CN113543174A - 一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法 - Google Patents

一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113543174A
CN113543174A CN202110743193.XA CN202110743193A CN113543174A CN 113543174 A CN113543174 A CN 113543174A CN 202110743193 A CN202110743193 A CN 202110743193A CN 113543174 A CN113543174 A CN 113543174A
Authority
CN
China
Prior art keywords
measurement
terminal
base station
signal
interval
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110743193.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113543174B (zh
Inventor
叶枫
汤辉
李典
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Days Austrian Group Co ltd
Original Assignee
Chengdu Days Austrian Group Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Days Austrian Group Co ltd filed Critical Chengdu Days Austrian Group Co ltd
Priority to CN202110743193.XA priority Critical patent/CN113543174B/zh
Publication of CN113543174A publication Critical patent/CN113543174A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113543174B publication Critical patent/CN113543174B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/02—Arrangements for optimising operational condition
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/08—Testing, supervising or monitoring using real traffic
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/10—Scheduling measurement reports ; Arrangements for measurement reports
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，属于通信领域。本发明在系统中配置专门用于对终端实施高精度测量的测量间隔，对于时分双工系统该测量间隔包括上行测量间隔和下行测量间隔，基站与终端之间可在实现无线通信过程的同时，实现对终端的高精度测距、测速等测量。本发明使用一套系统和相同的空口资源实现通信与测量，实现了移动通信技术与测控技术的融合，利用同一套系统既能基于5G空口技术实现高速率、大容量、低时延的通信，又能同时实现对飞行器进行跟踪测轨为目的的高精度测量，包括测距以及测速等，提升了系统能力，解决了卫星互联网系统等非地面移动通信系统利用OFDM波形进行通信时，无法对飞行器进行高精度测距测速的问题，同时通过统一空口简化了系统，降低了系统建设和管理成本。

Description

一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法
技术领域
本发明属于通信领域，特别是在基于OFDM空口波形的非地面移动通信系统中实现高精度测量的方法。
背景技术
在移动通信系统中，4G技术是当前应用最为广泛的陆地移动通信技术，5G的商用则在近年来开始迅速推广普及，同时，这些移动通信技术也开始与卫星通信进行技术融合，出现了基于地面移动通信空口技术实现非地面移动通信的通信系统，例如低轨卫星互联网系统。在4G 和5G地面移动通信系统中，空口采用基于OFDM波形的通信体制，为了对终端实施定位，通常采用对参考信号进行TOA估计的方法进行测距。基站接收机通过获得上行参考信号(preamble 或SRS)的时延谱，对终端的空口传输时延进行估计，然后折算为距离。但此类方法尚无法达到高精度(米级)测距的需求，且单向测距会收到基站与终端的时钟偏差影响导致测量误差。另一方面在4G/5G的通信体制下，基于参考信号进行多普勒频偏估计能达到的精度也无法满足对飞行器测速的要求。
在传统的飞行器测控领域中，地面站对飞行器进行跟踪测轨时需进行高精度的测量，包括测距、测速、测角等，当前最常见的是采用扩频测控技术，例如在直接扩频测控系统中，用扩频码对遥测、遥控信息扩频，便可利用扩频码进行测距，用载波进行多普勒测速，对扩频后的载波信号进行角跟踪。由于扩频带来的宽带特征和扩频码的随机性，使得扩频体制测控系统具有低功率谱密度、抗截获、抗干扰等特点。相比采用扩频体制进行测量可在更小的带宽条件下实现更高的测距精度，例如带宽为3MHz的扩频信号，若采用0.01码片的跟踪精度，则可达到小于1m的测距精度。可见，利用移动通信体制下的参考信号实现飞行器测控中的高精度测量并不现实，仍需要考虑用扩频信号完成测量，但由于信号体制不同，测量信号无法像参考信号那样直接在通信过程中实现收发。
