CN113423061A - 对处于5g网络下的终端设备的定位方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请中提供的对处于5G网络下的终端设备的定位方法和装置。所述方法包括:接收基站服务中心发送的定位请求指令;向基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括定位计算能力信息和信号质量信息;向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站信息、位置参考信息、辅助参考信息;接收基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号(PRS)和至少一种辅助参考信号;根据接收到的所述辅助信息回复信令,通过预设算法获取小数倍时延估计结果,并将其传回给所述基站服务中心;接收基站服务中心根据所述小数倍时延估计结果计算的终端设备的位置信息,有效提高了定位精度。
Description
技术领域
本申请涉及5G定位技术领域,特别涉及一种对处于5G网络下的终端设备的定位方法和装置。
背景技术
2015年9月,国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)发布的5G白皮书定义了5G的三大场景,分别是增强移动宽带(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)、大连接物联网(Massive Machine Type of Communication,mMTC)、超高可靠低时延(Ultra-reliable and Low Latency Communication,URLLC)。三大场景在对通信需求进行细分的同时,也对定位服务提出了更高的要求:5G定位的最高要求是水平定位精度0.3米,垂直定位精度2米,可用性99%,时延1s;5G增强定位保持定位精度要求不变,但是可用性要求为99.9%,时延为10ms。为了支持不同业务场景下的定位需求,5G在充分借鉴LTE设计的基础上,引入了一些全新的概念:高频段大带宽、灵活的子载波间隔和帧结构设计、自适应部分带宽、大规模天线阵列、波束管理、参考信号等。其中频段范围分为2段,分别是410MHz-7125MHz的FR1和24250MHz-52600MHz的FR2。FR1支持5-100MHz的信道带宽,FR2支持50MHz-400MHz[1],大的带宽有利于参数估计,为高精度距离测量提供了支持。
5G下行链路采用的是带有循环前缀的OFDM(CP-OFDM)技术,可以把链路资源看成是时频网格资源,为了适应从几百兆赫兹到毫米波的频谱范围,NR支持灵活可变的参数集,其子载波间隔在15KHz-240KHz的范围内选择,子载波间隔越大,OFDM符号时间越短。如图1所示,一个物理资源块(Physical Resource Block,PRB)频域上包括12个连续的子载波,在物理层规范中最多为273个。时域上一个无线帧包含10个子帧,一个子帧内的时隙数取决于子载波间隔,一个时隙上对应12或14个OFDM符号,可以根据不同的终端设备进行资源动态调整分布,实现资源的符号级调度。
3GPP Rel-9定义了专用于下行定位的定位参考信号(PRS),利用网络辅助终端定位的0TD0A定位技术,在网络侧为基站和终端指定PRS的发送和接收配置后,接收端识别来自多个基站的PRS信号并估计到达时间上报到网络侧,网络侧通过将不同基站间信号到达的时间差(Reference Signal Time Difference,RSTD)映射成距离差,不需严格的网络时间同步,通过双曲三线模型计算出终端的位置。该但定位方法的定位精度依赖于PRS信号的接收与首径估计,在密集城区和室内等环境存在多径影响,增加定位误差。Dstino等利用毫米波特性提出一种贪婪搜索方法,让终端接收最佳的PRS波束来进行RSTD测量,减小OTDOA定位误差。Yin等就通信导航一体化方向,提出了一种新的定位通信集成信号,将功率和带宽都可配置的PRS叠加在通信信号上,分析了定位信号对通信信号的干扰是可控的,从而减少了远近效应,提高测距精度,但是这些方案都需要改进算法并且大大增加了定位解算的计算量。
发明内容
本申请的主要目的为提供一种对处于5G网络下的终端设备的定位方法和装置,旨在解决上述背景技术存在的问题。
为实现上述目的,本申请提供了一种对处于5G网络下的终端设备的定位方法,采用如下技术方案,所述方法包括步骤:
S1所述终端设备接收到从基站服务中心发送的定位请求指令后,向该基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括基站服务中心定位的计算能力信息和信号质量信息;
S2接着,所述终端设备向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站坐标信息、位置参考信息、辅助参考信息;
