CN110178043A - 基于延迟和路径强度的移动通信网络中的用户设备定位 - Google Patents
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Abstract
接收器(UE)具有多个天线并接收来自无线通信网络的不同小区的多个发送器的多个无线电信号。每个无线电信号具有位置参考信号(PRS)序列并通过包括多个路径分量的无线电信道被发送至接收器(UE)。接收器(UE)处理无线电信号以为路径分量估计PRS序列的到达时间(ToA)并为路径分量确定PRS序列的路径强度(PS)值。使用ToA和PS值估计接收器(UE)的位置。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信网络或系统领域,更特别地,涉及在这样的网络中的用户设备(如移动终端)的定位。示例描述了用于在位置确定中的多个时差测量或者在无线通信网络中的用户设备的定位的信号强度估计。
背景技术
图1是网络基础设施的示例的示意图,如包括多个基站(eNB1至eNB5)的无线通信网络或无线通信系统,每个基站服务于基站周围的特定的区域,由相应的小区1001至1005示例性地表示。基站被设置以为小区内的用户提供服务。用户可以是固定设备或者移动设备。进一步,无线通信系统可以被连接到基站或用户的IoT设备访问。IoT设备可包括物理设备、车辆、建筑物和具有嵌入其中的电子器件、软件、传感器、执行器等的其他设备,以及使这些设备能够跨现有网络基础设施收集和交换数据的网络连接。图1示出仅5个小区的示例图,然而,无线通信系统可包括更多这样的小区。图1示出位于小区1002中且被基站eNB2提供服务的两个用户UE1和UE2,也被称为用户设备(UE)。另一用户UE3被示出在由基站eNB4提供服务的小区1004中。箭头1021,1022和1023示意性地表示用于从用户UE1,UE2,和UE3向基站eNB2,eNB4发送数据,或者用于从基站eNB2,eNB4向用户UE1,UE2,UE3发送数据的上行链路/下行链路连接。此外,图1示出小区1004中的两个可以是固定设备或者移动设备的IoT设备1041和1042。IoT设备1041通过基站eNB4访问无线通信系统以接收和发送数据,如箭头1061示意性地表示。IoT设备1042通过用户UE3访问无线通信系统,如箭头1062示意性地表示。
无线通信系统可以是任何基于频分复用的单音调或者多载波系统,如正交频分复用(OFDM)系统,LTE标准定义的正交频分多址(OFDMA)系统,或任何其他有或没有CP的基于IFFT的信号,如DFT-s-OFDM。其他波形(如用于多址的非正交波形,例如滤波器组多载波(FBMC))可以被使用。
在无线通信网络中,如图1中所示,可能需要在小区中以确定的精度定位UE。在小区中定位UE的一种方法基于可在蜂窝通信网络(如LTE)中使用的观察到达时间差(OTDOA)估计,是一种下行链路定位方法,依赖于使用在用户设备UE处从一个或多个周围基站(eNB)接收到的位置参考信号(PRS)的到达时间(ToA)估计的计算,如例如在参考文献[2]和[3]中所述的。PRS序列是为定位目的而设计的并向小区内所有无线电终端广播的下行链路信号。PRS序列从基站的天线或远程无线电头端(RRH)在所有方向上以相同的发送功率进行辐射以覆盖小区的任何位置处的所有用户,即提供全小区覆盖。为了区分不同的小区的PRS序列,每个PRS序列具有与其相关联的小区特定标识符(也被称为物理小区标识符(PCI))。PCI在特定的区域内是唯一的并被用于识别小区以及因此识别PRS序列。为了获得平面中的唯一位置,相对于UE的内部时基,需要来自几何分散的基站的至少三个计时测量。如参考文献[4]所述,需要四个基站以获取三维空间中的唯一位置。