传统的测控系统的前向链路和反向链路通常采用不同频率的载波。在移动通信系统中，双工方式则通常有时分双工(TDD)和频分双工(FDD)两种。在传输带宽需求大但频谱资源紧张、上下行业务不平衡的背景下通常建议采用TDD模式，此时上行通信信号与下行通信信号会在同一频率的载波、不同的时间粒度上进行传输，这里的时间粒度可能是时隙，也可能是符号。如果要在TDD系统中采用同一套收发链路完成通信和测控过程，则必须更改测量信号传输的双工方式。
目前尚没有将基于OFDM波形的移动通信空口体制与飞行器测控相结合的技术。相关的现有技术为地面移动通信系统中的测量定位技术和传统的飞行器测控中的测量技术。
在现有的地面移动通信系统中，基于参考信号可对终端进行测距，进一步实现对终端的定位。此外，在一些采用移动通信体制的通信专网中，也会采用蓝牙或UWB技术进行定位。但利用地面移动通信现有方案进行测距和测速精度低，无法满足特定场景下(例如对卫星、无人机等飞行器进行跟踪测轨)的测量需求。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的不足之处，将解决卫星互联网系统等非地面移动通信系统下无法进行高精度测量的问题。
本发明中，在系统的帧结构中将划分出专用的测量间隔，此类测量间隔用于以跟踪测轨为目的的测量，区别于现有地面移动通信系统中用于终端进行异频测量的测量间隔。测量间隔由地面站(或基站)配置，并向被测目标节点指示。地面站(或基站)与被测目标在测量间隔中完成跟踪测轨所需的测量过程。
本发明技术方案为一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，具体方法包括：
步骤1：基站和终端完成通信过程的上、下行同步；
步骤2：基站向终端下发测量能力询问，终端收到基站下发的测量能力询问后，向基站上报测量能力信息，或者，终端主动向基站上报测量能力信息；
步骤3：基站收到终端上报的测量能力后，完成测量间隔配置，并将配置信息发送给终端；
步骤4：基站在测量间隔中向终端发送前向测量信号；
步骤5：终端在测量间隔中对前向测量信号进行检测，记录前向测距检测结果，或者估计前向测量信号帧接收时间Td2并记录；同时，终端利用前向测量信号估计前向伪多普勒频移 fd1并记录；
步骤6：终端在测量间隔中向基站发送反向测量信号，在所述的反向测量信号中将承载前向测量信息，前向测量信息包括以下两种信息之一，一种为：步骤5中得到的前向测距检测结果；另一种为：前向测量信号接收时间估计结果Td2和终端发送反向测量信号帧的时间Tu1；所述的前向测量信息中还包括终端根据前向测量信号估计的前向伪多普勒频移fd1；
步骤7：基站在测量间隔中对反向测量信号进行检测，获得反向测距检测结果，或者估计反向测量信号帧接收时间Tu2；同时，基站利用反向测量信号估计反向伪多普勒频移fd2；
步骤8：基站计算与终端之间的距离和终端移动速度。
进一步的，所述步骤1的下行同步的过程包括基站广播特定的下行同步信号、终端检测该下行同步信号；所述上行同步的包括终端向基站发送随机接入前导序列，基站对随机接入前导序列进行检测。
进一步的，步骤2中所述的测量能力询问在基站发往终端的高层信令中携带，或者在MAC CE中携带；
测量能力信息包括：是否支持测量、是否有测量需求、支持的测量模式；所述测量模式包括：标准模式，扩频模式；
测量能力信息在终端发往基站的高层信令中携带，或者在MAC CE中携带。
进一步的，步骤3中所述的测量间隔在时分双工系统下包括下行测量间隔和上行测量间隔两种类型；
所述的测量间隔的确定方法为：基站将测量目标数量和测量精度量化为终端需求，将需要配置的测量间隔量化为配置结果，建立一个终端需求与配置结果的线性关系，该线性关系为：如果测量目标多、测量精度要求高，则测量间隔长。
进一步的，本方法中终端与基站间基于双向非相干测量体制进行测量；所述的前向测量信号和反向测量信号采用的具体信号体制包括：直接序列扩频的信号体制、或跳频信号体制、或直扩跳扩混合扩频的信号体制。
进一步的，所述步骤4中基站在测量间隔中向终端发送前向测量信号的同时记录发送前向测量信号的时间Td1；
进一步的，所述步骤5中的前向测距检测结果包括接收机获得的前向测量信号的帧计数、位计数、伪码计数以及码相位Φd1信息。
进一步的，所述步骤4和步骤5中的测量间隔，在时分双工系统中为上行测量间隔；步骤 6和步骤7中的测量间隔，在时分双工系统中为下行测量间隔。
进一步的，在所述的测量间隔内，基站与终端之间只完成与测量相关的信号传输，其他通信过程相关的信号收发将暂停。
进一步的，所述步骤8中，基站基于前向测量信息中的前向伪多普勒频移测量值fd1，以及通过检测反向测量信号得到的反向伪多普勒频移测量值fd2，完成双向多普勒频率计算和终端移动速度计算。
进一步的，所述步骤8中，基站通过前向测量信息中的前向测距检测结果以及通过检测反向测量信号得到的反向测距检测结果综合计算出基站与终端之间的距离；或基站通过前向测量信息中的时间戳Td2、Tu1，再结合Td1以及步骤7估计的反向测量信号帧接收时间Tu2计算出基站与终端之间的距离。