S3所述终端设备接收从该基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号和辅助参考信号;
S4所述终端设备根据接收到的所述辅助信息回复信令,通过预设的算法来获取时延估计结果,并将其传回给所述基站服务中心以由其计算获得关于该终端设备的位置信息;
S5所述终端设备接收到所述基站服务中心发出的关于该终端设备的位置信息。
进一步地,所述辅助参考信号包括:信道状态信息参考信号(CSI-RS)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)中的1个信号或多个信号。
进一步地,当所述辅助参考信号中包含信道状态信息参考信号(CSI-RS)时,所述接收基站服务中心发送的辅助信息回复信令的步骤包括:
接收基站定位中心通过预设的置零方式发送的信道状态信息参考信号(CSI-RS)。
进一步地,在步骤S4中,获取时延估计结果的方法包括:
基于自适应阈值的首达径估计算法得到整数倍时延估计;发送端信号x(n)表示为
接收端信号y(n)表示为
其中,j为虚数符号,p为多径数目,hr为路径复数增益,nr为其他路径相对于首径时间的时延,u为首径的整数倍时延,J1为每一个OFDM符号上参考信号所在的子载波索引,Nsymb为多信令联合的OFDM符号个数,r表示多径的数量,Ts为系统采样周期,且Ts=T/N,T为一个OFDM符号持续时间;ui为整数倍时延,为小数倍时延,fdr表示每一路的多普勒频率,
整数倍时延估计过程为
对E{|Ryx(u)|2}进行滑动求和,再确定信号到达时间域,
u0≤t≤u0+NCP-1
NCP为OFDM符号循环前缀的长度,噪底Nf设为信号到达时间域之后的相关值的统计平均,最终信号阈值的计算公式为
Rthred=β*Rmax+(1-β)*Nf
Rmax为Ryx(u)得到的相关峰值,通过多次仿真,调整自适应阈值β=0.85时,可以正确检测到首达径;
基于子载波相位差的时延估计方法得到小数倍时延估计;上述得到的整数倍时延在时域上对接收信号进行补偿,再进行OFDM解调频域信号Z(k),根据每个子载波上的相位与子载波序号k成线性关系的特点,对于每个OFDM符号,令
进一步地,所述基站服务中心获得关于所述终端设备的位置信息的方法包括:
基站服务中心得到终端上传的时延估计结果,采用时间到达差(Time DifferenceOf Arrival,TDOA)定位技术解算终端位置;设参与解算的n个基站位置坐标为(xi,yi),i表示第i个基站,终端位置为(x,y),设基站1为服务基站
因此有
得到
最后采用最小二乘法求解得
Δz=(GTG)-1GTh。
为实现上述目的,本申请还提供了一种对处于5G网络下的终端设备的定位装置,所述装置包括:
第一请求模块,用于所述终端设备接收到从基站服务中心发送的定位请求指令后,向该基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括基站服务中心定位的计算能力信息和信号质量信息;
第二请求模块,用于接着,所述终端设备向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站坐标信息、位置参考信息、辅助参考信息;
第一接收模块,用于所述终端设备接收从该基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号和辅助参考信号;
获取模块,用于所述终端设备根据接收到的所述辅助信息回复信令,通过预设的算法来获取时延估计结果,并将其传回给所述基站服务中心以由其计算获得关于该终端设备的位置信息;
第二接收模块,用于所述终端设备接收到所述基站服务中心发出的关于该终端设备的位置信息。
进一步地,所述辅助参考信号包括:信道状态信息参考信号(CSI-RS)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)中的1个信号或多个信号。
进一步地,当所述辅助参考信号中包含信道状态信息参考信号(CSI-RS)时,所述接收基站服务中心发送的辅助信息回复信令的步骤包括:
接收基站定位中心通过预设的置零方式发送的信道状态信息参考信号(CSI-RS)。
进一步地,获取时延估计结果的方法包括:
基于自适应阈值的首达径估计算法得到整数倍时延估计;发送端信号x(n)表示为
接收端信号y(n)表示为
其中,j为虚数符号,p为多径数目,hr为路径复数增益,nr为其他路径相对于首径时间的时延,u为首径的整数倍时延,J1为每一个OFDM符号上参考信号所在的子载波索引,Nsymb为多信令联合的OFDM符号个数,r表示多径的数量,Ts为系统采样周期,且Ts=T/N,T为一个OFDM符号持续时间;ui为整数倍时延,为小数倍时延,fdr表示每一路的多普勒频率,