图2是使用三个基站的OTDOA测量的示意图,其中图形是基于参考文献[4]的图像。基站eNB1到eNB3发送各自的与PCI相关联的PRS序列。基站eNB1发送PRS序列PRS1,基站eNB2发送PRS序列PRS2,基站eNB3发送PRS序列PRS3。基站eNB1到eNB3服务于无线通信网络的不同小区。虽然图2示出每个基站只在一个方向上的各自PRS序列的传输,但是如上所述,每个基站向所有的方向发送序列以覆盖各自的小区内任何位置处的所有用户。在图2的示例中,假设用户设备位于位置108处。位置108处的UE接收来自相应基站的PRS序列PRS1至PRS3。位置108处的UE相对于UE内部时基测量3个ToAτ1,τ2,τ3。选择基站eNB1作为参考基站,并通过从其他基站的ToA测量值中减去参考基站eNB1的ToA,得到作为观察到达时间差的值t2,1=τ2-τ1和t3,1=τ3-τ1,而获得两个OTDOA(也被称为相对信号时序差(RSTD))。相对信号计时差被反馈回服务于位置108处的用户设备的基站以及位置服务器。位置服务器可以是基站的一部分,或者可以是与基站分离的元件,如图1中110处所示。尽管图1中只有一条用虚线表示的连接,但是位置服务器110可以是整个网络结构的一部分并且可以连接到图1所示的每个基站。RSTD值与UE和基站之间的几何距离有关,并在基站的各自的位置周围定义双曲线,如图2中的线τ3-τ1和线τ2-τ1所示。基于基站坐标和UE与参考基站eNB1之间的时间偏移的知识,位置服务器可确定UE的位置。在图2中,由于每个ToA测量τi有不确定的精度,示出具有显示测量不确定性的宽度的双曲线。估计的UE位置是两个双曲线的交叉区域。
对于UE的ToA测量和RSTD报告,必须准确估计来自每个基站的第一到达信号路径。在纯边线(LoS)信道条件下,ToA估计反映了在接收的信号和PRS序列的互相关中的首次检测到的LoS峰值(在UE中是已知的),使得ToA直接对应于UE和基站之间的距离。这允许对UE进行准确的位置估计。然而,在多径信道环境中,因LoS路径的阻塞或信道的非边线(NLoS)信号路径分量,ToA估计(因此RSTD测量也)可出现偏差,以及在这种情况下,UE可能无法正确地检测到第一到达信号路径,从而可能导致错误的距离信息。
上述用于在小区内定位UE的方法使用由多个基站发送的PRS序列。每个基站向所有方向发出相同的PRS序列以覆盖所有用户。为允许定位,需要至少三个基站。此外,无线传播信道可受到多径传播和阴影或衰落条件的影响,使得RSTD测量可能不准确。多径是当发送的信号由于导致衰落的反射、衍射和散射而通过不同的路径到达接收器时在移动系统的信道中发生的现象。这在图3中示意性地示出,表示由基站BS提供服务的小区i内的UE,基站BS向所有方向发送具有相关联的小区标识符的相同PRS序列(即序列PRSi)。由于障碍物1121散射或遮蔽信号,使得在障碍物1121后面有路径丢失,PRS序列PRSi可能无法在UE处直接被接收。由于信号在障碍物1122处的反射和/或由于在障碍物1123处的衍射,UE可接收到序列PRSi。换句话说,只有一个发送的信号PRSi,然而,信号路径上的障碍物1121至1123(如建筑物、山丘、树木等)使得信号从各个方向以不同延迟到达UE。多路径可以是ToA估计中的误差的来源,例如,当没有旁径的路线时,即使接收器UE检测到第一到达路径。
为了提高多径信道场景下的位置精度,已经描述了许多NLoS误差抑制技术用于基于时间的位置估计,参见例如参考文献[6]、[7]、[8]、[9]、[10]和[11]。一种NLoS误差抑制技术可假设NLoS损坏的ToA测量只是总测量数的一小部分,即UE和基站之间的链路中的一些包含LoS信道路径。由于NLoS损坏的ToA测量与用于LoS场景的预期测量的不一致性,另一种方法可检测NLoS损坏的ToA测量,以便对于UE位置的定位,UE和基站之间的NLoS链路可被识别和忽略,例如,在参考文献[8]和[12]中所述。其他方法可使用UE和基站之间的所有链路,并可引入ToA测量的加权或缩放以使NLoS贡献最小化,如参考文献[13]中所述,或者检测NLoS错误并使用这些信息计算所有可能的UE位置,如参考文献[14]中所述。
如图1所示,无线通信网络的基站包括多个天线ANT(例如由包含多个天线单元的天线阵列构成),并且UE还可以包括多于一个天线。在UE和基站均配备多个天线的场景中,除了LoS或NLoS路径分量的OTDOA测量外,还可以利用与位置无关的参数,例如可以使用UE处的到达角(AoA)和基站处的离去角(AoD)。取代检测仅NLoS错误并消除这些错误的影响,定位技术的示例通过利用NLoS路径分量所隐含的可能的UE位置的几何关系,可以从NLoS信道传播中获益。这些技术例如在参考文献[15]和[16]中进行了描述,并依赖于多径信道传播环境的参数描述,假设已知路径依赖的参数AoD、AoA和路径距离d。