本发明在系统中配置专门用于对终端实施高精度测量的测量间隔，对于时分双工系统分别配置上行测量间隔和下行测量间隔，对于基站与终端之间可在实现无线通信过程的同时，实现对终端(特别是卫星、无人机等飞行器类型)的高精度测距、测速等测量。在现有技术中一些基于与通信过程相同的信号体制，无法达到对飞行器跟踪测轨需要的测量精度，另一些系统为达到高精度的定位，会采用蓝牙或UWB技术进行定位，使得通信与定位采用两套独立的系统，独立的空口资源，增加了部署成本。本发明所描述的方案可实现相比现有技术更高的测量精度，相比现有技术还可以使用一套系统和相同的空口资源实现通信与测量功能，节省部署和运行成本。通过本发明的技术方案，在卫星互联网系统等非地面移动通信系统中，实现了移动通信技术与测控技术的融合，利用同一套设备和系统既能基于5G等技术实现高速率、大容量、低时延的通信，又能实现对飞行器等测控目标的高精度测量，包括测距定位以及测速等，提升了系统能力，也可明显降低系统建设和管理成本。
附图说明
图1为本发明应用的系统架构；
图2为本发明应用的场景；
图3为本发明实施例一测量间隔方案示意图；
图4为本发明实施例一实现测量的流程；
图5为本发明实施例二实现测量的流程；
图6为本发明实施例二测量间隔方案示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例所涉及场景为一种地面基站与飞行器终端之间进行通信，并由地面基站对飞行器终端进行测距的应用场景。即在该实施例中，第一节点为地面基站，第二节点为飞行器终端。其中，飞行器终端可能是卫星、无人机等等。
在本实施例中，第一节点与第二节点之间采用基于时分双工(TDD)模式进行无线通信。在这个通信系统中，每个节点发送信号与接收信号是在不同的时刻进行的，即通过时间来分离信号的接收与发送。第一节点与第二节点之间进行通信时，空口的无线信号遵循特定的帧结构，例如4G中采用的LTE的帧结构(在TDD系统中包括上行下行配置，特殊子帧配置等)，或者5G中采用的NR的时隙格式(slot format)。在特定的帧结构中，时域上的资源可划分为帧、子帧、时隙以及符号等粒度。第一节点向第二节点发送信号的无线链路为下行链路，发送信号所占用的时隙是下行时隙，所占用的符号是下行符号。第二节点向第一节点发送信号的无线链路为上行链路，发送信号所占用的时隙是下行时隙，所占用的符号是下行符号。
在该实施例中，第一节点与第二节点之间的无线信号传输过程可划分为两类，一类是通信过程，完成第一节点与第二节点之间的业务传输，另一类是测量过程，完成第一节点对第二节点的测距、测速、测角等，用于确定第二节点的准确位置和移动轨迹。其中，通信过程采用 5G技术中基于OFDM波形的空口体制。在本实施例中，这两种过程是在不同的时间阶段完成的。
图4为本发明方法实施的流程图，包括以下步骤：
步骤1：第一节点(基站)和第二节点(终端)完成通信过程的上下行同步。
在本实施例中，基站会以一定的规则广播特定的下行同步信号，终端通过检测该下行同步信号，完成与基站之间下行的帧、时隙和符号不同级别的时间同步，以及频率同步。下行同步完成后，终端向基站发送随机接入前导序列，基站通过检测该前导序列估计出终端上行发送的时间提前量，并将该时间提前量通知终端，从而实现终端与基站间的上行同步。通信过程的上下行同步并不意味着测量信号已经捕获。
上下行同步完成后，终端可通过系统消息以及高层信令获得空口的帧结构(或时隙格式)。帧结构(或时隙格式)包括上下行时隙或符号的配置方案，基站和终端将遵循该配置方案进行通信。
步骤2：基站向终端下发测量能力询问，该请求指示终端向基站上报其测量能力。
所述测量是指测速、测距等用于对终端进行跟踪测轨的测量，与通信过程中的移动性测量或信道测量不同。测量能力询问可以在高层信令中携带，这里的高层信令包括但不限于RRC 消息，也可以在MAC CE中携带。该请求可以通过具体消息或MAC CE中某个具体字段是否存在具体信息比特来表征。
步骤3：终端收到基站下发的测量能力上报请求后，向基站发送测量能力信息。
测量能力信息包括但不限于以下信息：是否支持测量，是否有测量需求，支持的测量模式。测量模式可能包括但不限于：标准模式，扩频模式。测量能力信息可以在高层信令中携带，也可以在MAC CE中携带。这里所述高层信令包括但不限于RRC消息。
步骤4：基站收到终端上报的测量能力信息后，完成测量间隔配置，并将配置信息发送给终端。
在传统的移动通信技术中，例如LTE或者NR中，测量间隔(Measurement Gap)是在正常数据收发过程中预留的一部分时间。这部分时间通常是周期性出现的。在这段时间内终端不会发送和接收任何数据，只进行异频点或异制式的、用于移动性管理的测量，当测量间隔结束后，双方继续进行正常的通信。
测量间隔的配置可以是用户级的，也就是说对于不同的用户终端，基站为其配置的测量间隔样式有可能不同。在实际场景中，终端的数量通常不止一个，有测量需求的终端也不止一个，不同终端支持的测量模式也可能不同。另一方面，在不同的场景中，跟踪目标类型不同，要求测量的能力也有所不同。如果测量目标较多、测量精度要求高，测量间隔可能配置得比较长、周期比较短，但由于在测量间隔内无法进行正常通信，通信能力会有所下降。因此，在配置测量间隔时，基站会综合考虑测量精度要求、目标个数以及通信速率等因素。
本实施例中，测量方式为非相干双向测量。由于系统为时分双工系统，因此测量间隔也分为下行测量间隔和上行测量间隔两种类型(移动通信中的测量间隔都是用于下行测量的，有所不同)。下行测量间隔内只能在下行链路上进行信号传输，上行测量间隔内只能在上行链路上进行信号传输。为符合非相干双向测量，测量间隔总是成对出现，一个下行测量间隔与随后的一个上行测量间隔组成一个测量间隔对。
图3是一种测量间隔配置的具体样式示例，在此示例中，系统的时隙格式配置为“DDDSUDDSUU”，D代表下行时隙，S代表特殊时隙，U代表上行时隙。此示例是基站向某一个终端进行配置的结果。T_GAP_D代表下行测量间隔，T_GAP_U代表上行测量间隔。每个测量间隔持续时间为10ms，上一个T_GAP_D与紧接着的下一个T_GAP_U之间间隔40ms，同一类测量间隔的周期为500ms。