整数倍时延估计过程为
对E{|Ryx(u)|2}进行滑动求和,再确定信号到达时间域,
u0≤t≤u0+NCP-1
NCP为OFDM符号循环前缀的长度,噪底Nf设为信号到达时间域之后的相关值的统计平均,最终信号阈值的计算公式为
Rthred=β*Rmax+(1-β)*Nf
Rmax为Ryx(u)得到的相关峰值,通过多次仿真,调整自适应阈值β=0.85时,可以正确检测到首达径;
基于子载波相位差的时延估计方法得到小数倍时延估计;上述得到的整数倍时延在时域上对接收信号进行补偿,再进行OFDM解调频域信号Z(k),根据每个子载波上的相位与子载波序号k成线性关系的特点,对于每个OFDM符号,令
进一步地,所述基站服务中心获得关于所述终端设备的位置信息的方法包括:
基站服务中心得到终端上传的时延估计结果,采用时间到达差(Time DifferenceOf Arrival,TDOA)定位技术解算终端位置;设参与解算的n个基站位置坐标为(xi,yi),i表示第i个基站,终端位置为(x,y),设基站1为服务基站
因此有
得到
最后采用最小二乘法求解得
Δz=(GTG)-1GTh。
与现有技术相比,本申请实施例主要有以下有益效果:
本申请中提供一种对处于5G网络下的终端设备的定位方法和装置的包括:接收基站服务中心发送的定位请求指令;向基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括定位计算能力信息和信号质量信息;向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站信息、位置参考信息、辅助参考信息;接收基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号(PRS)和至少一种辅助参考信号;根据接收到的所述辅助信息回复信令,通过预设算法获取小数倍时延估计结果,并将其传回给所述基站服务中心;接收基站服务中心根据所述小数倍时延估计结果计算的终端设备的位置信息。本申请利用了5GNR丰富的参考信号以及PRS在低干扰子帧传输的特点,将一个子帧上传输的其他参考信号一起用于时延估计,增强参考信号时间差(RSTD)的确定,在不额外增加时频资源的基础上,提高定位测量的准确性,有效提高了定位精度,且没有使定位解算的计算量增加或是增加很多。
附图说明
图1是本申请一实施例中对处于5G网络下的终端设备的定位方法的基站分布示意图;
图2是本申请一实施例中对处于5G网络下的终端设备的定位方法流程示意图;
图3是本申请一实施例中对处于5G网络下的终端设备的定位装置结构示意图;
图4是本申请不同参考信号联合测量的3种资源分布示意图;
图5是本申请一实施例中不同参考信号时延估计误差对比示意图;
图6是本申请一实施例中不同参考信号的定位误差对比示意图;
图7是本申请一实施例中信号带宽分布图;
图8是本申请一实施例中PSS/SSS整数倍时延估计结果示意图;
图9是本申请一实施例中PRS全带宽分布下多普勒频移对时延估计结果的影响示意图;
图10是本申请一实施例中多信令联合下多普勒频移对时延估计结果的影响示意图;
图11是本申请一实施例中不同多普勒频移下对定位误差累积分布函数示意图;
图12是本申请一实施例中多信令联合下的对定位误差累积分布函数示意图;
图13是本申请一实施例中计算机设备结构示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
除非另有定义,本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本申请中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明;本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。
在本申请中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
参照图1,本申请提供的一种对处于5G网络下的终端设备的定位方法,其使用基站服务中心对5G定位目标进行定位。其中,基站服务中心至少包括5G定位基站(图中BS1、BS2、BS3、BS4)和服务器(图中未示)两个部分(5G定位基站和服务器可以设置在一起,也可以分开),且基站服务中心之中至少包括两个基站。基站服务中心和5G定位目标(本实施例如图1中心黑点所示,其本身是一种具备收发5G信号的终端设备,例如手机,智能穿戴设备,车载智能终端,智能物流机器人以及其他可以实现收发5G信号的设备等)组成5G定位系统。
所述的对处于5G网络下的终端设备的定位方法包括:
基站服务中心向所述终端设备发送定位请求指令;
所述终端设备接收到从基站服务中心发送的定位请求指令后,向该基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括基站服务中心定位的计算能力信息和信号质量信息;