为了提高多径信道场景下的位置精度,已经在参考文献[17]中提出通过多个RSTD测量扩展由UE发送到服务基站的ToA测量报告。取代每个UE-小区链路只发送单个RSTD测量报告(对应于在互相关函数中UE所认为的LOS峰值),将多于一个RSTD值反馈回基站。例如,多个RSTD值对应于表示多路径分量的ToA估计的PRS相关函数的多个峰值。位置服务器可基于多个RSTD假设进行UE定位,从而产生改进的定位性能。这种方法也可以应用于干扰场景中,例如,其中由于从周围基站发送的PRS序列的强相关性而发生干扰的情况中。在这种场景下,多个RSTD测量可对应于与干扰信号相关的峰值。这也可以通过位置服务器处的多个RSTD假设来处理。图4示出显示多RSTD测量方法的示例,其中对于eNB1和eNB3存在对应于信道的LOS路径分量的两个ToA估计,而对于eNB2存在由弱LOS分量或干扰信号引起的两个ToA估计。在本示例中,向位置服务器报告的RSTD值由(τ1-τ2;τ1-τ3;τ1-τ2,1;τ1-τ2,2)给出(参见参考文献[17])。用于eNB2的多个RSTD值被用于在位置服务器处计算UE位置的多个假设(参见图4中的画阴影线的区域)。考虑到可能的UE位置的似然函数,可以观察到与单个RSTD UE反馈相比,多个RSTD UE反馈显著增加了估计更精确的UE位置的概率(参见参考文献[17])。
如上所述,UE可被配备有多个天线,例如用于发送或接收无线电信号的天线阵列。每个天线具有描述天线对从某一方向或角度在天线处接收到的信号的响应的天线方向图。例如,天线方向图指示在天线处从第一方向接收的信号被放大,而从第二方向接收的信号被阻尼或抑制。UE的各个天线可具有相同或不同的天线方向图。图5示出用于UE的不同天线的天线方向图的示例,以及多径信道环境中的LoS和NLoS路径分量如何被这种天线接收。图5(a)示出用于UE的第一天线ANT1的天线方向图。天线ANT1具有包括主瓣1141、各自的旁瓣和零点118a1、118b1和118c1的天线方向图。从主瓣1141所指向的方向接收的信号具有增强的灵敏度,而从各自的旁瓣和零点118a1、118b1和118c1所指向的方向接收到的信号具有减少的灵敏度。例如,从主瓣方向接收的信号可被放大,而从旁瓣方向接收的信号可被阻尼或抑制。图5(b)示出用于UE的第二天线ANT2的天线方向图。第二天线ANT2具有包括主瓣1142和各自的旁瓣和零点118a2、118b2和118c2的天线方向图或方向性。在图5(b)的示例中,第二天线ANT2的天线方向图与图5(a)所示的第一天线ANT1的天线方向图相同。在图5(a)和图5(b)的示例中,主瓣沿x/y平面的x轴以角度0°被定向。旁瓣在0°至360°之间的方向中被定向。根据其他示例,第二天线ANT2的天线方向图可与第一天线ANT1的天线方向图不同。图5(c)示出这种不同天线方向图的示例,其可以是用于第二天线ANT2的天线方向图,或者如本示例中所示是用于UE的第三天线ANT3的天线方向图。第三天线ANT3的天线方向图或方向性也具有主瓣1143,以及各自的旁瓣和零点118a3、118b3和118c3。在图5(c)的示例中,主瓣相对于x/y平面的x轴以角度被定向,旁瓣在其他方向中被定向。与第一和第二天线方向图相比,第三天线方向图的各个瓣被以不同的方向定向,使得从第一和第二天线的主瓣1141和1142指向的第一方向接收的信号,通过第一天线和第二天线接收到的放大高于通过第三天线接收到的放大,或者,换句话说,被第三天线阻尼。
图5(d)示出多径信道环境中的LoS和NLoS路径分量如何在UE天线(如图5(a)所示的天线)处被接收。基站BS发送携带PRS序列PRSi的信号,并且在基站BS和UE之间有直接路径(LOS路径)以及信号PRS i在物体(如112)处被沿其反射上的间接路径(NLOS路径)。通过LoS路径接收的信号从天线ANT1的上旁瓣或零点118a1中的一个所指向的方向被接收,而间接或NLoS路径分量在主瓣1141处被接收。LOS路径上的信号受到天线ANT1的阻尼甚至是调零,使得UE可能无法正确检测到天线ANT1处的第一到达信号路径,也就是LOS路径,由于天线ANT1的天线方向图的影响,可能会抑制LOS的信号强度。
发明内容
