CN112996002A - 一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，包括：定位管理功能模块生成定位参考信号PRS配置信息并分配给基站，基站根据PRS的配置信息分配发送PRS的时频资源，将PRS序列映射到用于发送PRS的时频资源，并根据配置信息中的静音配置信息在不被静音的PRS时机和子帧内发送映射的PRS。PRS静音配置信息是由定位管理功能模块根据可听性、干扰均衡性和定位更新周期时间的需求筛选所得伪随机码组，并分配给各基站。基站根据为其分配的伪随机序列，确定用于发送PRS的PRS时机和/或PRS子帧中静音和/或不被静音的PRS时机和/或PRS子帧。基站在分配的PRS时频资源且确定为不被静音的PRS时机和PRS子帧上发送映射的PRS。

Description

一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法

技术领域

本发明涉及一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，属于终端定位领域，尤其涉及一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法以及与其相关的用于配置基站发送定位参考信号静音的伪随机序列选择方法。

背景技术

可观测信号到达时间差(Observed time difference of Arrival,OTDoA)是3GPP引入的一种利用基站发送的下行定位参考信号(Positioning reference signal,PRS)的到达时间差 (Received time difference of arrival,RSTD)对用户终端(Userequipment,UE，也称为用户) 进行定位的技术，已在LTE系统中得到成功应用，且被列入5G定位方法。

原则上，终端可以测量任何一个基站发送的下行定位参考信号并上报给定位服务器，后者利用最小二乘残差等多边定位算法估计终端位置。然而，随着无线网络的演进，基站的部署逐渐呈现密集化，导致用于传输PRS信号的有限的无线资源与日益增长的基站部署密度之间出现了难以解决的矛盾。针对上述矛盾，基站通常采用PRS静音策略予以缓解，所述PRS 静音策略根据01比特构成的一串静音比特序列控制各基站在相应的时间段发送/不发送PRS 信号。值得注意的是，这种PRS静音策略带来了另一个问题，即终端需要等待定位服务器为其选择的基站在静音比特序列控制下全部完成PRS发送才可以得到所有RSTD测量值，然后进行位置估计，导致终端在短时间内的可观测基站数量降低，定位更新时间明显增加，在高动态场景中将引入较大的定位误差，且在设置各基站的静音比特序列的过程中没有考虑时域静音最小单位之间的干扰均衡性对终端定位以及无线资源利用率的影响。

因此，如何在保障终端定位服务性能的前提下，高效传输定位参考信号是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于，提供一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，以解决传统 PRS静音策略应用在蜂窝网络定位场景下定位更新频率较低的问题，同时增强无线资源的利用率，增强定位服务的安全性。

本发明提出一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，具体步骤如下：

步骤一，定位管理功能模块根据系统对定位服务的需求生成PRS配置信息并分配给参与定位的各个基站。

一般地，定义一组连续的传输PRS信号的多个子帧称为一个PRS时机。本发明要求定位管理功能模块对定位参考信号PRS配置信息，配置信息包括：T_PRS，其决定了PRS时机重复出现的周期；Δ_PRS，其决定了传输PRS信号的特定的子帧；I_PRS，是PRS配置索引；N_PRS，其表示在每个PRS时机中连续传输PRS的子帧的数量。其中，T_PRS和Δ_PRS可能通过I_PRS传达， I_PRS和N_PRS可能通过高层协议参数设置。通常，N_PRS可以在1和160之间(例如1、2、4和 6以及其他值)，在定位服务紧急的情况下N_PRS取值可能增加，T_PRS可能取值为160，320，640 或1280ms。

此外，PRS配置信息还应包括根据系统对定位服务的需求生成的PRS静音配置信息，具体步骤如下：

1)根据构造复杂度、安全性等指标选择用于配置PRS静音序列的伪随机码c_i(n)∈{0,1}，其中i表示伪随机码的索引，n表示第i个伪随机码中的第n位；在一种可能的实现方式中，安全性定义为原伪随机码具有尽可能长的周期，使得干扰机难以从伪随机序列的一小段重建整个码序列；伪随机码可能是m码和GOLD码等，其原始码长度为L₀；