接着,所述终端设备向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站坐标信息、位置参考信息、辅助参考信息;
所述基站服务中心向所述终端设备发送辅助信息回复信令;
所述终端设备接收从该基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号和辅助参考信号;
所述终端设备根据接收到的所述辅助信息回复信令,通过预设的算法来获取时延估计结果,并将其传回给所述基站服务中心以由其计算获得关于该终端设备的位置信息;
所述基站服务中心计算关于该终端设备的位置信息,并将关于该终端设备的位置信息发送给该终端设备;
所述终端设备接收到所述基站服务中心发出的关于该终端设备的位置信息。
参照图2,本申请第一实施例提供一种对处于5G网络下的终端设备的定位方法,采用如下技术方案:
S1、所述终端设备接收到从基站服务中心发送的定位请求指令后,向该基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括基站服务中心定位的计算能力信息和信号质量信息;
S2、接着,所述终端设备向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站坐标信息、位置参考信息、辅助参考信息;
S3、所述终端设备接收从该基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号和辅助参考信号;
S4、所述终端设备根据接收到的所述辅助信息回复信令,通过预设的算法来获取时延估计结果,并将其传回给所述基站服务中心以由其计算获得关于该终端设备的位置信息;
S5、所述终端设备接收到所述基站服务中心发出的关于该终端设备的位置信息。
如上述步骤S1所述,终端设备在进行定位的过程中,首先必须处于前述系统的可定位范围内,当符合位置条件时,终端设备接收到从基站服务中心发送的定位请求指令后,向该基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括基站服务中心定位的计算能力信息和信号质量信息。其中,上述计算能力信息包括对定位信号类型的接收处理能力(接收处理能力是由用户终端设备的硬件设计方案决定,接收终端在回复信令中给出自身可处理的信号带宽以及是否具备TDOA定位能力)、测量方式(频率间RSTD测量(inter-frequency)和同频(intra-frequency)的RSTD测量)及测量频率;信号质量信息为终端观测到的定位信号功率及信号误差向量幅度。
如上述步骤S2所述,向该基站服务中心发送定位请求回复信令后,接着向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站坐标信息、位置参考信息、辅助参考信息。其中,终端设备可以是先发送定位请求回复信令,再发送辅助信息请求;也可以是二者同步发送的。
如上述步骤S3所述,所述终端设备接收从该基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号和辅助参考信号。
针对前述实施例,本申请提出第二实施例,其中,前述S2中基站坐标信息,通过终端参考基站位置信息和距离信息来反馈,上述距离信息指的是基站之间的距离,即通过建立坐标系,通过将基站表示在坐标系中体现基站坐标信息。前述位置参考信息包括位置参考信号(PRS),辅助参考信息包括参考小区和邻小区的配置信息,以及信道状态信息参考信号(CSI-RS)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)中的1个信号或多个信号。
针对前述实施例,本申请提出第三实施例,其中,当所述辅助参考信号中包含信道状态信息参考信号(CSI-RS)时,所述接收基站服务中心发送的辅助信息回复信令的步骤包括:
接收基站定位中心通过预设的置零方式发送的信道状态信息参考信号(CSI-RS)。上述预设的置零方式具体可以是:在多基站场景下,可以通过设置零功率(Zero Power,ZP)与非零功率(Non-Zero Power,NZP)的CSI-RS来避免邻区干扰,使得CSI-RS可作为TOA测量的参考信号,即把服务基站对应的相邻基站配置为NZP CSI-RS的端口上配置为ZP CSI-RS,使得用户在服务基站零功率端口处接收到的功率认为是来自相邻基站的干扰,以此进行干扰测量确保终端设备能够正确接收到基站服务中心中的基站的信道状态信息参考信号(CSI-RS)用于TDOA(到达时间差定位方法)解算。
针对前述实施例,本申请提出第四实施例,其中,上述步骤S4中,获取时延估计结果的方法包括:
基于自适应阈值的首达径估计算法得到整数倍时延估计;发送端(基站)信号x(n)表示为
接收端(定位终端)信号y(n)表示为