本发明的目标是提供一种允许在移动通信网络中以提高的精度对接收器进行定位的方法。
这个目标是通过独立权利要求中所限定的主题来实现的。
实施例在从属权利要求中定义。
附图说明
现在参照附图对本发明的实施例进行进一步详细的描述,其中:
图1示出无线通信系统的示例的示意图;
图2是使用三个基站的OTDOA测量的示意图;
图3示出由在所有方向发送具有相关联的小区标识符的相同PRS序列的基站BS提供服务的小区i内的UE;
图4示出多RSTD测量方法的示例;
图5在图5(a)至图5(c)中示出用于UE的不同天线的天线方向图的示例并在图5(d)中示出在这种天线处如何接收多径信道环境中的LoS和NLoS路径分量;
图6示出根据本文所描述的发明的方法,操作用于定位UE的无线通信网络的示例;以及
图7是用于从发送器发送信息到接收器的无线通信系统的示意图。
具体实施方式
在下文中,本发明的优选实施例将参照附图进行进一步详细描述,其中具有相同或类似功能的元素由相同参考标记引用。
图6示出根据本文中所述的发明方法的用于对UE进行定位的无线通信网络操作的示例。更具体地,图6所示的情况与图3所示的情况相似,除了没有障碍物1121,使得存在从基站BSi到用户设备UE的LoS路径分量,并且描述了小区j和k的附加基站,其发送在UE处被接收的各自的PRS序列(PRSj和PRSk)。小区边界由虚线指示。进一步,图6示出UE的放大图,其包括多个天线120,参见天线1...N。如上述参考图5所讨论的,天线可具有各自的天线方向图,因此在各自的天线N处接收到的与信号PRSi,PRSj和PRSk相关的LoS和NLoS路径分量可被UE的一些天线放大,因为路径分量从天线的主瓣所指向的方向被接收,而路径分量被UE的其他天线衰减或抑制,由于它们从天线的旁瓣和零点所指向的方向被接收。根据本文所述的发明方法,如图6的放大图中所示,UE估计从各自的基站BSi发送到BSk的与PRS序列相关的检测的路径分量的到达时间。多个单独的路径分量的路径强度PS在UE处被评估或估计。PS信息可对应于无线电信道的路径分量的路径强度,或者PS信息可对应于干扰信号的电平。UE可发送路径分量的ToA和PS值到可连接到图1所示的位置服务器110的服务基站BSi。基于接收到的ToA和接收到的PS值,与只基于ToA操作的情况相比,位置服务器可以更准确地或精确地估计UE的位置。
虽然本发明方法已经关于具有包括主瓣和旁瓣的特定天线方向图(如图5所示的那些)的天线而被描述,但是应注意的是,本发明不限于这种天线方向图。本发明方法可用于任何天线方向图,包括不具有任何方向性的天线方向图,即,其中包括主瓣。
根据示例,UE可返回对应于多个路径分量的TDoA的RSTD值,而不是ToA。此外,取代PS值,UE可以使用发送器的一个的路径强度值作为参考而返回相对路径强度差值(RPSD)。
在位置服务器处可利用关于路径强度或干扰电平的附加信息来改进UE的位置估计。例如,当位置服务器包括使用多对RSTD/ToA和RPSD/PS的组合的跟踪方案时,相对于纯RSTD测量,无线电信道的LoS路径分量可以被更精确地识别,因为LoS路径分量在延迟和路径强度的变化方面表现的相当确定性的。因此,显示增加的方差的位置估计可被分类为多径观测,并可被丢弃或加权以获得稳定的位置估计。
根据其他示例,基站或者位置服务器可请求只一组强RSTD和RPSD值,例如由UE估计的前m个值,或者各自包括延迟和路径强度的一组特定的RSTD和RPSD对。此外,当考虑UE具有多个天线120时,来自一组特定的天线端口的RSTD/ToA和RPSD/PS的反馈可被请求。例如,当确定一个或多个端口不提供可靠或正确的信号时,例如,当信号电平低于阈值时(这可由于端口缺陷),可以从一组特定的天线端口请求反馈。在其他示例中,当仅降低的处理能力在UE处被使用或是可用的用于确定ToA和PS值时,可从一组特定的天线端口请求反馈。此外,当考虑具有估计各个路径分量的AoA的能力的UE时,包括延迟、AoA和路径强度的一组特定的RSTD和RPSD对可被请求。