2)配置信息中的PRS时机和/或包含PRS资源块的子帧数量设置码长需求L，在一种可能的实现方式中可以设置L＝N_PRS；

3)判断1)中所述伪随机码的原始码长L₀与2)中所述的码长需求L是否相同，若不相同则执行步骤4)；若相同执行步骤5)；

4)根据系统对平衡性的要求选择截断点，所述平衡性通过伪随机序列中的01比例

与平衡性需求bal_thr＝50％的接近程度衡量，截断后保留的序列中的0和1的个数应近似相等，设置50％的原因是定位服务需要在增强可听性的同时，保障定位更新时间和可观测基站数量。可听性表示接收信号的信号质量，通常由信号的信噪比或者信干噪比表示。

5)存储初始候选伪随机码集合

n∈{0,...,L-1}；

6)根据待分配静音伪随机序列的基站数量M^*，首先对初始候选伪随机码集合

中随机筛选M′个伪随机码并存储一次候选伪随机码集合

(M^*≤M′)。设计所述筛选是因为每次分配静音基站的数量M^*可能根据部署和/或定位需求变化，因此通常原始码组数量M设置较大，避免基站数量变化时重复生成原始码组。从M个原始伪随机码中通过随机筛选可以避免可能的组合过多导致后续步骤7)中计算量过大；

7)根据系统对干扰均衡性的要求对

进行筛选。所述干扰指共用同一PRS频率资源的基站在同一个时域子帧上没有被静音而导致的干扰I，均衡性指I的范围需要在一定的区间内，I_min≤I≤I_max，在同一个时间内的干扰处于均衡水平。所述均衡水平是指由于静音用伪随机序列的设置不合理，导致在某一子帧多个基站同时发送的PRS信号干扰明显增大的情况，该情况会造成用户接收PRS信号的信干噪比大幅降低；同时也应该尽可能避免某一子帧上没有任何基站发送信号或者干扰非常小足以忽略对接收信号信干噪比的影响的情况，该情况会造成无线资源利用率降低。由于PRS发送静音/发送是通过静音伪随机序列

中的0/1比特控制，因此干扰均衡性可以用

中各元素的相应位置的比特

为1和/或0的比例衡量，也就是最大和/或最小并发数量。从

中的伪随机序列集合中选出M^*个伪随机序列组成一个子集，不重复地生成最终备选伪随机码集合

计算

中每个子集

的每个比特位的并发率

其中

n∈{0，...，L-1}。将所述干扰均衡的需求I_min≤I≤I_m，转化为对最大和最小并发率的需求

从而根据

中每个子集对应的并发率筛选，若

中多个备选子集都符合并发率要求，按照干扰最小，即并发率最低的原则筛选。经过所述筛选后得到的M^*个伪随机序列组成集合

存储

8)为各基站分配

中的伪随机码作为静音配置信息，用于指示对应的PRS时机和/或 PRS子帧被静音和/或不被静音；

PRS静音配置信息的静音伪随机序列包括控制PRS时机的静音伪随机序列和/或控制PRS 子帧的静音伪随机序列，可以根据定位服务的重要程度、紧急程度和无线资源的紧缺程度联合或单独使用。

在一种可能的实现方式中，PRS静音伪随机序列在出现子帧大量连续传输需求的情况下可以根据静音重复因子

重复设置或以L为周期进行延拓，

根据高层协议参数设置。

步骤二、基站根据步骤一中分配的PRS配置信息分配用于发送PRS的时频资源。PRS时域资源包括PRS时机组、PRS时机和PRS子帧设置信息；PRS频域资源包括PRS资源单元的频移信息，最小单位为一个OFDM符号。

步骤三、在静音判决模块根据步骤二中分配的PRS时频资源，估计干扰程度，判断是否需要PRS静音，若判断为需要静音，则转到步骤四，否则转到步骤五直接发送PRS信号。此干扰指不采取静音策略的情况下，由于多个基站发送的PRS信号共用同样的时频资源造成的信号干扰。在一种可能的实现方式中，所述干扰可由参与定位且共用PRS无线资源的基站的 PRS信号的信干噪比(Signal to interference plus noise ratio,SINR)衡量。终端接收基站i的 PRS信号的SINR可表示为：

其中，p_t,a是基站a的定位参考信号的发射功率，PL_a是基站a至用户终端的路径损耗， p_noise是接收噪声功率；J_a表示与基站a共用同一时频资源发送PRS信号的基站集合，b表示 集合J_a中的某个基站的索引，相应的p_t,b是基站b的定位参考信号的发射功率，PL_b是基站b 至用户终端的路径损耗。静音判决阈值为SINR_thr，当定位基站中存在一个基站满足SINR_a≤SINR_thr时，判定系统需要静音。