如果采用单向测量方案，则在测量配置中只配置上行测量间隔T_GAP_U或者下行测量间隔 T_GAP_D中的一种。
步骤5：在下行测量间隔中，基站发送前向测量信号。这里的前向指的是信号从基站传输到终端的链路方向。测量信号的具体信号体制根据实际场景中采用的测量方案决定，例如采用直接序列扩频的信号体制、跳频信号体制、直扩和跳扩混合扩频的信号体制等。例如，在当前的实施例中，基站与终端将采用基于伪随机序列直接列扩频的双向非相干测量体制，因此在下行测量间隔中，基站向终端发送采用伪随机序列进行直接序列扩频，同时采用BPSK或QPSK 调制方式对载波进行调制的测量信号。测量信号基于一定的帧格式进行发送。在基于双向非相干测距的原理执行具体测距算法时，基站记录发送前向测量信号的时间Td1。
步骤6：在下行测量间隔中，终端对前向测量信号进行检测。这一过程执行的具体检测方法与实际场景中采用的测量方案决定。在当前的实施例中，终端将在下行测量间隔里基于伪随机序列直接列扩频的双向非相干测量体制，完成前向测量信号检测。
为了完成测距，终端将首先对前向链路上收到的信号进行解扩、解调、帧同步操作。在基于双向非相干测距的原理执行具体测距算法时，终端可以利用对前向测量信号的采样，获得并记录前向测距检测结果，包括前向检测位计数、扩频伪码计数、码相位Φd1等，或者估计并记录前向测量信号帧接收时间Td2。
在本步骤中，基于一定的测速原理，终端会通过对前向测量信号的检测完成前向伪多普勒频移的估计，记录前向伪多普勒频移fd1。
步骤7：当上行测量间隔到来时，终端向基站发送反向测量信号帧。这里的反向指的是信号从终端传输到基站的链路方向。在当前实施例中，由于采用时分双工的模式，因此发送反向测量信号帧所使用的载波频率与前项测量信号是相同的。反向测量信号的具体信号体制根据实际场景中采用的测量方案决定，例如采用直接序列扩频的信号体制、跳频信号体制、直扩和跳扩混合扩频的信号体制等，并且与前向测量信号的信号体制相同。
在基于双向非相干测距的原理执行具体测距算法时，终端将把步骤6中缓存的位计数、扩频伪码计数、码相位Φd1等前向检测结果作为前相测量信息放入反向测量信号帧中发送给基站，或者终端把步骤6中估计并记录的时间Td2以及发送反向测量信号帧的时间Tu1作为时间戳作为前相测量信息放入反向测量信号帧中发送给基站。
在基于双向非相干多普勒测速原理执行具体测速算法时，终端在生成反向测量信号帧时，将会将步骤6中估计到的前向伪多普勒频移fd1包含在前向测量信息中通过反向测量信号帧发送给基站。
步骤8：在上行测量间隔中，基站对反向测量信号进行检测。这一过程执行的具体检测方法由实际场景中采用的测量方案决定。在当前的实施例中，基站将在上行测量间隔里基于伪随机序列直接列扩频的双向非相干测量体制，完成反向测量信号检测。
在基于双向非相干测距的原理执行具体测距算法时，基站将对反向测量信号进行解扩、解调、帧同步操作，获取帧计数、位计数、伪码计数以及码相位Φu1信息，并从反向测量信号帧中提取出终端在步骤7中放入反向测量信号帧中的前向检测结果，通过上述信息综合计算出基站与终端之间的距离。基站也可以从反向测量信号帧中获取时间戳Td2、Tu1，再结合在步骤5 中记录的Td1以及当前步骤检测到反向测量信号帧的时间Tu2综合计算出基站与终端之间的距离。
在基于双向非相干多普勒测速原理执行具体测速算法时，基站将通过检测反向测量信号，估计出反向多普勒频率fd2，同时通过接收反向测量信号帧，提取出步骤7中记录的前向伪多普勒频率fd1，结合前向和反向伪多普勒频率，综合计算出双向载波多普勒频率，并最终估算出终端速度。
步骤5到步骤8中所述的测量间隔内完成的具体测量流程，与测量间隔以外执行的通信过程没有直接关联，在测量间隔内，基站与终端之间与通信过程相关的信号收发将暂停。
通过实施例一中所描述的方案流程，在基于时分双工的系统中配置专门用于对终端实施高精度测量的测量间隔，以时分双工为基础分别配置上行测量间隔和下行测量间隔，基站与终端之间可在实现无线通信过程的同时，实现对终端(特别是卫星、无人机等飞行器类型)的高精度测距、测速等测量。
在现有技术中，一些地面移动通信系统的测量(主要指测距定位、测速/多普勒估计)通常基于与通信过程相同的信号体制，无法达到对飞行器进行测量的精度要求，另一些系统为达到高精度的定位，会采用蓝牙或UWB技术进行定位，使得通信与定位采用两套独立的系统，独立的空口资源，增加了部署成本，其信号体制也不适用于需要保证可靠性和远距离信号传输的飞行器测控领域。实施例一所描述的方案解决了卫星互联网系统等非地面移动通信系统利用 OFDM波形进行通信时，无法对飞行器进行高精度测距测速的问题，同时通过统一空口简化了系统，降低了系统建设和管理成本。
实施例二
本实施例所涉及场景为一种地面基站与飞行器终端之间进行通信，并由地面基站对飞行器终端进行测距的应用场景。即在该实施例中，第一节点为地面基站，第二节点为飞行器终端。其中，飞行器终端可能是卫星、无人机等等。
在本实施例中，第一节点与第二节点之间采用基于频分双工(FDD)模式进行无线通信，即在这个通信系统中，每个节点发送信号与接收信号是在两个对称的频率上进行的，即通过频段来分离信号的接收与发送。FDD模式下，不但支持半双工FDD技术，还支持全双工FDD技术。半双工是指上、下行两个方向的数据传输可以在一个传输信道上进行，但不能同时进行，全双工是上下行两个方向的数据传输，不但可以在一个传输通道上进行，还可以同时进行。与时分双工模式类似的，第一节点与第二节点之间进行通信时，空口的无线信号遵循特定的帧结构，时域上的资源可划分为帧、子帧、时隙以及符号等粒度。第一节点向第二节点发送信号的无线链路为下行链路，第二节点向第一节点发送信号的无线链路为上行链路。