根据进一步实施例,路径强度或干扰信号电平可从UE-小区链路的UE接收的信号功率得到。从UE的天线中的一个接收到的在UE处的信号包含关于在该天线处接收到的多径信道的信息,然而,如上参照图5所述的,由天线提供至UE的信号也取决于天线的天线方向图,即,包括取决于天线方向图的信号部分,也称为取决于接收天线方向图的项。如前所述,每个UE接收天线120可具有天线方向图,使得从单个信道路径分量测量的接收功率取决于在天线处的路径分量的接收方向。例如,这可意味着实际强的路径将被衰减,而弱路径将获得更高的增益。为了解决这个问题,根据本发明方法的示例,UE通过执行天线去嵌入来估计被检测信道路径分量的路径强度或干扰电平。换句话说,UE被配置为从由UE的相应天线为特定的路径分量获得的路径强度信息中减少或去除任何方向依赖项。根据示例,UE获得有关其天线端口输出在幅值和相位上相对于最强的到达方向(优选地,信道的LoS分量)其的依赖的信息(例如字典)。例如,UE可依赖于天线导向矢量或天线切换&组合度量,其用于选择接收天线单元的子集。基于天线方向图,UE从获得的路径强度中去除或消除方向依赖项(由于特定的天线方向图),从而为位置服务器提供路径强度值,该值由于UE天线特性而基本上不受任何项的影响。
根据示例,UE方向可用于从字典中选择要使用的天线方向图。取决于UE方向,可以从字典中选择用于处理接收到的信号的天线方向图。例如,当UE方向指示用户将UE握在手中和/或放在头部处时,一些天线方向图可被忽略用于处理,因为使用这些天线方向图获得的数据被认为不是很可靠。根据其他示例,仅基于那些与特定UE方向相关联的天线方向图执行天线去嵌入。UE可包括一个或多个传感器S,传感器的输出或信息信号构成确定UE的方向的基础。可提供单个信息信号或信息信号的组合。例如,陀螺仪传感器提供的信息可用于检测空间中UE的绝对方向,以及相机机或光传感器提供的信息可用于检测UE的保持位置。由UE的相机生成的暗像可指示天线被物体覆盖,而皮肤颜色可指示UE被握在手中或耳朵上。浅色可指示没有物体阻塞。方向确定可在UE处执行或者来自传感器的各自信息可以向基站发出信号通知,用于在基站处或在位置服务器处跟踪UE方向。
UE天线方向图可以用复杂的三维天线方向图来描述,根据示例也取决于偏振,按照在天线处以自由空间中的不同角度接收到的电磁无线电波的幅值和相位来描述相对场强。然而,位于UE天线附近的金属安装结构或其他物体可导致近场畸变,使得UE天线的有效天线方向图可与自由空间中测量的天线方向图不同。根据示例,可提供数据库来保存例如由各自的天线导向矢量描述的多个天线方向图的字典或地图。阵列导向矢量描述取决于在所有天线处的撞击波的方向的UE的天线方向图。天线方向图可取决于UE的使用,例如当把UE握在手中或当物体阻挡天线时,天线方向图可以不同。字典可被存储在UE中,或者可被存储在与UE远程的数据库中,例如在位置服务器处。根据示例,UE可以下载数据库,例如从位置服务器。在UE处接收的信号可与在字典中保存的天线方向图相关,这允许提取没有特定的UE天线阵列辐射图的不同路径分量的路径强度信息。这种UE天线方向图的“去嵌入”导致没有UE天线方向图的信道或路径描述。
根据以下描述的示例,P对或者P个三元组被从UE发送到位置服务器,其中p=1…P,以及(AoA)。对/三元组是在基于相关性的方法的基础上或基于最大似然的方法的基础上生成的示例。基于接收的信息,例如在位置服务器处,可使用这些信息,例如路径强度信息,执行多个假设检验,以确定UE位置。
基于相关性的方法
考虑天线阵列120(见图6),该天线阵列仅沿方位角维度辐射和接收,用于特定方向θ的阵列导向矢量被定义为矢量集合Ω描述所有可能的阵列导向矢量,即 最初,接收的信号内嵌有特定的PRS序列,以确定其存在,信号与使用相同的PRS序列在接收器处生成的信号相关联,以便从相应的相关峰值获得ToA。考虑为以延迟/ToAτ在N个天线端口处获得的一组相关值,根据本示例,包括到达角(AoA)、到达时间(ToA)和路径强度的P个三元组可被如下确定或获得:
1.修正的相关函数被计算。由于在某些角度处的无穷小的天线增益,术语λ是小常数,以防止h(θ,τ)的值激增。
2.对应于|h(θ,τ)|的P个主峰值的角度和延迟被确定。
3.对应的路径强度被计算为其中符号表示伪逆矩阵。
4.P对或P个三元组从UE返回到位置服务器。
5.位置服务器可进行多个假设检验,以除使用延迟信息外还使用路径强度信息来确定UE位置。