步骤四、基站根据静音配置信息中的伪随机序列对PRS时机和/或包含PRS的子帧进行静音调制，调制后更新用于发送PRS的时频资源；

1)根据步骤一中为各个基站分配的静音伪随机序列对PRS时机和/或包含PRS的子帧进行静音调制，如图3(a)、(b)所示，即根据静音伪随机序列中的0/1比特决定各基站的PRS信号在相应的PRS时机和PRS子帧处静音/发送。如果静音伪随机序列的一个比特位是“0”，那么对应的PRS时机或PRS子帧则被静音；

2)根据第1)步中设置的静音配置，更新步骤二中用于发送PRS的时频资源。

步骤五、基站将PRS序列r(m)映射到用于发送PRS的时频资源并发送PRS，r(m)根据3GPP定位协议设置。

本发明通过上述基于伪随机序列调制的定位参考信号传输策略，为基站配置经过平衡性、干扰均衡性、高无线资源利用率综合优化筛选的静音伪随机序列，基于所述静音伪随机序列对PRS时机和/或PRS子帧进行静音，能够有效保障用户终端在较短时间内完成多个基站PRS 信号的测量及RSTD计算，从而大幅降低定位更新时间。

本发明提供了一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，其优点及功效在于：本发明方法可以提高用户终端的定位更新频率，高效利用有限的无线资源。并且，基于伪随机序列的静音配置方法能够增强定位服务的安全性，利用伪随机序列对非合法用户终端的定位信号的接收加扰，降低其定位性能，甚至使其无法定位。

附图说明

图1为本发明所提出的基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法的总体流程图。

图2为本发明所提出的基于平衡性和干扰均衡性筛选静音伪随机序列的方法流程图。

图3(a)、(b)为本发明所提出的基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法与传统的基于随机01比特序列控制的定位参考信号传输方法对比图。

图4为本发明所针对的密集网络部署场景示意图。

具体实施方式

以下，对本申请实施例中的部分用语进行解释说明，以便本领域技术人员理解。

(1)本申请实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其他量词与之类似。

(2)“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A，单独存在B，和同时存在A和B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

(3)本申请实施例中，名词“终端”和“用户”经常交替使用，但本领域的技术人员可以理解其含义。

(4)本申请实施例中，名词“伪随机码”和“伪随机序列”经常交替使用，但本领域的技术人员可以理解其含义。伪随机码是伪随机噪声码(Pseudo-random noise，PRN)的简称，是一种能预先确定的、有周期性的二进制数序列，而且又接近于二进制数随机序列的良好自相关特性。

(5)在本实施例中，为了描述方便，定义了如下术语：

PRS子帧：无线电帧(Radio frame)内用于发送PRS的子帧(Subframe)，即在该子帧中发送PRS信号；

PRS时机：连续的多个PRS子帧组成1个PRS时机(PRS occasion)；

PRS静音：在相应的时间段内原本应该发送PRS信号，但是根据PRS静音配置信息，基站选择不发送PRS信号以避免干扰，同时用户终端也不接收相应的基站的PRS信号。

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明通过对配置静音信息的伪随机序列进行优化筛选，从而使得基站根据配置的静音伪随机序列发送定位参考信号，进而终端能够在较短时间内完成与多个基站的参考信号测量，有效缩短定位更新时间，且无线资源利用率较高。

下面将以定位基站数量M^*＝12，静音判决阈值SINR_thr＝-10dB，每个PRS时机包含的PRS 子帧数量N_PRS＝24，静音伪随机序列码长要求L＝24，平衡性需求bal_thr＝50％，最小并发率 P_min＝5％，最大并发率P_max＝20％为例对发明的具体实施方式进行详细介绍，方法总体流程如图1所示。

本发明首先给出了针对平衡性和干扰均衡性需求优化筛选静音用伪随机序列的方法，如步骤1所示，流程图如图2所示。

步骤1.1：定位管理功能模块对PRS配置信息包括PRS周期T_PRS＝160ms，PRS子帧偏移Δ_PRS，PRS配置索引I_PRS和PRS时机包含的PRS子帧数量N_PRS＝24，其中Δ_PRS和I_PRS由高层协议配置。

步骤1.2：根据构造复杂度、安全性等指标选择用于配置PRS静音序列的伪随机码为 GOLD码c_i(n)∈{0,1}，其中i表示伪随机码的索引，n表示第i个伪随机码中的第n位。

