优选的，α＝0.2，β＝0.8；
若SRS和PUSCH最大PDP值均未超过门限，优选的，α＝0.35，β＝0.35；
每种情况下具体α，β的值可以根据系统进行调整。
步骤403，同步保持：SRS和PUSCH各自估计TA，判断TA是否在有效范围内，进行TA联合估计，实时纠正精同步帧头位置，并返回步骤401。
因为实施例采用优选的TA有效范围为±5us，所述的TA联合估计方法为：若SRS和PUSCH估计的TA均在±5us内，则将两者TA平均值叠加到精同步帧头位置；
若只有SRS的TA在±5us内，则将SRS的TA值叠加到精同步帧头位置；
若只有PUSCH的TA在±5us内或PUSCH和SRS的TA均不在5us内，则精同步帧头位置不变。
具体实施时，根据具体的TA有效范围进行相应的联合估计。
本发明实施例2：
在本发明实施例1的基础上，可在无下行空口同步，不知道上行帧头的情况下利用本发明的精同步方法进行同步，即执行步骤204即可，以达到后续功率测量及用户定位的目的。
本发明的通过SRS降采样后的多区域信号PDP加窗检测和TA估计获取同步的方法，也可以在无下行空口同步下进行或应用在无下行空口同步的定位系统中。将上行一帧长度(10ms)的数据进行滤波降采样后，则以一定的滑窗间隔将滤波降采样后的10ms数据全部进行区间选择。例如降采样得到19200点，则每个子帧长度为1920，以降采样后的CP长度9为单位进行滑窗选取，则总共有个区间，每个区间分别进行SRS相关峰检测，时域上设置PDP检测搜索窗，比较每个区间上搜索窗中的PDP最大值，得到所有区间上的PDP最大值MAXPDP，MAXPDP对应的区间起点位置记为Tmax，将MAXPDP与门限比较，根据门限比较结果，进行TA估计及精同步帧头的计算。
得到帧头后，就可以进行SRS功率测量或PUSCH功率测量或两者的联合测量以达到用户定位的目的。
通过上述方法，本发明相对传统方法能够有效的提高复杂场景下对待定位终端的定位性能。
具体实施时，以上步骤可基于软件技术实现自动运行流程。
尽管上文对本发明进行了详细说明，并举了实施例，但是本发明以及可应用的实施例不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改，也可将本发明中的部分方法应用在其它系统中。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，建立伪基站，待定位目标UE接入伪基站；
步骤2，伪基站为目标UE调度SRS，并对目标UE的PUSCH和SRS信道分配固定的调度配置；
步骤3，单兵设备频率同步和时间粗同步；
步骤4，单兵设备通过SRS降采样后的多区域信号PDP加窗检测和时偏估计获取精同步；
步骤5，单兵设备进行PUSCH和SRS的联合功率测量及同步保持。
2.根据权利要求1所述基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：步骤4包括以下步骤，
步骤4.1，取上行一帧长度的数据进行滤波降采样；
步骤4.2，取SRS若干区间信号进行相关峰加窗检测，得到各区间搜索窗中的PDP最大值；
步骤4.3，精同步位置获取：比较每个区间上搜索窗中的PDP最大值，得到所有区间上的PDP最大值MAXPDP，MAXPDP对应的区间起点位置记为Tmax，将MAXPDP与门限比较，根据门限比较结果，进行时偏估计及精同步帧头的计算。
3.根据权利要求2所述基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：步骤4.2包括以下步骤，
步骤4.2.1，进行区间信号选取，
当下行空口同步成功时，根据下行同步的位置，获得上行粗同步位置，进而得到SRS位置，以SRS位置作为基准点，取基准点附近若干区间信号；
当下行空口同步无法成功或应用在无下行空口同步的定位系统时，则按滑窗间隔将滤波降采样后的10ms数据全部进行区间选择；
步骤4.2.2，对所选区间信号分别进行SRS相关峰检测；
步骤4.2.3，在时域上设置PDP检测搜索窗，得到区间搜索窗中的PDP最大值。
4.根据权利要求3所述基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：步骤4.2.1中，区间信号以降采样后的CP长度为单位进行滑窗选取。
5.根据权利要求3所述基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：步骤4.3中，所述的精同步帧头计算如下，
判断MAXPDP是否超过门限，如超过门限，则估计TA，判断TA是否在有效范围内，若在有效范围则将TA补偿到Tmax对应的降采样前的帧头上，得到精确帧头；若不在有效范围内，则不补偿TA，该Tmax对应的降采样前帧头即为精确帧头；如MAXPDP不超过门限，则返回步骤4.1。
6.根据权利要求1所述基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：步骤5包括以下步骤，
步骤5.1，根据精同步帧头的位置，按照帧长度的间隔取出SRS以及PUSCH所在的固定了配置的TTI上的信号，分别计算SRS和PUSCH的PDP以及RSRP，并记录相应PDP最大值；
步骤5.2，进行SRS和PUSCH估计的RSRP联合加权处理，得到最终RSRP，
步骤5.3，同步保持，包括SRS和PUSCH各自估计TA，判断TA是否在有效范围内，进行TA联合估计，实时纠正精同步帧头位置，返回步骤5.1。
7.根据权利要求6所述基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：步骤5.2中，按如下公式进行加权，
RSRP＝α×RSRPSRS+β×RSRPPUSCH
其中，RSRPSRS为SRS估计得到的RSRP，RSRPPUSCH为PUSCH估计得到的RSRP；其中，α，β的取值大小按如下情况进行分类，
SRS和PUSCH的最大PDP值均超过门限；
SRS最大PDP值超过门限，而PUSCH最大PDP值未超过门限；
PUSCH最大PDP值超过门限，而SRS最大PDP值未超过门限；
SRS最大PDP值和PUSCH最大PDP值均未超过门限。
8.根据权利要求5所述基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：步骤5.3中，进行TA联合估计的实现方式为，
若SRS和PUSCH估计的TA均在TA估计的有效范围内，则将两者TA平均值叠加到精同步帧头位置；
若只有SRS估计的TA在TA估计的有效范围内，则将SRS估计的TA值叠加到精同步帧头位置；
若只有PUSCH估计的TA在TA估计的有效范围内或PUSCH估计TA和SRS估计的TA均不在TA估计的有效范围内，则精同步帧头位置不变。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：步骤1中，伪基站的PCI设置成与待定位范围内的LTE现有小区不同，伪基站的频点设置成与待定位范围内的LTE现有频点不同或设置成最弱的小区的频点号。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述基于PUSCH和SRS联合功率测量的定位方法，其特征在于：在无下行空口同步，未知上行帧头的情况下利用步骤4获取精同步的方式进行同步。
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