根据示例,如以上所述,UE方向也可被返回到位置服务器,例如基于来自陀螺仪或来自UE中的光传感器的各自信号。此外,根据示例,发送到位置服务器的P个延迟可直接表示ToA值或者它们可以是相对于参考值的RSTD值,其中参考值被作为第一值发送到位置服务器或按需被馈给位置服务器。此外,根据示例,发送到路径服务器的P个路径强度可直接表示路径强度值或者它们可以是相对于参考值的RSTD值,其中参考值被作为第一值发送到位置服务器或按需被馈给位置服务器。
根据用于基于相关性的方法的另一示例,一组阵列导向矢量可具有一组固定的阵列响应,也被称为“阵列响应字典”,与到达角关系不大或没有关系,即Ω={bq,q=1,2,…,Q}。根据本示例,在这种情况下,包括到达时间(ToA)和路径强度的P个对可被如下确定或获得:
1.修正的相关性函数被确定为
2.对应于|h(bq,τ)|的P个主峰值的阵列响应矢量索引和延迟被确定,以及路径强度被确定如下
基于最大似然的方法
根据其他示例,使用最大似然估计可确定路径强度。在使用最大似然估计时,显式相关函数不被计算,而是使用接收信号的模型来确定ToA和AoA。例如,假设MIMO-OFDM系统具有UE处的M个子载波和N个天线和接收的矢量的一个快照,例如接收的矢量在延迟/ToAτ的特定实例处可被表达如下:
x=H·γ+n
方程中的参数如下:
γ=[γ1 γ2 … γP]T是路径强度;
是加性高斯白噪声矢量,其中
是接收的矢量,具有以下结构:
x=[x1,1 x1,2 … x1,N … xM,1 xM,2 … xM,N]T
其中xm,n为来自第m个子载波和第n个天线的接收的符号。
是信道矩阵,具有以下结构:
H=C(τ)⊙B(θ)
其中,
其中以及
是阵列导向矩阵。
根据其他示例,信道矩阵H可被表示如下:
其中,符号表示克罗内克(Kronecker)乘积。路径强度的最大似然解,也称为路径权重,以及对应的AoA和ToA被确定如下:
其中
是在噪声子空间上的投影,以及
Rxx=x·xH是接收的矢量的相关矩阵。
如上所述,上面的解决方案考虑的是接收的矢量的一个快照,但是,可以很容易地将其扩展到多个快照以提高性能。
与基于相关性的方法类似,在基于最大似然的方法中,也可以使用阵列响应字典,即与到达角关系不大或没有关系的一组固定的阵列响应。在这种情况下,当导向矢量与到达角之间关系不大或没有关系时,可以执行如下估计:
其中
上述示例对于估计UE的位置是有利的,除了延迟信息外,在UE侧还确定了信道路径分量的路径强度信息。位置服务器使用RSTD/ToA和RPSD/PS值用于UE位置的多假设检验,例如,参考文献[17]中对于仅RSTD/ToA值描述的,以改进UE位置估计。此外,路径强度信息可以用来区分LoS和NLoS路径分量,这允许改进位置估计。
本发明的实施例可以在如图1所示的无线通信系统中实现,包括基站、用户(如移动终端或IoT设备)。图7是用于在发送器TX和接收器RX之间通信信息的无线通信系统250的示意图。发送器TX和接收器RX都包括多个天线ANTTX,ANTRX或具有多个天线单元的天线阵列。如箭头252所示,信号通过无线通信链路(如无线电链路)在发送器TX和接收器RX之间通信。传输可以根据上面参考图1描述的技术中的一个进行。
发送器TX与RX之间的信令符合上述的本发明的实施例。例如,接收器RX通过天线ANTRX接收来自无线通信网络的不同小区的多个发送器的多个无线电信号并将信号应用于信号处理器254。每个无线电信号包括位置参考信号(PRS)序列。接收器RX处理无线电信号以估计每个PRS序列的到达时间(ToA)并确定每个接收的无线电信号相对于不同ToA的路径强度。使用到达时间和确定的路径强度估计接收器的位置。位置可以在接收器RX处、在发送器处或在无线通信网络的位置服务器处估计。在后者的情况下,ToA和PS值可以通过无线电链路252被传送至发送器/位置服务器。发送器TX包括信号处理器256,用于生成要发送到接收器RX的信号。发送器TX可以通过一个或多个天线ANTTX发送具有位置参考信号(PRS)序列的无线电信号。
虽然所述概念的一些方面已经在装置的上下文中进行了描述,但是明显的是,这些方面也表示对应方法的描述,其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地,在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对应装置的对应块或项或特征的描述。
