CN110831149A

CN110831149A - 一种lte系统中的终端定位方法和装置

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Publication number: CN110831149A
Application number: CN201810902443.8A
Authority: CN
Inventors: 张凯; 胡嘉欣
Original assignee: Potevio Information Technology Co Ltd
Current assignee: Potevio Information Technology Co Ltd
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: CN110831149B

Abstract

本发明提供了一种LTE系统中的终端定位方法，该方法包括：设置多个参考点；针对每个参考点，利用覆盖该参考点的多个基站对该参考点的训练终端进行多次测量，得到该参考点对应的多个上行信道特征参数向量；对于待定位终端，利用覆盖待定位终端所在位置的多个基站对待定位终端进行测量，得到待定位终端所在位置对应的一个上行信道特征参数向量，根据待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量、各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，确定待定位终端所在位置。

Description

一种LTE系统中的终端定位方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种LTE系统中的终端定位方法和装置。

背景技术

目标的区域内位置信息在各种场合中发挥着重要作用，如智慧园区人员定位、医疗看护对象定位、厂矿区设备管理、抢险救灾等。

传统基于GPS、北斗、移动网络、WiFi信标等定位方案，均由终端设备发起测量，并通过数据网络主动上报自身位置。当终端数据网络中断、定位功能关闭或者使用者主观拒绝“被定位”，都能导致终端定位失败。

基于LTE协议的专网在各行业已得到普遍推行，对终端的定位作为专网的重要功能，仍采用较为成熟的基于GPS、北斗、移动网络、WiFi信标等定位方案。所有的方案均由终端设备发起测量，并通过数据网络主动上报自身位置。这些方案存在如下不足：

1、使用GPS、北斗等卫星定位技术作为主定位方案，精度较高。但其信号却极易受障碍物的干扰和阻断，在密集的城市地带、隧道、室内等环境定位不可靠甚至于失效。

2、终端需要主动上报自身位置，当终端数据网络中断、定位功能关闭或者使用者主观拒绝“被定位”，都能导致终端定位失败。受环境或人为因素影响较大，不能作为可靠定位手段。

3、由于终端设备作为定位处理主体，在软硬件上要整合多套定位子系统，包括定位芯片、天线、无线数据上报链路等。对终端的体积、功耗、成本、可靠性都提出了挑战。

4、如果采用WiFi信标等方案，需要在专网覆盖方位内，部署大量位置信标。无论是首次建设成本还是后期维护成本均十分高昂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LTE系统中的终端定位方法和装置，可以使定位结果不受环境和人为因素影响，且成本较低。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种LTE系统中的终端定位方法，该方法包括：

设置多个参考点；

针对每个参考点，利用覆盖该参考点的多个基站对该参考点的训练终端进行多次测量，得到该参考点对应的多个上行信道特征参数向量；

对于待定位终端，利用覆盖待定位终端所在位置的多个基站对待定位终端进行测量，得到待定位终端所在位置对应的一个上行信道特征参数向量，根据待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量、各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，确定待定位终端所在位置。

一种LTE系统中的终端定位装置，该装置包括：设置单元、测量单元、定位单元；

所述设置单元，用于设置多个参考点；

所述测量单元，用于针对设置单元设置的每个参考点，利用覆盖该参考点的多个基站对该参考点的训练终端进行多次测量，得到该参考点对应的多个上行信道特征参数向量；用于对于待定位终端，利用覆盖待定位终端所在位置的多个基站对待定位终端进行一次测量，得到待定位终端所在位置对应的一个上行信道特征参数向量；

所述定位单元，用于根据待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量、各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，确定待定位终端所在位置。

由上面的技术方案可知，本发明中，分为训练阶段和定位阶段，在训练阶段，设置多个参考点，对于每个参考点，利用多个基站对位于该参考点的训练终端进行测量，得到该参考点对应的多个上行信道特征向量；在定位阶段，利用多个基站对待定位中端进行测量，得到待定位终端所在位置对应的一个上行信道特征向量，根据该上行信道特征向量和各参考点对应的所有上行信到特征向量，确定待定位终端所在位置。本发明提供的定位方法，不需要终端的配合，因此不会受环境和人为因素影响，而且也无需布署定位信标，实现成本较低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的终端定位过程示意图；