其中,j为虚数符号,p为多径数目,hr为路径复数增益,nr为其他路径相对于首径时间的时延,u为首径的整数倍时延,J1为每一个OFDM符号上参考信号所在的子载波索引,Nsymb为多信令联合的OFDM符号个数,r表示多径的数量,Ts为系统采样周期,且Ts=T/N,T为一个OFDM符号持续时间;ui为整数倍时延,为小数倍时延,fdr表示每一路的多普勒频率;
整数倍时延估计过程为
对E{|Ryx(u)|2}进行滑动求和,再确定信号到达时间域,
u0≤t≤u0+NCP-1
NCP为OFDM符号循环前缀的长度,噪底Nf设为信号到达时间域之后的相关值的统计平均,最终信号阈值的计算公式为
Rthred=β*Rmax+(1-β)*Nf
Rmax为Ryx(u)得到的相关峰值,通过多次仿真,调整自适应阈值β=0.85时,可以正确检测到首达径;
基于子载波相位差的时延估计方法得到小数倍时延估计;上述得到的整数倍时延在时域上对接收信号进行补偿,再进行OFDM解调频域信号Z(k),根据每个子载波上的相位与子载波序号k成线性关系的特点,对于每个OFDM符号,令
针对上述获取时延估计结果的方法,本申请还提出了第五实施例,在该实施例中,所述基站服务中心获得关于所述终端设备的位置信息的方法包括:
基站服务中心得到终端上传的时延估计结果,采用时间到达差(Time DifferenceOf Arrival,TDOA)定位技术解算终端位置;设参与解算的n个基站位置坐标为(xi,yi),i表示第i个基站,终端位置为(x,y),设基站1为服务基站
因此有
得到
最后采用最小二乘法求解得
Δz=(GTG)-1GTh。
参照图3,本申请第六实施例提供一种对处于5G网络下的终端设备的定位装置,所述装置包括:
第一请求模块1,用于所述终端设备接收到从基站服务中心发送的定位请求指令后,向该基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括基站服务中心定位的计算能力信息和信号质量信息;
第二请求模块2,用于接着,所述终端设备向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站坐标信息、位置参考信息、辅助参考信息;
第一接收模块3,用于所述终端设备接收从该基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号和辅助参考信号;
获取模块4,用于所述终端设备根据接收到的所述辅助信息回复信令,通过预设的算法来获取时延估计结果,并将其传回给所述基站服务中心以由其计算获得关于该终端设备的位置信息;
第二接收模块5,用于所述终端设备接收到所述基站服务中心发出的关于该终端设备的位置信息。
参照图4-图12,对处于5G网络下的终端设备的定位方法进行了仿真验证,仿真条件下5G系统参数设置为:系统带宽50MHz,子载波间隔30KHz,FFT(快速傅里叶变换)为大小2048,系统采样频率=61.44MHz。物理资源块个数为106个,循环前缀采用常规循环前缀,其长度为144。
图4为不同参考信号联合测量的3种资源分布示意图。图5为本展示了单信令和图4Case3多信令联合方式下的时延估计的结果,图6为定位误差累积分布函数(Cumulativedistribution function,CDF),其中PRS曲线表示PRS连续占用6个OFDM符号,All1曲线表示PRS+CSIRS+PSS+SSS占用4个OFDM符号,即PRS和CSIRS只分布在同步信号块的剩余子载波处,All2曲线表示PRS+CSIRS+PSS+SSS占用7个OFDM符号,与PRS连续占用6个OFDM符号形成对比,具体的信号带宽分布图如图7所示。由于PSS/SSS在一个OFDM符号上的中间127个连续子载波上分布,远小于FFT点数,在相关计算中存在峰值不明显的情况,在整数倍时延估计时就出现了误差,如图8所示,因此其最终时延估计误差较大。CSIRS和PRS的信号体制相似,都是由Gold序列构成,具有良好的相关性,都可以正确估计得到整数倍时延。
由于块状导频PSS、SSS是在一个OFDM符号上的连续多个子载波上调制导频数据信息,接收端不必在频域内进行插值计算,因此对频率选择性信道不敏感,梳状导频PRS、CSIRS在一个OFDM符号上选择若干个子载波来调制导频信息,在多个OFDM符号上传输,使得梳状导频能更好的在多普勒频移和时间选择性衰落信道中传输进行信道估计。因此本申请提出的多信令联合测量把块状导频与梳状导频联合用于时延估计,可以有效对抗频率选择性衰落和多普勒频移带来的影响,提高时延估计的准确性。结果表明,AWGN信道下的多信令联合充分利用各个子载波上的相位信息,提高了时延估计精度。得到时延估计结果后,采用TDOA-Chan算法,利用两步最大似然估计来计算目标位置。仿真场景为蜂窝基站系统,基站间距离(Inter-site distance,ISD=100米),系统信噪比SNR=20dB,在终端设备处于不同位置处做了定位误差仿真分析,终端设备每移动一个位置,都进行1000次的蒙特卡洛仿真,最终得到定位误差累计概率分布图,结果表明多信令联合下只需占用4个OFDM符号即可达到与6个OFDM符号全部用于PRS信号传输的定位精度,相对于同样数量的PRS定位精度,多信令联合测量的定位增强方法可以在90%的概率上使定位精度59.61%,在67%的概率上是精度提高64.51%。