根据某些实施要求,本发明的实施例可以以硬件或软件实现。实施方式可以使用数字存储介质(例如云存储、软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存)执行,其上存储有电子可读控制信号,电子可读控制信号与可编程计算机系统协作(或能够协作),以便执行相应的方法。因此,数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体,电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作,从而执行本文描述的方法中的一个。
通常,本发明的实施例可以被实现为带有程序代码的计算机程序产品,当计算机程序产品在计算机上运行时,程序代码被操作用于执行方法中的一个。例如程序代码可以存储在机器可读载体上。
其他实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行本文所述方法的一个的计算机程序。换句话说,因此,本发明方法的实施例是具有程序代码的计算机程序,当计算机程序在计算机上运行时,程序代码用于执行本文所述方法中的一个。
因此,本发明方法的进一步实施例是数据载体(或数字存储介质,或计算机可读介质),包括记录在其上的用于执行本文所述方法中的一个的计算机程序。因此,本发明方法的进一步实施例是表示用于执行本文所述方法中的一个的计算机程序的数据流或信号序列。例如,数据流或信号序列可被配置为通过数据通信连接(例如通过因特网)被传递。进一步实施例包括处理构件,例如计算机或可编程逻辑设备,被配置为或适于执行本文所述方法中的一个。进一步实施例包括具有安装在其上的用于执行本文所述方法中的一个的计算机程序的计算机。
在一些实施例中,可编程逻辑设备(例如现场可编程门阵列)可用于执行本文所述方法的部分或全部功能。在一些实施例中,现场可编程门阵列可与微处理协作以执行本文所述的方法中的一个。通常,这些方法优选地由任何硬件装置执行。
上述实施例仅是本发明的原理的说明。需要理解的是,对于本领域其他技术人员来说,本文描述的布置以及细节的修改和变化将是显而易见的。因此,其意图仅通过随后的专利权利要求的范围来限制,而不通过以实施例的描述和解释所呈现的特定细节来限制。
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[17]Rl-163978Richer RSTD reporting for indoor positioning,Ericsson,2016年5月14。
Claims (24)
1.一种接收器,包括:
多个天线(120),每个天线具有天线方向图;
其中所述接收器(UE)被配置为接收来自无线通信网络的不同小区的多个发送器的多个无线电信号,每个无线电信号包括位置参考信号(PRS)序列,并且每个无线电信号通过包括多个路径分量的无线电信道被发送至所述接收器(UE);
其中所述接收器(UE)被配置为处理所述无线电信号以为路径分量估计所述PRS序列的到达时间(ToA)并为路径分量确定所述PRS序列的路径强度(PS)值;以及
其中使用所述ToA和所述PS值来估计所述接收器(UE)的位置。
2.如权利要求1所述的接收器,其中所述接收器(UE)被配置为为所述无线电信道的特定数量(P)的路径分量或者为所述无线电信道的所有路径分量确定所述PS值。
3.如权利要求1或2所述的接收器,其中所述接收器(UE)被配置为发送所述ToA和所述PS值至位置服务器,所述位置服务器估计所述接收器(UE)的位置。
4.如权利要求1至3中一项所述的接收器,其中路径分量的所述PS值包括取决于所述天线方向图和在所述接收器(UE)处的所述路径分量的接收方向的方向依赖项,以及其中所述接收器(UE)被配置为返回包括所述方向依赖项的所述PS值以估计所述接收器(UE)的所述位置。
5.如权利要求1至3中一项所述的接收器,其中路径分量的所述PS值包括取决于所述天线方向图和在所述接收器(UE)处的所述路径分量的接收方向的方向依赖项,以及其中所述接收器(UE)被配置为处理包括所述方向依赖项的所述PS值以便减少或去除所述方向依赖项,确定没有所述方向依赖项的校正PS值,以及返回所述校正PS值以估计所述接收器(UE)的所述位置。
6.如权利要求5所述的接收器,其中所述接收器(UE)被配置为:
使用发送小区的所述PRS序列将在所述天线(120)处接收的信号与在所述接收器(UE)处生成的信号相关联,以获得取决于延迟(τ)的相关值的矢量(r),
使用定义所述天线(120)的响应的天线导向矢量(b)和所述相关值的矢量(r)为相关函数(h)确定值,
从所述相关函数(h)确定所述P个最强峰值,
从所述P个峰值确定所述路径分量的所述ToA,以及
确定所述路径分量的所述校正PS值。
7.如权利要求6所述的接收器,其中所述接收器(UE)被配置为从所述P个最强峰值确定到达角(AOA)。
8.如权利要求5所述的接收器,其中所述接收器(UE)被配置为基于高分辨率参数估计方法使用接收的信号和定义所述天线(120)的响应的天线导向矢量(b)来确定所述路径分量的到达角(AOA)、到达时间ToA和所述校正PS值。
9.如权利要求6至8中一项所述的接收器,其中所述天线导向矢量(b)被存储在导向矢量的字典中,所述导向矢量的字典包括定义所述天线(120)的响应的取决于到达方向角的一组天线导向矢量(b),或者包括定义所述天线(120)的响应的与到达方向角无关的一组固定的、唯一的天线导向矢量(b)。
10.如权利要求9所述的接收器,其中取决于所述接收器的方向从所述字典选择所述导向矢量。
11.如权利要求9或10所述的接收器,其中导向矢量的字典被存储在数据库中,以及所述接收器(UE)被配置为访问所述数据库或下载所述数据库。
12.如权利要求1至11中一项所述的接收器,被配置为使用发送器中的一个的ToA作为参考ToA来获取相对信号计时差(RSTD),其中所述RSTD而不是所述ToA被发送。
13.如权利要求1至12中一项所述的接收器,其中所述接收器(UE)被配置为使用发送器中的一个的路径强度值作为参考来获取相对路径强度差(RPSD),其中所述RPSD而不是所述PS值被发送。
14.如权利要求1至13中一项所述的接收器,其中每个PRS序列具有与其相关联的小区标识符,所述接收器(UE)被配置为进一步为每个PRS序列获取相关联的小区标识符,以及使用获取的小区标识符来进一步估计所述接收器(UE)的位置。
15.如权利要求2至14中一项所述的接收器,包括一个或多个传感器,其中所述接收器(UE)被配置为使用来自所述一个或多个传感器的数据来计算所述接收器(UE)的方向,以及发送所述方向至所述位置服务器(110)。
16.如权利要求1至15中一项所述的接收器,其中所述路径强度(PS)值对应于干扰小区的发送的无线电信号的信号的干扰电平。
17.如权利要求1至16中一项所述的接收器,其中所述无线电信道的所述路径分量包括视线(LoS)路径分量和/或非视线(NLoS)路径分量。
18.一种无线通信网络,包括:
如权利要求1至17中一项所述的接收器(UE);以及
多个发送器(BS)。
19.如权利要求18所述的无线通信网络,包括位置服务器(110),其中所述接收器(UE)的位置由所述位置服务器(110)估计。
20.如权利要求18或19所述的无线通信网络,其中所述接收器(UE)是移动终端,其中所述发送器(BS)是基站,以及其中所述无线通信网络使用基于IFFT(快速傅里叶逆变换)的信号。
21.如权利要求20所述的无线通信网络,其中所述基于IFFT的信号包括具有CP的OFDM,具有CP的DFT-s-OFDM,不具有CP的基于IFFT的波形,f-OFDM,FBMC或UFMC。
22.如权利要求21所述的无线通信网络,其中具有CP的OFDM被用于下行链路传输,以及具有CP的DFT-s-OFDM或者单音调传输被用于上行链路传输。
23.一种方法,包括:
由具有多个天线(120)的接收器(UE)接收来自无线通信网络的不同小区的多个发送器的多个无线电信号,每个天线具有天线方向图,每个无线电信号包括位置参考信号(PRS)序列,以及每个无线电信号通过包括多个路径分量的无线电信道被发送到所述接收器(UE);
处理所述无线电信号以为路径分量估计所述PRS序列的到达时间(ToA)并为路径分量确定所述PRS序列的路径强度(PS)值;以及
使用所述ToA和所述PS值来估计所述接收器(UE)的位置。
24.一种非暂时性计算机程序产品,包括存储指令的计算机可读介质,当指令在计算机上运行时,执行如权利要求23所述的方法。
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