步骤1.3：根据PRS配置信息中的PRS时机包含的PRS子帧数量N_PRS＝24设置码长需求L＝N_PRS＝24；

步骤1.4：判断步骤1.1中选择的Gold码的原始码长属于2的正整数次幂减1，即(2ⁱ-1),i∈Z⁺，与2)中步骤1.3所述的码长需求L＝N_PRS＝24不同，需要产生31位长度的 GOLD码进行截断；

步骤1.5：根据系统对平衡性的要求选择截断点，所述平衡性通过伪随机序列中的01比例

与平衡性需求bal_thr＝50％的接近程度衡量。

步骤1.6：完成步骤1.5的截断后，存储截断的初始候选码集合组成

n∈{0,...,23}；

步骤1.7：根据待分配静音序列的基站数量M^*＝12，设置M′＝20，在伪随机码组构成待分配码集合

中随机筛选码组并存储

将

中的伪随机序列挑选出 M^*＝12个伪随机序列组成一个子集，不重复地生成最终备选集合

共

个待选子集，计算

中每个子集

的每个比特位的并发率

其中

n∈{0，...，L-1}。

将所述干扰均衡的需求I_min≤I≤I_max，转化为对最大和最小并发率的需求5％≤P≤20％，从而根据并发率筛选，筛选后得到的M^*＝12个伪随机序列组成集合

并存储。

步骤1.8：为各基站分配

中的伪随机码作为静音配置信息，用于指示对应的PRS时机和/或PRS子帧被静音和/或不被静音；

步骤2：在筛选完成静音用伪随机序列并将PRS配置信息分配给各基站后，基站根据步骤一中分配的PRS配置信息分配用于发送PRS的时频资源。

在完成PRS配置信息后，发明将在静音判决模块，根据步骤2中分配的PRS时频资源，估计干扰程度，若判断为需要静音，则转到步骤4.1，否则转到步骤5直接发送PRS信号，具体流程为步骤3.1～步骤3.2。

步骤3.1：计算终端接收各个基站的PRS信号的SINR，表示为SINR_i。

步骤3.2：比较各基站SINR与静音阈值SINR_thr的大小，若存在SINR_i≤SINR_thr＝-10dB 时，判定系统需要静音。

步骤4.1：基站根据静音配置信息中的伪随机序列对PRS子帧进行静音调制，如图3(a)、 (b)所示，即根据静音伪随机序列中的01比特决定各基站的PRS信号在相应的PRS时机和 PRS子帧处发送和/或静音。如果静音伪随机序列的一个比特是“0”，那么对应的PRS时机或 PRS子帧则被静音。

步骤4.2：根据步骤4.1中设置的静音配置，更新步骤2中用于发送PRS的时频资源。

步骤5：基站将PRS序列r(m)映射到用于发送PRS的时频资源并发送PRS，r(m)可根据3GPP TS38.211的第7.4.1.7节设置。

通过上述基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，能够提供给各个基站适当的静音配置伪随机序列，控制各基站有序调控PRS信号的发送与静音，降低干扰的同时高效利用无线资源，帮助用户在一个PRS时机内完成多个基站的信号RSTD测量，有效缩短定位更新周期。此外，本发明所提出的一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法可以将PRS 静音伪随机序列作为基础配置信息发送给合法用户，降低非合法用户的定位服务性能，进而提升定位服务的安全性。

Claims (8)

1.一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一、定位管理功能模块根据系统对定位服务的需求生成PRS配置信息并分配给参与定位的各个基站；

步骤二、基站根据步骤一中分配的PRS配置信息分配用于发送PRS的时频资源；

步骤三、在静音判决模块根据步骤二中分配的PRS时频资源，估计干扰程度，判断是否需要PRS静音，若判断为需要静音，则转到步骤四，否则转到步骤五；

步骤四、基站根据静音配置信息中的伪随机序列对PRS时机和/或包含PRS的子帧进行静音调制，调制后更新用于发送PRS的时频资源；

步骤五、基站将PRS序列映射到用于发送PRS的时频资源并发送PRS。

2.根据权利要求1所述的一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，其特征在于：所述步骤一中，一个PRS时机由一组连续的传输PRS信号的多个子帧组成；要求定位管理功能模块对定位参考信号PRS配置信息，包括：T_PRS，其决定了PRS时机重复出现的周期；Δ_PRS，其决定了传输PRS信号的特定的子帧；I_PRS，是PRS配置索引；N_PRS，其表示在每个PRS时机中连续传输PRS的子帧的数量；其中，T_PRS和Δ_PRS通过I_PRS传达，I_PRS和N_PRS通过高层协议参数设置；N_PRS在1和160之间。

3.根据权利要求2所述的一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，其特征在于：在定位服务紧急的情况下N_PRS取值会增加，T_PRS取值为160，320，640或1280ms。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，其特征在于：所述步骤一中PRS配置信息还应包括根据系统对定位服务的需求生成的PRS静音配置信息，PRS静音配置信息过程如下：

1.1根据构造复杂度、安全性的指标选择用于配置PRS静音序列的伪随机码c_i(n)∈{0,1}，其中，i表示伪随机码的索引，n表示第i个伪随机码中的第n位；伪随机码是GOLD码、m码或PN码，其原始码长度为L₀；

1.2根据PRS时机和/或包含PRS资源块的子帧数量设置码长需求L；

1.3判断步骤1.1中所述伪随机码的原始码长L₀与步骤1.2中所述的码长需求L是否相同，若不相同则执行步骤1.4，否则执行步骤1.5；

1.4根据系统对平衡性的要求选择截断点，所述平衡性通过伪随机序列中的01比例

与50％的接近程度衡量，设置50％的原因是定位服务需要在增强可听性的同时，保障定位更新时间和可观测基站数量；可听性表示接受信号的信号质量，由信号的信噪比或者信干噪比表示；

1.5存储初始候选码集合

1.6根据待分配静音伪随机序列的基站数量M^*，首先对原始伪随机码组构成待分配码集合

中随机筛选M′个伪随机码并存储一次候选伪随机码集合

M^*≤M′；每次分配静音基站的数量M^*根据部署和/或定位需求变化；

1.7根据系统对干扰均衡性的要求对

进行筛选；干扰指共用同一PRS频率资源的基站在同一个时域子帧上没有被静音而导致的干扰I，均衡性指I的范围需要在一定的区间内，I_min≤I≤I_max，在同一个时间内的干扰处于均衡水平；均衡水平是指由于静音用伪随机序列的设置不合理，导致在某一子帧多个基站同时发送的PRS信号干扰明显增大的情况，该情况会造成用户接收PRS信号的信干噪比降低；由于PRS发送静音/发送是通过静音伪随机序列

中的0/1比特控制，因此干扰均衡性用伪随机码组集合

中各元素的相应位置的比特

为1和/或0的比例衡量，也就是最大和/或最小并发数量；从

中的伪随机序列集合中选出M^*个伪随机序列组成一个子集，不重复地生成最终备选伪随机码集合

计算

中每个子集

的每个比特位的并发率

其中

将所述干扰均衡的需求I_min≤I≤I_max，转化为对最大和最小并发率的需求

从而根据

中每个子集对应的并发率筛选，若

中多个备选子集都符合并发率要求，按照干扰最小，即并发率最低的原则筛选；经过所述筛选后得到的M^*个伪随机序列组成集合

存储

1.8为各基站分配

中的伪随机码作为静音配置信息，用于指示对应的PRS时机和/或PRS子帧被静音和/或不被静音。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，其特征在于：步骤一中PRS静音配置信息的静音伪随机序列包括控制PRS时机的静音伪随机序列和/或控制PRS子帧的静音伪随机序列，根据定位服务的重要程度、紧急程度和无线资源的紧缺程度联合或单独使用。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，其特征在于：步骤一中PRS静音配置信息的静音伪随机序列在出现子帧大量连续传输需求的情况下，根据静音重复因子

重复设置或以L为周期进行延拓，

根据高层协议参数设置。

7.根据权利要求1所述的一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，其特征在于：步骤三在静音判决模块根据步骤二中分配的PRS时频资源估计干扰程度，此干扰指不采取静音策略情况下由于多个基站发送的PRS信号共用同样的时频资源造成的信号干扰。

8.根据权利要求1所述的一种基于伪随机序列调制的定位参考信号传输方法，其特征在于：步骤四中基站根据静音配置信息中的伪随机序列对PRS时机和/或包含PRS的子帧进行静音调制，调制后更新用于发送PRS的时频资源，其步骤如下：

4.1根据步骤一中为各个基站分配的静音伪随机序列对PRS时机和/或包含PRS的子帧进行静音调制，即根据静音伪随机序列中的01比特决定各基站的PRS信号在相应的PRS时机和PRS子帧处发送和/或静音；如果静音伪随机序列的一个比特是“0”，那么对应的PRS时机或PRS子帧则被静音；

4.2根据步骤4.2中设置的静音配置，更新步骤二中用于发送PRS的时频资源。

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