图2是现有技术不同α取值下的本地参考信号计算结果示意图；

图3是本发明实施例滑动方式确定所有起始调度位置的过程示意图；

图4是本发明实施例计算RSRP方式与传统计算RSRP方式所需占用的内存空间对比示意图；

图5是本发明实施例LTE系统中的终端定位方法的流程图；

图6是本发明实施例LTE系统中的终端定位装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并据实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明中，设置多个参考点，测量得到各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，将各参考点对应的多个上行信道特征参数向量与待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量进行对比，可以确定待定位终端最有可能接近的参考点，将该参考点的位置确定为待定位终端所在位置。

以下对定位过程进行说明：

参见图1，图1是本发明实施例提供的终端定位过程示意图，从图1可以看出，终端定位过程分为训练阶段和定位阶段，下面结合图1进行详细介绍：

一、训练阶段

训练阶段包括参考点设置和数据测量；

1、参考点设置

本发明中，需要先选择合理的参考点分布，例如，按照相邻参考点之间的距离为预设距离阈值(例如5米)的原则来设置参考点。

2、数据训练

数据测量的主要任务是利用多个基站测量得到各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，可以通过多次测量得到。

本发明中，对于任一参考点，可以在该参考点上放置一个终端(即训练终端)，然后利用覆盖该参考点(即覆盖范围包括该参考点位置)的多个基站，对该参考点的终端进行测量，可以测量得到该参考点的终端对应于各基站的上行信道特征参数，将这些上行信道特征参数组合成一个向量，即为该参考点对应的一个上行信道特征参数向量。这里的上行信道特征参数包括上行信号接收功率(RSRP)和时间提前量(TA)。

例如图1中的表格所示，参考点(xi，yi)对应有多个上行信道特征参数，这些上行信道特征参数是在一次测量中覆盖该参考点的所有基站测得的该参考点(xi，yi)对应于各基站的上行信道特征参数，这些上行信道特征参数组合起来，可以构成该参考点(xi，yi)对应一个上行信道特征参数向量。

由于无线环境的不确定性，对于同一基站来说，在不同时段测试得到的某参考点的终端的上行信道特征参数是波动的。同理，多个基站在不同时段对该参考点的终端进行测量，得到的该参考点在不同时段的上行信道特征参数向量也是波动的。

为此，在本发明实施例中，对每个参考点，使用多个基站在不同时段对该参考点进行测试，得到该参考点对应的多个上行信道特征参数向量，用该多个上行信道特征参数向量来表征该参考点的上行信道特征，可以保证后续定位过程的定位准确性。

以下对基站对参考点的测量过程进行说明：

本发明中，利用覆盖参考点的所有基站对该参考点进行测量，这些基站中，其中一个基站是该参考点所属服务小区的基站，其它基站则是该参考点所属服务小区之外的非服务小区中的基站。为了便于描述，将该参考点所属服务小区的基站记为服务基站，将其它非服务小区的基站记为测试基站。

RSRP测量需要使用终端的上行信号，为了排除外界干扰和其他用户信号所引入的能量，需要在计算时同时掌握终端的上行调度信息。

在实际应用中，只有服务基站能够直接接收到该参考点的终端发送的上行调度信息，测试基站则因为并不属于该参考点的服务小区，不能直接接收到该上行调度信息，为了使测试基站也可以接收到该上行调度信息，服务基站需要将接收到的该上行调度信息广播到所有测试基站。

在实际实现中，服务基站可以通过S1或X2广播上行调度信息到所有测试基站，而通过S1或X2广播上行调度信息时，无法保证上行调度信息在一个TTI(1ms)内传输到各测试基站，特别是在网络传输条件恶劣的情况下更可能达到秒级时延，导致测试基站无法进行实时空口测量，这种情况下，测试基站需要进行接收数据缓存，等到接收到服务基站广播过来的上行调度信息后才可以进行数据解析。然而对数据缓存会带来新的问题：以32Mbyte的嵌入式处理内存为例计算，LTE系统的基带速率为30.72mhz/s，因此每个无线帧的数据量为10ms×30.72mhz/s×32bit＝1.2288MByte，仅可存储260ms的数据量。并且由于广播的上行调度信息到达时间的不确定性导致了处理时必须频繁变化内存操作空间，因此在实现RSRP测量而带来的存储开销和实现复杂度都过大。

为了解决上述问题，本发明中，在接收服务基站广播的上行调度信息之前，可以先进行数据预处理，无需缓存数据就可以达到测量RSRP的目的。

下面是数据预处理的实现原理：

在现有实现中，RSRP可采用以下方式实现：基站接收到终端的参考信号，将该参考信号与本地生成的参考信号进行相关，将相关后的结果累加即可得到终端的RSRP。

根据LTE协议可知，本地参考信号的生成依赖如下公式：

在上述公式中，u和v是与小区级参数有关的变量，在测量场景中的取值一般是长时间固定不变的，因此无需等待上行调度信息的传输就可以提前确定。与用户相关的α存在12种可能取值，但其取值只影响相位，例如图2所示，使用不同α对同一组序列相关的结果只存在相位上的不同。因此，在预处理时，可以将α取值可设为0，并在接收到上行调度信息后，确定上行调度信息中包含的实际相位α，利用相位α与相位0的固定差值对相位α进行补偿(相位α减去该固定差值即为补偿结果)，计算对相位α补偿后的补偿结果与计算本地参考信号时采用的相位0之间的相位差，该相位差对应的采样点个数即为该上行调度信息对应的TA。可以看出，上述公式中，只有调度长度n是未知且会影响本地参考信号的生成结果。

为此，本发明中，针对所有调度长度进行预处理。

根据LTE协议规定，上行RB个数只能为2、3、5的倍数，因此，只有34种可能调度长度。在这34中可能调度长度中，终端的起始调度位置也不固定，因此本发明中，按照本地参考信号的34种可能调度长度，将调度条件分为34组，在每一组中，调度长度相同，根据调度起始位置不同，可以确定不同的调度条件，例如，在某个调度长度对应的一组调度条件中，从第一个可能的起始调度位置开始滑动，可以得到该调度长度允许的所有可能的起始调度位置(起始调度位置与调度长度相加不能超过最大rb数100)，将该调度长度和这些起始调度位置中的每一个组合起来，可以构成一个调度条件(即调度条件中包括调度长度和起始调度位置)，这样，就可以得到该组中所有可能的调度条件，例如图3所示，从第1个RB开始滑动，起始调度位置为第1个RB，对应于该组中的第一个调度条件(该调度条件为：调度长度为2，调度起始位置为1)，滑动到第二个RB，起始调度位置为第2个RB，对应于该组中的第二个调度条件(该调度条件为：调度长度为2，调度起始位置为2)，依次类推，直到滑动到该调度长度允许的可能的最大起始调度位置。该组中的每一个可能的调度条件对应了一个可能的用户。

确定了所有调度条件后，由于调度长度在各调度条件下是已知的，因此可以预先根据上述公式生成该调度条件下的本地参考信号，将该本地参考信号和在待定位终端的上行调度信息传输的过程中接收到的待定位终端参考信号进行相关，即可得到该种调度条件下的待定位终端的RSRP。最终可以得到所有调度条件下待定位终端的RSRP。

在实际应用中，一个TTI内可能会测量多个用户，假设用户个数为N_USER，那么就需要从这些调度条件中挑选出RSRP最大的前N_USER个调度条件，将选出的这些调度条件及每个调度条件下待定位终端的RSRP存入到一个备选集中。

最终得到的备选集需要存储的数据为N_USER个最大RSRP及其对应的调度条件，因此存储仅需要N_CELL×N_USER×64bit空间即可，其中，N_CELL为小区数量；以单TTI监听8小区20用户为例计算，也仅需要1.28Kbyte的空间，缓存10s的测量结果需要1.28MByte，因此同样32Mbyte的嵌入式存储单元就可以完成10s的RSRP测量延迟，相比较传统的数据缓存方式优势明显，具体可参考图4，图4中示出了本发明方法和传统方式所需占用的内存空间对比示意图。

当某参考点的测试基站接收到其服务基站广播的待定位终端的上行调度信息后，就可以将上行调度信息的调度条件(调度长度和起始调度位置)与备选集中的所有调度条件进行匹配，将匹配到的调度条件对应的RSRP确定为该待定位终端对应于该测试基站的RSRP。

采用以上预处理方法，对于常见的245.76M的处理时钟来说，处理量最大的一组即为调度长度为50RB的情况，在该调度长度下，所需要的处理时间：50RB*50RB/245.76MHz＝10us，可以看出，其所需要的处理时间远远小于一个TTI的时间，而对于N_CELL种小区配置的情况，为了节省资源可以每组参考信号序列做完相关后再更换配置进行下一小区配置下的参考信号序列相关。

二、定位阶段

在训练阶段，已经得到各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，在定位阶段，只需要利用多个终端对待定位终端进行测试，得到待定位终端所在位置对应的一个上行信道特征参数向量，利用该上行信道特征参数向量和各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，通过一个分类匹配算法，确定待定位终端所在位置。

此分类匹配算法实现原理为：每个参考点对应的上行信道特征参数向量属于一个分类，在确定待定位终端的位置时，计算待定位终端的上行信道特征参数向量与该分类中每个向量的欧氏距离；如果某一分类中有比较多的向量与待定位终端的上行信道特征参数向量的欧氏距离较小，则说明待定位终端越靠近该参考点，按照该方法，可以确定出待定位终端最接近的参考点，则该参考点的位置即为待定位终端所在位置。

基于以上原理，分类匹配算法如下：

对每一参考点，计算该参考点对应的每一上行信道特征参数向量与待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量之间的欧氏距离，统计该参考点对应的与待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量的欧式距离小于预设距离阈值的上行信道特征参数向量的个数，将该个数确定为该参考点的命中次数；

将命中次数最大的参考点的位置确定为待定位终端所在位置。

以上对本发明实施例终端定位方法的实现原理进行了详细说明，基于上述原理性说明，本发明提供了一种终端定位方法和一种终端定位装置，以下结合图5和图6进行详细说明：

参见图5，图5是本发明实施例LTE系统中的终端定位方法的流程图，如图5所示，该方法包括以下步骤：

步骤501、设置多个参考点；

步骤502、针对每个参考点，利用覆盖该参考点的多个基站对该参考点的训练终端进行多次测量，得到该参考点对应的多个上行信道特征参数向量；

步骤503、对于待定位终端，利用覆盖待定位终端所在位置的多个基站对待定位终端进行测量，得到待定位终端所在位置对应的一个上行信道特征参数向量，根据待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量、各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，确定待定位终端所在位置。

图5所示方法中，

利用覆盖该参考点的多个基站测量对该参考点的训练终端进行多次测量，得到该参考点对应的多个上行信道特征参数向量的方法为：

将该参考点所属服务小区的基站记为服务基站，将覆盖该参考点的其它基站记为测试基站；

在不同时间段对该参考点的训练终端进行测量，其中，每个时间段进行一次测量，具体包括：由服务基站接收该参考点的训练终端的上行调度信息，根据该上行调度信息确定位于该参考点对应于服务基站的上行信道特征参数，并将该上行调度信息广播到所有测试基站，以使各测试基站根据该上行调度信息确定该参考点对应于该测试基站的上行信道特征参数；

将每次测量得到的所有上行信道特征参数组成的向量作为该参考点对应的一个上行信道特征参数向量。

图5所示方法中，

根据待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量、各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，确定待定位终端所在位置的方法为：

针对每一参考点，计算该参考点对应的每一上行信道特征向量与待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量的欧式距离，统计该参考点对应的与待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量的欧式距离小于预设距离阈值的上行信道特征参数向量的个数，将该个数确定为该参考点的命中次数；

图5所示方法中，

所述上行信道特征参数包括参考信号接收功率RSRP和时间提前量TA；

各测试基站根据该上行调度信息确定该参考点的训练终端对应于该测试基站的上行信道特征参数之前，进一步包括：

确定所有可能的调度条件，计算每种调度条件下的本地参考信号；所述调度条件包括上行调度信息的调度长度和起始调度位置；

将每种调度条件下的本地参考信号和在上行调度信息传输过程中接收的参考信号进行相关，得到该种调度条件下的RSRP；

确定RSRP最高的前N_USER个调度条件，将前N_USER个调度条件以及其中每个调度条件对应的RSRP存储到备选集中；

各测试基站根据该上行调度信息确定该参考点对应于该测试基站的上行信道特征参数的方法为：将该上行调度信息的调度长度和起始调度位置与备选集中的各调度条件进行匹配，将匹配到的调度条件对应的RSRP、以及根据该上行调度信息确定的TA值确定为该参考点对应于该测试基站的上行信道特征参数。