在该实施例中，第一节点与第二节点之间的无线信号传输过程可划分为两类，一类是通信过程，完成第一节点与第二节点之间的业务传输，另一类是用于跟踪测轨的测量过程，完成第一节点对第二节点的测距、测速、测角等，用于确定第二节点的准确位置和移动轨迹。其中，通信过程采用5G NR中基于OFDM波形的空口体制，测量过程则可能采用与通信过程相同或者不同的空口信号体制。与实施例一相同，在本实施例中，这两种过程是在不同的时间阶段完成的。
为本发明方法实施的流程图，包括以下步骤：
步骤1：第一节点(基站)和第二节点(终端)完成通信过程的上下行同步。该步骤与实施例一种的步骤一相同。
步骤2：终端主动向基站上报测量能力信息。测量能力信息可能包括但不限于以下信息：是否支持测量，是否有测量需求，支持的测量模式。测量模式可能包括但不限于：标准模式，扩频模式等。测量能力信息可以在高层信令中携带，也可以在MAC CE中携带。这里所述高层信令包括但不限于RRC消息。
步骤3：基站收到终端上报的测量能力信息后，完成测量间隔配置，并将配置信息发送给第二节点。
本实施例中系统工作在频分双工模式下，因此与实施例一中基于时分双工系统的配置不同，本实施例中测量间隔可不区分上行测量间隔和下行测量间隔。
测量间隔的配置可以是用户级的，也就是说对于不同的用户终端，基站所配置的间隔样式有可能不同。在实际场景中，终端的数量通常不止一个，有测量需求的终端也不止一个，不同终端支持的测量模式也可能不同。另一方面，在不同的场景中，跟踪目标类型不同，要求测量的能力也有所不同。如果测量目标较多、测量精度要求高，测量间隔可能配置得比较长、周期比较短，但由于在测量间隔内无法进行正常通信，通信能力会有所下降。因此，在配置测量间隔时，基站会综合考虑测量精度要求、目标个数以及通信速率等因素。
图6是一种测量间隔配置的样式，在此示例中，T_GAP代表测量间隔。测量间隔配置信息包括测量间隔长度和出现周期。基站可能为不同的终端配置不同的测量间隔，也可能为若干个终端配置相同的测量间隔，例如图6中，T_GAP_U1为终端1的测量间隔，T_GAP_U2是终端2 的测量间隔，T_GAP_U34则是终端3和终端4共用的测量间隔。为不同终端配置的测量在长度和周期上可能有所差异，且不同测量间隔在时间上互不重叠。T_GAP_U1和T_GAP_U2的长度均为10ms，出现的周期为300ms，T_GAP_U34的长度为15ms，出现的周期为400ms。
在本实施例中，配置的测量间隔并不区分上行或者下行，在每个测量间隔内完成的测量过程，将根据实际采用的测距、测速方案在不同时间、频率点上完成上行或下行信号的收发。
步骤4：基站与终端在配置的测量间隔内完成测量。
当测量间隔到来时，基站与终端将根据预先定义的测量方法开始执行测量流程。例如，在本示例中，基站与终端所构成的系统将基于双向非相干测距的原理、采用伪码直接序列扩频的信号体制进行测距，在一个测量间隔内，基站与终端将完成前向测量信号发送、前向测量信号接收并计算伪距、反向测量信号发送、反向测量信号接收并完成距离计算过程。又例如，在本实施例中，基站与终端所构成的系统将基于双向非相干多普勒测速的原理、采用连续载波信号进行测速，在一个测量间隔内，基站与终端将完成前向测量信号发送、前向测量信号接收并计算前向伪多普勒频率、反向测量信号发送、反向测量信号接收并计算反向伪多普勒频移，通过前向和反向伪多普勒频移进一步完成双向多普勒频率估计和速度计算。
与实施例一相同的是，测量间隔内完成的具体测量流程与测量间隔以外执行的通信过程没有直接关联，在测量间隔内，基站与终端之间与通信过程相关的信号收发将暂停。
通过实施例二中所描述的方案流程，在基于频分双工的系统中配置专门用于对终端实施高精度测量的测量间隔，基站与终端之间可在实现无线通信过程的同时，实现对终端(特别是卫星、无人机等飞行器类型)的高精度测距、测速等测量。
与实施例一相同，所描述的方案可解决了卫星互联网系统等非地面移动通信系统利用 OFDM波形进行通信时，无法对飞行器进行高精度测距测速的问题，同时通过统一空口简化了系统，降低了系统建设和管理成本。

Claims (11)

1.一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，具体方法包括：
步骤1：基站和终端完成通信过程的上、下行同步；
步骤2：基站向终端下发测量能力询问，终端收到基站下发的测量能力询问后，向基站上报测量能力信息，或者，终端主动向基站上报测量能力信息；
步骤3：基站收到终端上报的测量能力后，完成测量间隔配置，并将配置信息发送给终端；
步骤4：基站在测量间隔中向终端发送前向测量信号；
步骤5：终端在测量间隔中对前向测量信号进行检测，记录前向测距检测结果，或者估计前向测量信号帧接收时间Td2并记录；同时，终端利用前向测量信号估计前向伪多普勒频移fd1并记录；
步骤6：终端在测量间隔中向基站发送反向测量信号，在所述的反向测量信号中将承载前向测量信息，前向测量信息包括以下两种信息之一，一种为：步骤5中得到的前向测距检测结果；另一种为：前向测量信号接收时间估计结果Td2和终端发送反向测量信号帧的时间Tu1；所述的前向测量信息中还包括终端根据前向测量信号估计的前向伪多普勒频移fd1；
步骤7：基站在测量间隔中对反向测量信号进行检测，获得反向测距检测结果，或者估计反向测量信号帧接收时间Tu2；同时，基站利用反向测量信号估计反向伪多普勒频移fd2；
步骤8：基站计算与终端之间的距离和终端移动速度。