表1多信令联合测量定位误差统计表
多径信道下的仿真信道模型为农村宏观小区多径信道,采用PRS占6个OFDM符号和多信令联合信号All2方案两个方案进行仿真验证对比分析,多普勒频率设定为10Hz、100Hz、500Hz、1KHz分别对应不同的移动场景。
图9为多径数量等于5时,PRS全带宽分布,不同多普勒频移下的时延估计精度,图10为本申请提出的多信令联合测量下的时延估计结果。实验结果表明当信噪比SNR较小时,此时对估计结果的影响主要是由加性高斯白噪声的存在造成的,噪声起着主导作用,OFDM系统下由多普勒频移引起的子载波间干扰(Inter Channel Interference,ICI)并没有对系统造成太大影响。但随着信噪比增大,多普勒频移带来的影响使得时延估计精度降低,但是当多普勒频移较小时对结果影响不大,是因为梳状结构的参考信号具有一定的抗多普勒频移特性。随着多普勒频移的增大,本申请提出的多信令联合测量相比于同样带宽和符号数下只有PRS传输时,估计精度略有提高。因此在不需要占用大面积的定位参考信号资源下,联合通信资源的参考信号,能达到甚至获得更好的定位性能,提高了用于通信的频谱资源利用率。同样的在获得时延估计结果之后,在蜂窝基站系统中采用TDOA-Chan算法进行定位解算。仿真中有4个基站参与定位解算,载波频率为4GHz下终端设备的移动速度分别为2.7km/h,27km/h,135km/h,270km/h对应步行场景、骑车场景、高速场景和高铁场景,系统信噪比SNR=20dB,最终得到定位误差累计概率分布图如图11、图12所示。
参照图13,本申请实施例中还提出一种计算机设备,该计算机设备可以是服务器,其内部结构可以如图12所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中,该计算机设计的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储计算获得关于终端设备的位置信息的程序等。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种获得关于所述终端设备的位置信息的方法。
上述处理器执行上述方法的步骤:
基站服务中心得到终端上传的时延估计结果,采用时间到达差(Time DifferenceOf Arrival,TDOA)定位技术解算终端位置;设参与解算的n个基站位置坐标为(xi,yi),i表示第i个基站,终端位置为(x,y),设基站1为服务基站
因此有
得到
最后采用最小二乘法求解得
Δz=(GTG)-1GTh。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储与一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的和实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM通过多种形式可得,诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双速据率SDRAM(SSRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
需要说明的是,在本申请中,术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其它要素,或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种对处于5G网络下的终端设备的定位方法,所述方法包括步骤:
S1所述终端设备接收到从基站服务中心发送的定位请求指令后,向该基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括基站服务中心定位的计算能力信息和信号质量信息;
S2接着,所述终端设备向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站坐标信息、位置参考信息、辅助参考信息;
S3所述终端设备接收从该基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号和辅助参考信号;
S4所述终端设备根据接收到的所述辅助信息回复信令,通过预设的算法来获取时延估计结果,并将其传回给所述基站服务中心以由其计算获得关于该终端设备的位置信息;