图5所示方法中，

确定所有调度条件的方法为：

确定LTE系统支持的所有上行调度信息的调度长度；

针对每一上行调度信息的调度长度，将该调度长度和该调度长度允许的每一起始调度位置确定为一个调度条件。

图5所示方法中，

计算每种调度条件下的本地参考信号时，采用以下公式：

其中，u，v为与小区级参数有关的变量，α取值为0，n为调度长度，且

根据该上行调度信息确定TA值的方法为：确定该上行调度信息中包含的实际相位α，利用α与相位0的固定差值对相位α进行补偿，计算对相位α补偿后的结果与相位0之间的相位差，将该相位差对应的采样点个数确定为该上行调度信息对应的TA值。

参见图6，图6是本发明实施例LTE系统中的终端定位装置的结构示意图，如图6所示，该装置包括：设置单元601、测量单元602、定位单元603；其中，

设置单元601，用于设置多个参考点；

测量单元602，用于针对设置单元601设置的每个参考点，利用覆盖该参考点的多个基站对该参考点的训练终端进行多次测量，得到该参考点对应的多个上行信道特征参数向量；用于对于待定位终端，利用覆盖待定位终端所在位置的多个基站对待定位终端进行一次测量，得到待定位终端所在位置对应的一个上行信道特征参数向量；

定位单元603，用于根据待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量、各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，确定待定位终端所在位置。

图6所示装置中，

所述测量单元602，利用覆盖该参考点的多个基站测量对该参考点的训练终端进行多次测量，得到该参考点对应的多个上行信道特征参数向量时，用于：

图6所示装置中，

所述定位单元603，根据待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量、各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，确定待定位终端所在位置时，用于：

图6所示装置中，

所述测量单元602，在各测试基站根据该上行调度信息确定该参考点的训练终端对应于该测试基站的上行信道特征参数之前，进一步用于：

各测试基站根据该上行调度信息确定该参考点对应于该测试基站的上行信道特征参数时，将该上行调度信息的调度长度和起始调度位置与备选集中的各调度条件进行匹配，将匹配到的调度条件对应的RSRP、以及根据该上行调度信息确定的TA值确定为该参考点对应于该测试基站的上行信道特征参数。

图6所示装置中，

所述测量单元602，确定所有调度条件时，用于：

确定LTE系统支持的所有上行调度信息的调度长度；

图6所示装置中，

所述测量单元602，计算每种调度条件下的本地参考信号时，采用以下公式：

各测试基站根据该上行调度信息确定TA值时，确定该上行调度信息中包含的实际相位α，利用α与相位0的固定差值对相位α进行补偿，计算对相位α补偿后的结果与相位0之间的相位差，将该相位差对应的采样点个数确定为该上行调度信息对应的TA值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种LTE系统中的终端定位方法，其特征在于，该方法包括：

设置多个参考点；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

确定所有调度条件的方法为：

确定LTE系统支持的所有上行调度信息的调度长度；

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于

计算每种调度条件下的本地参考信号时，采用以下公式：

其中，u，v为与小区级参数有关的变量，α是一相位值，取值为0，n为调度长度，且

7.一种LTE系统中的终端定位装置，其特征在于，该装置包括：设置单元、测量单元、定位单元；

所述设置单元，用于设置多个参考点；

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述测量单元，利用覆盖该参考点的多个基站测量对该参考点的训练终端进行多次测量，得到该参考点对应的多个上行信道特征参数向量时，用于：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述定位单元，根据待定位终端所在位置对应的上行信道特征参数向量、各参考点对应的多个上行信道特征参数向量，确定待定位终端所在位置时，用于：

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述测量单元，在各测试基站根据该上行调度信息确定该参考点的训练终端对应于该测试基站的上行信道特征参数之前，进一步用于：

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述测量单元，确定所有调度条件时，用于：

确定LTE系统支持的所有上行调度信息的调度长度；

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述测量单元，计算每种调度条件下的本地参考信号时，采用以下公式：

各测试基站根据该上行调度信息确定TA值时，确定该上行调度信息中的相位α，确定该上行调度信息中包含的实际相位α，利用α与相位0的固定差值对相位α进行补偿，计算对相位α补偿后的结果与相位0之间的相位差，将该相位差对应的采样点个数确定为该上行调度信息对应的TA值。