2.如权利要求1所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，所述步骤1的下行同步的过程包括基站广播特定的下行同步信号、终端检测该下行同步信号；所述上行同步的包括终端向基站发送随机接入前导序列，基站对随机接入前导序列进行检测。
3.如权利要求1所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，步骤2中所述的测量能力询问在基站发往终端的高层信令中携带，或者在MAC CE中携带；
测量能力信息包括：是否支持测量、是否有测量需求、支持的测量模式；所述测量模式包括：标准模式，扩频模式；
测量能力信息在终端发往基站的高层信令中携带，或者在MAC CE中携带。
4.如权利要求1所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，步骤3中所述的测量间隔在时分双工系统下包括下行测量间隔和上行测量间隔两种类型；
所述的测量间隔的确定方法为：基站将测量目标数量和测量精度量化为终端需求，将需要配置的测量间隔量化为配置结果，建立一个终端需求与配置结果的线性关系，该线性关系为：如果测量目标多、测量精度要求高，则测量间隔长。
5.如权利要求1所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，本方法中终端与基站间基于双向非相干测量体制进行测量；所述的前向测量信号和反向测量信号采用的具体信号体制包括：直接序列扩频的信号体制、或跳频信号体制、或直扩跳扩混合扩频的信号体制。
6.如权利要求1所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，所述步骤4中基站在测量间隔中向终端发送前向测量信号的同时记录发送前向测量信号的时间Td1。
7.如权利要求1所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，所述步骤5中的前向测距检测结果包括接收机获得的前向测量信号的帧计数、位计数、伪码计数以及码相位Φd1信息。
8.如权利要求1所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，所述步骤4和步骤5中的测量间隔，在时分双工系统中为上行测量间隔；步骤6和步骤7中的测量间隔，在时分双工系统中为下行测量间隔。
9.如权利要求1所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，在所述的测量间隔内，基站与终端之间只完成与测量相关的信号传输，其他通信过程相关的信号收发将暂停。
10.如权利要求1所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，所述步骤8中，基站基于前向测量信息中的前向伪多普勒频移测量值fd1，以及通过检测反向测量信号得到的反向伪多普勒频移测量值fd2，完成双向多普勒频率计算和终端移动速度计算。
11.如权利要求6所述的一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法，其特征在于，所述步骤8中，基站通过前向测量信息中的前向测距检测结果以及通过检测反向测量信号得到的反向测距检测结果综合计算出基站与终端之间的距离；或基站通过前向测量信息中的时间戳Td2、Tu1，再结合Td1以及步骤7估计的反向测量信号帧接收时间Tu2计算出基站与终端之间的距离。
CN202110743193.XA 2021-07-01 2021-07-01 一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法 Active CN113543174B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110743193.XA CN113543174B (zh) 2021-07-01 2021-07-01 一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110743193.XA CN113543174B (zh) 2021-07-01 2021-07-01 一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113543174A true CN113543174A (zh) 2021-10-22
CN113543174B CN113543174B (zh) 2023-08-04

Family

ID=78126478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110743193.XA Active CN113543174B (zh) 2021-07-01 2021-07-01 一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113543174B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114527798A (zh) * 2022-04-25 2022-05-24 国网江苏省电力有限公司信息通信分公司 基于5g低轨卫星的电力无人机智能云控系统和云控方法
CN114629544A (zh) * 2022-03-09 2022-06-14 成都天奥集团有限公司 一种融合5g技术实现测控的方法
CN114660581A (zh) * 2022-03-18 2022-06-24 中国电子科技集团公司第十研究所 基于外信息辅助的异步突发信号测距方法