S5所述终端设备接收到所述基站服务中心发出的关于该终端设备的位置信息。
2.根据权利要求1所述的定位方法,其特征在于,所述辅助参考信号包括:信道状态信息参考信号(CSI-RS)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)中的1个信号或多个信号。
3.根据权利要求2所述的定位方法,其特征在于,当所述辅助参考信号中包含信道状态信息参考信号(CSI-RS)时,所述接收基站服务中心发送的辅助信息回复信令的步骤包括:
接收基站定位中心通过预设的置零方式发送的信道状态信息参考信号(CSI-RS)。
4.根据权利要求1所述的定位方法,其特征在于,在步骤S4中,获取时延估计结果的方法包括:
基于自适应阈值的首达径估计算法得到整数倍时延估计;发送端信号x(n)表示为
接收端信号y(n)表示为
其中,j为虚数符号,p为多径数目,hr为路径复数增益,nr为其他路径相对于首径时间的时延,u为首径的整数倍时延,J1为每一个OFDM符号上参考信号所在的子载波索引,Nsymb为多信令联合的OFDM符号个数,r表示多径的数量,Ts为系统采样周期,且Ts=T/N,T为一个OFDM符号持续时间;ui为整数倍时延,为小数倍时延,fdr表示每一路的多普勒频率,
整数倍时延估计过程为
对E{|Ryx(u)|2}进行滑动求和,再确定信号到达时间域,
u0≤t≤u0+NCP-1
NCP为OFDM符号循环前缀的长度,噪底Nf设为信号到达时间域之后的相关值的统计平均,最终信号阈值的计算公式为
Rthred=β*Rmax+(1-β)*Nf
Rmax为Ryx(u)得到的相关峰值,通过多次仿真,调整自适应阈值β=0.85时,可以正确检测到首达径;
基于子载波相位差的时延估计方法得到小数倍时延估计;上述得到的整数倍时延在时域上对接收信号进行补偿,再进行OFDM解调频域信号Z(k),根据每个子载波上的相位与子载波序号k成线性关系的特点,对于每个OFDM符号,令
6.一种对处于5G网络下的终端设备的定位装置,所述装置包括:
第一请求模块,用于所述终端设备接收到从基站服务中心发送的定位请求指令后,向该基站服务中心发送定位请求回复信令,该回复信令包括基站服务中心定位的计算能力信息和信号质量信息;
第二请求模块,用于接着,所述终端设备向基站服务中心发送辅助信息请求,该辅助信息包括:基站坐标信息、位置参考信息、辅助参考信息;
第一接收模块,用于所述终端设备接收从该基站服务中心发送的辅助信息回复信令,该辅助信息回复信令包括:终端参考基站位置信息、距离信息、位置参考信号和辅助参考信号;
获取模块,用于所述终端设备根据接收到的所述辅助信息回复信令,通过预设的算法来获取时延估计结果,并将其传回给所述基站服务中心以由其计算获得关于该终端设备的位置信息;
第二接收模块,用于所述终端设备接收到所述基站服务中心发出的关于该终端设备的位置信息。
7.根据权利要求6所述的定位装置,其特征在于,所述辅助参考信号包括:信道状态信息参考信号(CSI-RS)、主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)中的1个信号或多个信号。
8.根据权利要求7所述的定位装置,其特征在于,当所述辅助参考信号中包含信道状态信息参考信号(CSI-RS)时,所述接收基站服务中心发送的辅助信息回复信令的步骤包括:
接收基站定位中心通过预设的置零方式发送的信道状态信息参考信号(CSI-RS)。
9.根据权利要求8所述的定位装置,其特征在于,获取时延估计结果的方法包括:
基于自适应阈值的首达径估计算法得到整数倍时延估计;发送端信号x(n)表示为
接收端信号y(n)表示为
其中,j为虚数符号,p为多径数目,hr为路径复数增益,nr为其他路径相对于首径时间的时延,u为首径的整数倍时延,J1为每一个OFDM符号上参考信号所在的子载波索引,Nsymb为多信令联合的OFDM符号个数,r表示多径的数量,Ts为系统采样周期,且Ts=T/N,T为一个OFDM符号持续时间;ui为整数倍时延,为小数倍时延,fdr表示每一路的多普勒频率,
整数倍时延估计过程为
对E{|Ryx(u)|2}进行滑动求和,再确定信号到达时间域,
u0≤t≤u0+NCP-1
NCP为OFDM符号循环前缀的长度,噪底Nf设为信号到达时间域之后的相关值的统计平均,最终信号阈值的计算公式为
Rthred=β*Rmax+(1-β)*Nf
Rmax为Ryx(u)得到的相关峰值,通过多次仿真,调整自适应阈值β=0.85时,可以正确检测到首达径;
基于子载波相位差的时延估计方法得到小数倍时延估计;上述得到的整数倍时延在时域上对接收信号进行补偿,再进行OFDM解调频域信号Z(k),根据每个子载波上的相位与子载波序号k成线性关系的特点,对于每个OFDM符号,令
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