CN116054937A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种双频点共孔径激光通信系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137441A (en) * 1998-09-09 2000-10-24 Qualcomm Incorporated Accurate range and range rate determination in a satellite communications system
CN101806907A (zh) * 2010-03-12 2010-08-18 清华大学 多站多平台体系下基于相干与非相干混合的飞行器定位法
CN102004244A (zh) * 2010-08-12 2011-04-06 中国航空无线电电子研究所 多普勒直接测距法
CN102084605A (zh) * 2008-04-25 2011-06-01 Adc长途电讯有限公司 用于ofdma通信中的多普勒频移补偿的系统和方法
CN102338873A (zh) * 2011-09-28 2012-02-01 中国电子科技集团公司第十研究所 一体化融合完成靶场飞行器遥测与测距的方法
CN108845338A (zh) * 2018-07-26 2018-11-20 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 星地联合载波平滑伪距测距方法
CN109633616A (zh) * 2018-12-11 2019-04-16 中国人民解放军63921部队 一种基于非相干测量的载波平滑伪码测距装置及方法
CN111884972A (zh) * 2020-06-29 2020-11-03 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） Ofdm通信体制双向高精度测距系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137441A (en) * 1998-09-09 2000-10-24 Qualcomm Incorporated Accurate range and range rate determination in a satellite communications system
CN102084605A (zh) * 2008-04-25 2011-06-01 Adc长途电讯有限公司 用于ofdma通信中的多普勒频移补偿的系统和方法
CN101806907A (zh) * 2010-03-12 2010-08-18 清华大学 多站多平台体系下基于相干与非相干混合的飞行器定位法
CN102004244A (zh) * 2010-08-12 2011-04-06 中国航空无线电电子研究所 多普勒直接测距法
CN102338873A (zh) * 2011-09-28 2012-02-01 中国电子科技集团公司第十研究所 一体化融合完成靶场飞行器遥测与测距的方法
CN108845338A (zh) * 2018-07-26 2018-11-20 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 星地联合载波平滑伪距测距方法
CN109633616A (zh) * 2018-12-11 2019-04-16 中国人民解放军63921部队 一种基于非相干测量的载波平滑伪码测距装置及方法
CN111884972A (zh) * 2020-06-29 2020-11-03 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） Ofdm通信体制双向高精度测距系统

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DROZDOV S. V.等: "\"A Method to Determine Aircraft Speed from Ground Acoustic Measurements\"", JOURNAL | [J] MOSCOW UNIVERSITY PHYSICS BULLETIN, no. 75, pages 459 - 464 *
于雪晖;王盾;李周;赵鸿娟;: "双向比对高精度物理时间同步方法", 航空学报, no. 05 *
刘嘉兴;: "深空测控通信的特点和主要技术问题", 飞行器测控学报, no. 06 *
张振飞;: "动态目标信号模拟器的设计及实现", 电讯技术, no. 08 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114629544A (zh) * 2022-03-09 2022-06-14 成都天奥集团有限公司 一种融合5g技术实现测控的方法
CN114629544B (zh) * 2022-03-09 2023-06-20 成都天奥集团有限公司 一种融合5g技术实现测控的方法
CN114660581A (zh) * 2022-03-18 2022-06-24 中国电子科技集团公司第十研究所 基于外信息辅助的异步突发信号测距方法
CN114527798A (zh) * 2022-04-25 2022-05-24 国网江苏省电力有限公司信息通信分公司 基于5g低轨卫星的电力无人机智能云控系统和云控方法
CN116054937A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种双频点共孔径激光通信系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113543174B (zh) 2023-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113543174B (zh) 一种利用测量间隔实现高精度跟踪测量的方法
US10148313B2 (en) Communication device and method in the cellular band
US6356763B1 (en) Downlink observed time difference measurements
US9232505B2 (en) Method of generating packet, method of transmitting packet, and method of ranging of physical layer transmitter of wireless personal area network system
CA3146897C (en) Narrow band internet of things communications over a satellite communication system
US11477754B2 (en) Systems and methods for positioning reference signal staggering configuration
del Peral-Rosado et al. Impact of frequency-hopping NB-IoT positioning in 4G and future 5G networks
EP3750360A1 (en) Bandwidth-dependent positioning reference signal (prs) transmission for narrowband internet of things (nb-iot) observed time difference of arrival (otdoa) positioning
JP2008538005A (ja) ワイヤレス・デバイスの場所特定のために、位置検出精度を高め、リアル・タイム・オーバーヘッド画像を用いるための、移動および／または航空機搭載センサによる商用ワイヤレス位置検出システム（ｗｌｓ）の改善
US11617150B2 (en) Systems and methods for beam group reporting for new radio positioning
EP3963971A1 (en) Systems and methods for beam group reporting for new radio positioning
KR20190122576A (ko) 이동 단말기의 위치측정시스템
Li et al. Indoor geolocation using OFDM signals in HIPERLAN/2 wireless LANs
US7317933B2 (en) Method for measuring the time of arrival of a radio signal, receiver and system to carry out the method
US20220278744A1 (en) Method for quasi-synchronous code division multiple access based on synchronization clock by piloting
Linsalata et al. OTFS-superimposed PRACH-aided localization for UAV safety applications
US20240098677A1 (en) Impulse radio ultra-wideband (ir-uwb) using long-term evolution (lte) positioning protocol (lpp)
Enright et al. A signals of opportunity based cooperative navigation network
US6967945B2 (en) Method and system of communications using a pulse transmission protocol
EP1329125B1 (en) Mobile station and method of locating the mobile station
Savazzi et al. Pervasive UWB sensor networks for oil exploration
EP4343360A1 (en) Method and apparatus for measuring position in nr v2x
US20230421314A1 (en) Vehicular communication protocols with co-channel coexistence
Carvalho et al. Effective power control in UWB systems using spreading code’s spatial resolution properties
CN115884077A (zh) 基于窄带通信辅助的大容量抗干扰超宽带定位方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant