CN115038039B - 定位方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

定位方法、装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种定位方法、装置、电子设备和存储介质，所述定位方法应用于待定位终端，包括：生成ZC根序列；基于所述ZC根序列，获取目标信号；通过prach信道分别向至少三个基站发送所述目标信号，所述目标信号用于确定到达时间；其中，所述prach信道使用OTFS调制。本发明的定位方法，通过在prach信道使用OTFS调制发送前导信息，可以有效降低信号在传输过程中的丢失和误差，从而提高鲁棒性，以及后续定位结果的准确性。

Description

定位方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种定位方法、装置、电子设备和存储介质。
背景技术
定位技术被广泛应用于人们的日常生活中，现有的定位技术，如TOA(到达时间)或TDOA(到达时差)等技术，均会受到NLOS(非视距)误差的影响，从而影响定位结果的准确性和精确性。
发明内容
本发明提供一种定位方法、装置、电子设备和存储介质，用以解决现有技术中定位准确度不高的缺陷，提高定位准确度。
本发明提供一种定位方法，应用于待定位终端，所述方法包括：
生成ZC根序列；
基于所述ZC根序列，获取目标信号；
通过prach信道分别向至少三个基站发送所述目标信号，所述目标信号用于确定到达时间；
其中，所述prach信道使用OTFS调制。
根据本发明提供的一种定位方法，所述基于所述ZC根序列，获取目标信号，包括：
对所述ZC根序列进行循环移位，获取前导码；
对所述前导码进行逆快速傅里叶变换，获取第五信号；
将所述第五信号映射到子载波基上进行变换，获取第六信号；
对所述第六信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第七信号；
对所述第七信号添加循环前缀获取第八信号；
将所述第八信号插入至对应的时域帧，获取所述目标信号。
本发明提供另一种定位方法，应用于基站，所述基站为至少三个，所述方法包括：
分别接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于所述目标信号获取各个所述基站对应的到达时间；
基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；
其中，所述prach信道使用OTFS调制。
根据本发明提供的一种定位方法，所述分别接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于所述目标信号获取各个所述基站对应的到达时间，包括：
分别接收所述目标信号；
从所述目标信号中抽取前导码的时域波形；
去除所述前导码的时域波形的循环前缀，获取第一信号；
对所述第一信号进行离散傅里叶变换，获取第二信号；
对所述第二信号进行子载波解映射，提取出所述前导码的频域波形，获取第三信号；
对所述第三信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第四信号；
基于所述第四信号与本地掩码，获取时域功率延迟谱；
基于所述时域功率延迟谱，获取所述到达时间。
本发明提供又一种定位方法，应用于基站服务器，所述方法包括：
接收至少三个基站基于VRAN同时传输的到达时间，所述到达时间为所述基站基于待定位终端发送的目标信号确定的；
对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定所述待定位终端的位置坐标。
根据本发明提供的一种定位方法，所述对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定所述待定位终端的位置坐标，包括：
对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定各个所述基站与所述待定位终端之间的测量距离；
基于所述至少三个基站与所述待定位终端之间的测量距离，确定所述待定位终端的位置坐标。
本发明提供又一种定位方法，包括：
待定位终端通过prach信道向至少三个基站分别发送目标信号；
所述至少三个基站分别接收所述目标信号，并基于所述目标信号获取各个所述基站对应的到达时间；
所述至少三个基站基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；
所述基站服务器接收所述至少三个基站对应的到达时间，并对所述至少三个基站对应的到达时间进行空中计算，确定所述待定位终端的位置坐标；
其中，所述prach信道使用OTFS调制。
本发明提供一种定位装置，应用于待定位终端，包括：
第一处理模块，用于生成ZC根序列；
第二处理模块，用于基于所述ZC根序列，获取目标信号；
第三处理模块，用于通过prach信道分别向至少三个基站发送所述目标信号，所述目标信号用于确定到达时间；
其中，所述prach信道使用OTFS调制。
本发明提供另一种定位装置，应用于基站，所述基站为至少三个，所述装置包括：
第四处理模块，用于分别接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于所述目标信号获取各个所述基站对应的到达时间；
第五处理模块，用于基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；
其中，所述prach信道使用OTFS调制。
本发明提供又一种定位装置，应用于基站服务器，所述装置包括：
第六处理模块，用于接收至少三个基站基于VRAN同时传输的到达时间，所述到达时间为所述基站基于待定位终端发送的目标信号确定的；
第七处理模块，用于对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定所述待定位终端的位置坐标。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述定位方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述定位方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述定位方法。
本发明提供的定位方法、装置、电子设备和存储介质，通过在prach信道使用OTFS调制发送前导信息，可以有效降低信号在传输过程中的丢失和误差，从而提高鲁棒性，以及后续定位结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的定位方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的定位方法的流程示意图之二；
图3是本发明提供的定位方法的流程示意图之三；
图4是本发明提供的定位方法的流程示意图之四；
图5是本发明提供的定位方法的流程示意图之五；
图6是本发明提供的定位方法的流程示意图之六；
图7是本发明提供的定位方法的原理示意图；
图8是本发明提供的定位装置的结构示意图之一；
图9是本发明提供的定位装置的结构示意图之二；
图10是本发明提供的定位装置的结构示意图之三；
图11是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图7描述本发明的定位方法。
如图6所示，该定位方法包括：步骤610、步骤620、步骤630和步骤640。
步骤610、待定位终端通过prach信道向至少三个基站分别发送目标信号；其中，prach信道使用OTFS调制；
在该步骤中，待定位终端可以为移动终端或者非移动终端。其中，终端包括但不限于：手机、平板电脑、手表、车载终端以及其他具有通信功能的终端。
在进行定位过程中，待定位终端可与基站通过prach信道进行通信。
基站为用于进行定位的基站，基站的位置固定且已知。
基站的数量为至少三个。
prach(Physical Random Access Channel)信道为物理随机接入信道，与随机接入信道(RACH，Random Access Channel)形成映射关系。
prach是上行随机接入信号，终端接收到prach响应消息后，会根据Node B(基站)指示的信息在prach信道发送RRC Connection Request(RRC连接请求)消息，进行RRC(无线资源控制层)连接的建立。
其中，prach包括：循环前缀，一个或多个前导序列(preamble)和保护时间(Guardtime)。
前导序列与prach时隙长度的差为GT，用于对抗多径干扰的保护，以抵消传播时延。
前导序列即为前导码，为终端(UE)在物理随机接入信道中发送的实际内容。
前导码包括：长度为Tcp的循环前缀(CP)和长度为Tseq的序列Sequence。
在实际执行过程中，随机接入的过程为：待定位终端发送SYNC_UL信号，基站检测到SYNC_UL后在prach信道上回应指示信息，终端接收到prach响应后根据基站指示在prach信道上发送RRC Connection Request消息开始RRC连接的建立。
物理随机接入的过程为：在选择的RACH子信道组中到处可用上行接入时隙，在被选择的集合中没有接入时隙可用的情况下，则在下一个接入时隙集合中随机选择一个与RACH子信道组相关的上行接入时隙；为规定的ASC从可用的识别Signature表示随机选择一个；设置前缀重传计数和前缀传输功率。
其中，prach信道使用OTFS调制。
OTFS(Orthogonal Time Frequency Space)调制为正交时频空调制，通过分别以T秒为时间间隔，Δf为频率间隔对时间轴和频率轴进行采样，将时频信号平面离散为M×N的网格(理解为多个OFDM符号的拼凑)，那么OTFS一个符号的符号周期为Tf＝NT，带宽为MΔf。
在延迟多普勒域中，延迟径的分辨率为1/(MΔf)，多普勒频率分辨率为1/(NT)。
目标信号为在延迟多普勒域中调制所生成的信号，是在所有可用的载波频率和时隙通过利用全时频多样性所生成的，享有相似的频道，具有较小的方差，对多普勒频移具有鲁棒性，且不易受到丢失和错误的影响。
在该步骤中，OTFS可以将信息与多径几何耦合，以将延迟多普勒坐标系中携带的信息转换为时频域，使得能够在延迟多普勒域中扩展前导序列，减少多径衰落和多普勒传播的影响；在prach信道中引入OTFS调制，利用在延迟多普勒域中调制信号，并在所有可用的载波频率和时隙通过利用全时频多样性，以使信号享有相似的频道，方差更小，对多普勒频移具有鲁棒性，且不易受到丢失和错误的影响。
步骤620、至少三个基站分别接收目标信号，并基于目标信号获取各个基站对应的到达时间；
在该步骤中，到达时间为用于进行TOA计算的时间值，用于表征目标信号自终端发送，至基站接收所耗费的时间值。
通过检测前导信息得到到达时间，可以减少多径衰落和多普勒传播的影响，从而后续可以快速且准确的对待定位终端进行定位，且在定位过程中可以突破干扰，使得定位更加准确，定位效果更优越。
需要说明的是，至少三个基站分别与基站服务器通过VRAN通信连接。
步骤630、至少三个基站基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；
在该步骤中，至少三个基站分别与基站服务器通过VRAN通信连接。
可以理解的是，VRAN(Virtualized Radio Access Network)为虚拟化无线接入网络，是一种以软件形式运行其基带功能的方式，VRAN能够使得RAN(无线接入网络)功能不需通过特殊的专有硬件来运行，而是可以在标准服务器上运行。
其中，VRAN的虚拟化平台包括：虚拟层、虚拟化应用、虚拟化控制管理功能以及相应的基础硬件支持。
在该步骤中，由基站通过VRAN将到达时间发送至基站服务器。
VRAN的基站软件对硬件存储要求低，重点考虑的是虚拟层对存储空间的需求，只需要本地存储保障一定数量的容器/安全容器启动运行，并具备相对的可扩展性。
采用VRAN可以提高灵活性，支持以弹性方式扩展资源，以应对不断变化的网络需求。实现软硬件解耦，充分发挥虚拟化、云化资源池的作用，实现弹性网络，灵活扩展。
在实际执行过程中，可以在基站中设置时钟信号以控制三个基站同时发送到达时间。
步骤640、基站服务器接收至少三个基站对应的到达时间，并对至少三个基站对应的到达时间进行空中计算，确定待定位终端的位置坐标。
在该步骤中，基站服务器接收到达时间，基于到达时间和目标信号的传输速率，即可生成与该到达时间对应的基站与待定位终端之间的测量距离。
需要说明的是，在本发明中，采用空中计算的方式对到达时间进行处理以确定待定位终端的位置坐标。
空中计算即在传输过程中就完成计算。
下面对空中计算的原理进行说明。
在实际执行过程中，基站通过VRAN传感器分别向至少三个基站服务器发送到达时间，各到达时间并行传输。
利用高阶累积量来总结多个到达时间的统计特性，其中，高阶累积量定义如下：
对于一个具有零均值的复随机过程X(t)，其p阶混合矩可表示为Mpq＝E[X(t)p-qX*(t)q]，其中，X(t)为随机样本函数，Mpq为X(t)的p阶混合矩，*表示函数的共轭，q≤p。
常用的累积量与矩的关系如下：
C20＝cum(X,X)＝M20
C21＝cum(X,X*)＝M21
Figure GDA0004025023960000092
C41＝cum(X,X,X,X*)＝M41-3M21M20
Figure GDA0004025023960000093
其中，cum为累积矩，C20和C21为二阶累积量，C40、C41和C42为四阶累积量，则，高阶累积量可以通过混合矩来计算。
其中，混合矩的计算中可利用算术平均代替统计平均，即通过公式：
Figure GDA0004025023960000091
确定，其中，Mpq为X(k)的p阶混合矩，K为样本数量。
发明人在研发过程中发现，传统通信方式中需要在接收节点(基站服务器)处对每个X(k)逐一计算出X(k)p-qX*(k)q再求和平均，从而导致接收节点处的计算压力较大，影响了计算速率。
而在本申请中，通过采用空中计算架构，直接在数据传输过程中求和得到
Figure GDA0004025023960000101
最后在接收节点处得到平均值，显著降低了接收节点处的计算压力，从而提高计算速率。
在实际执行过程中，至少三个基站生成到达时间后，同时向基站服务器发送到达时间，采用统一的循环码编码长度，然后通过空中计算技术由基站服务器统一接收并直接针对循环码部分进行计算，以生成各基站对应的测量距离。
在该步骤中，通过采用空中计算以解决边缘智能模型训练中的无线通信开销问题，利用无线多址接入信道的信号叠加特性，通过采用空中计算，在多终端无线信号传输的同时，对参数汇总计算，从而实现通信计算一体化设计，降低无线通信开销，提高边缘智能系统性能。
在实际执行过程中，基站服务器接收至少三个基站同时发送的到达时间，基于到达时间以及目标信号的传输速率，即可生成待定位终端分别距离各基站的测量距离，然后以各基站为圆心，测量距离为半径，绘制三个圆，其交点即为待定位终端所在的位置。
在本发明中，需要说明的是，基站和终端通过prach传输目标信号，且在基站和终端进行连接时，使用prach实现随机访问过程；通过传播延迟多普勒域中的前导序列，可以减少多径衰落的影响。
通过OTFS将延迟多普勒坐标系中携带的信息转换为诸如正交频分复用技术(OFDM)、码分多址(CDMA)和时分多址(TDMA)等传统调制方案所使用的熟悉的时频域。由OTFS将衰落的时变无线信道转换为与发射符号的非衰落，时间无关的交互，在这种新的模式中，所有正交振幅调制(QAM)符号都经过相同的信道，并且所有信道的延迟多普勒分集分支加以组合。通过使信道状态采集在时间独立的延迟多普勒域中完成，即便在存在高移动性的情况下，也能实现准确的信道预计。
除此之外，天线端口参考信号在延迟多普勒域中被携带，可以被有效打包，从而允许基于各个信道的延迟和多普勒扩展特性来灵活多路复用大量参考信号。
由至少三个基站同时向基站服务器发送到达时间，采用统一的循环码编码长度，然后通过空中计算技术统一接收并直接针对循环码部分进行计算，得出至少三个待测距离，然后通过TOA定位技术基于待测距离进行计算得到待定位终端的位置坐标。
其中，通过空中计算接收并计算数据，可以打破传统无线网络通信计算分离的架构，实现“通信计算一体化”，有效降低边缘智能网络的通信计算开销，进而提高训练性能。
通过VRAN传输到达时间，在无线接入网的基础上部署虚拟网络功能VNF(VirtualNetwork)，可以实现软硬件解耦，充分发挥虚拟化以及云化资源池的作用，从而实现弹性网络，灵活扩展。
根据本发明实施例提供的定位方法，通过在prach信道使用OTFS调制发送前导信息，可以有效降低信号在传输过程中的丢失和误差，从而提高鲁棒性，以及后续定位结果的准确性；通过对前导信息进行处理以获取到达时间，并对到达时间进行空中计算以确定待定位终端的位置坐标，实现在进行信号传输的同时进行计算，显著提高计算速率，从而提高定位效率；除此之外，通过实现通信计算一体化设计，既能利用通信对协作感知的支撑以拓宽感知的广度和深度，增强感知能力；也能通过分布式算力融合降维，挖掘数据深层次的含义，实现用户意图感知以及网络性能优化；进一步地，通过感知到的多维数据反过来促进算法性能的提升，通信能力的增强也进一步为计算提供了泛在计算的能力，从而使得算法不仅能在局部进行优化，还得以在全局调优，在提高定位速度、定位效率以及定位结果的准确性的同时还能实现弹性网络、高灵活扩展性。
下面分别从三个不同的角度，对各个步骤的具体实现方式进行说明。
如图3-图4所示，本发明还提供另一种定位方法，该定位方法应用于基站，基站为至少三个。
如图3所示，该定位方法包括：步骤310和步骤320。
步骤310、分别接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于目标信号获取各个基站对应的到达时间；其中，prach信道使用OTFS调制；
在该步骤中，待定位终端与基站通过prach信道进行通信。
到达时间为用于进行TOA计算的时间值，用于表征目标信号自终端发送，至基站接收所耗费的时间值。
通过检测前导信息得到到达时间，可以减少多径衰落和多普勒传播的影响，从而后续可以快速且准确的对待定位终端进行定位，且在定位过程中可以突破干扰，使得定位更加准确，定位效果更优越。
步骤320、基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间。
在该步骤中，至少三个基站分别与基站服务器通过VRAN通信连接。
在实际执行过程中，可以在基站中设置时钟以控制三个基站同时向基站服务器发送到达时间。
在该步骤中，采用VRAN可以提高灵活性，支持以弹性方式扩展资源，以应对不断变化的网络需求。实现软硬件解耦，充分发挥虚拟化、云化资源池的作用，实现弹性网络，灵活扩展。
根据本发明实施例提供的定位方法，通过在prach信道使用OTFS调制发送前导信息，可以有效降低信号在传输过程中的丢失和误差，从而提高鲁棒性，以及后续定位结果的准确性；通过采用VRAN传输到达时间，可以提高灵活性，支持以弹性方式扩展资源，以应对不断变化的网络需求。实现软硬件解耦，充分发挥虚拟化、云化资源池的作用，实现弹性网络，灵活扩展。
如图4所示，在一些实施例中，步骤310还可以包括：
分别接收目标信号；
从目标信号中抽取前导码的时域波形；
去除前导码的时域波形的循环前缀，获取第一信号；
对第一信号进行离散傅里叶变换，获取第二信号；
对第二信号进行子载波解映射，提取出前导码的频域波形，获取第三信号；
对第三信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第四信号；
基于第四信号与本地掩码，获取时域功率延迟谱；
基于时域功率延迟谱，获取到达时间。
在该实施例中，目标信号包括前导码。
前导码为前导序列(preamble)，包括：长度为Tcp的循环前缀CP和长度为Tseq的序列Sequence。
时域波形用于表征信号随时间变化的情况，前导码的时域波形即为前导码在时域上的波形表达。
在从目标信号中抽取得到前导码的时域波形后，去除前导码中的循环前缀CP，以生成第一信号。
该第一信号为时域信号。
然后对第一信号进行离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)，以将时序信号转换为频域信号，生成第二信号。
该第二信号为频域信号。
载波为被调制用于传输信号的波形，子载波为载波中的任意一段载波。
对第二信号进行子载波解映射，以提取得到前导码的频域信号，即前导码的频域波形，该前导码的频域波形即为第三信号。
然后对第三信号进行离散傅里叶变换的逆变换(IDFT)，以将频域信号转换为时域信号，生成前导码的时域波形，即第四信号。
该第四信号为时域信号。
在生成第四信号后，即可基于第四信号计算到达时间。
本地掩码为原始传输的ZC序列的副本。
在生成第四信号，即经对目标信号处理所生成的前导码的时域波形之后，将第四信号与本地掩码进行相关运算即可得到时域功率延迟谱(Power Delay Profile)。
具体可通过公式：
Figure GDA0004025023960000141
确定，其中，PDP(l)为时域功率延迟谱，zu(l)为滞后l处的离散相关函数，y(n)为后处理后的接收序列，xu(n)为接收端重复的ZC根序列，Nzc为ZC根序列的长度，(·)*为复共轭运算。
可以理解的是，当在信道上加时延时，会反应在PDP中；也即时域功率延迟谱可以表征信道的时延情况。
在得到时域功率延迟谱后，通过公式：
Ttotal＝TTH×mtot
即可确定到达时间，其中，Ttotal为到达时间，mtot为PDP的平均相关功率，TTH为基于理论来评估最优阈值以满足给定的虚警概率，TTH可以为预先设定的数值。
根据本发明实施例提供的定位方法，通过在去除循环前缀CP后，进行子载波映射和SFFT(即用于Time-frequency domain和delay doppler domain的转换)，以获得接收到的前导信号(即第四信号)；然后基于接收到的前导信号与原始传输的ZC序列的副本之间的交叉卷积生成到达时间，减少了多径衰落和多普勒传播的影响，从而可以快速且准确地对被监测待定位终端进行定位，并且在定位过程中可以突破干扰，使得定位更加准确，定位效果更优越。
如图1-图2所示，本发明还提供另一种定位方法，该定位方法应用于待定位终端。
待定位终端包括但不限于用户的手机、平板电脑、手表、车载终端以及其他终端等。
如图1所示，该定位方法包括：步骤110、步骤120和步骤130。
步骤110、生成ZC根序列；
在该步骤中，ZC序列为满足等幅零自相关(CAZAC)特性的非二值等幅序列。
ZC序列的一般形式为：
Figure GDA0004025023960000151
其中，aq(n)为ZC序列；Nzc为ZC序列的长度；q为根索引，q＝1,2…，Nzc，且q为正整数；n＝0,1…，Nzc-1，且n为整数。
ZC序列可以通过PRACH进行定时、频率和码元同步传输。
步骤120、基于ZC根序列，获取目标信号；
在该步骤中，目标信号用于确定到达时间。
目标信号为在延迟多普勒域中调制所生成的信号，是在所有可用的载波频率和时隙通过利用全时频多样性所生成的，享有相似的频道，具有较小的方差，对多普勒频移具有鲁棒性，且不易受到丢失和错误的影响。
下面通过具体实施例，对该步骤的实现方式进行说明。
如图2所示，在一些实施例中，步骤120可以包括：
对ZC根序列进行循环移位，获取前导码；
对前导码进行逆快速傅里叶变换，获取第五信号；
将第五信号映射到子载波基上进行变换，获取第六信号；
对第六信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第七信号；
对第七信号添加循环前缀CP获取第八信号；
将第八信号插入至对应的时域帧，获取目标信号。
在该实施例中，目标信号包括前导码。
循环移位指将数值变成二进制，然后循环移动字节的过程；也即将移出的低位放到该数的高位(循环右移)或把移出的高位放到该数的低位(循环左移)。
左移和右移动均是对整数进行的操作。
在生成ZC根序列后，对ZC根序列进行不同的循环移位，即可生成不同的前导码，该前导码不包括循环前缀CP。
该ZC根序列为频域信号。
对前导码进行逆快速傅里叶变换(IFFT)，以将频域数据进行取共轭复数，生成第五信号。
然后将第五信号映射到子载波基上进行变换，以生成能够用于传输第五信号的第六信号。
对第六信号进行离散傅里叶变换的逆变换，将频域信号转换为时域信号，以生成第七信号。
该第七信号为时域信号。
在第七信号中添加循环前缀CP，以生成第八信号，然后将第八信号插入至信号的对应时域帧上，即可生成目标信号。
根据本发明实施例提供的定位方法，通过使用ZC序列生成前导码，使用OTFS调制实现对多普勒扩频的高分集；经过DFT后，将前导信号映射到子载波基上，并在增加循环前缀后在时域内传输，可以消除载波间干扰，保证prach序列在不考虑时延和多普勒传播的情况下的正交性，从而减小误差，以提高后续定位结果的准确性。
步骤130、通过prach信道分别向至少三个基站发送目标信号，目标信号用于确定到达时间；其中，prach信道使用OTFS调制。
在该步骤中，基站为用于进行TOA定位的基站。
prach信道使用OTFS调制。其中，OTFS调制的实现方式已在上文实施例中进行了说明，在此不作赘述。
根据本发明实施例提供的定位方法，通过在prach信道使用OTFS调制发送前导信息，可以有效降低信号在传输过程中的丢失和误差，从而提高鲁棒性，以及后续定位结果的准确性。
如图5和图7所示，本发明还提供另一种定位方法，该定位方法应用于基站服务器。
如图5所示，该定位方法包括：步骤510和步骤520。
步骤510、接收至少三个基站基于VRAN同时传输的到达时间，到达时间为基站基于待定位终端发送的目标信号确定的；
在该步骤中，到达时间为用于进行TOA计算的时间值，用于表征目标信号自待定位终端发送，至基站接收所耗费的时间值。
到达时间的生成过程已在上述实施例中进行说明，在此不作赘述。
需要说明的是，在本实施例中，至少三个基站分别与基站服务器通过VRAN通信连接，由基站通过VRAN将到达时间发送至基站服务器。
VRAN的基站软件对硬件存储要求低，重点考虑的是虚拟层对存储空间的需求，只需要本地存储保障一定数量的容器/安全容器启动运行，并具备相对的可扩展性。
采用VRAN可以提高灵活性，支持以弹性方式扩展资源，以应对不断变化的网络需求。实现软硬件解耦，充分发挥虚拟化、云化资源池的作用，实现弹性网络，灵活扩展。
步骤520、对至少三个到达时间进行空中计算，确定待定位终端的位置坐标。
在该步骤中，空中计算即边传输边计算。
通过采用空中计算以解决边缘智能模型训练中的无线通信开销问题，利用无线多址接入信道的信号叠加特性，通过采用空中计算，在多终端无线信号传输的同时，对参数汇总计算，从而实现通信计算一体化设计，降低无线通信开销，提高边缘智能系统性能。
在一些实施例中，步骤520可以包括：
对至少三个到达时间进行空中计算，确定各个基站与待定位终端之间的测量距离；
基于至少三个基站与待定位终端之间的测量距离，确定待定位终端的位置坐标。
在该实施例中，至少三个基站生成到达时间后，采用统一的循环码编码长度，同时向基站服务器发送到达时间，基站服务器通过空中计算技术统一接收并直接针对循环码部分进行计算，以生成各基站对应的测量距离。
基站服务器接收至少三个基站同时发送的到达时间，基于到达时间以及目标信号的传输速率，即可生成待定位终端分别距离各基站的测量距离；然后以各基站为圆心，测量距离为半径，绘制三个圆，其交点即为待定位终端所在的位置。
如图7所示，三个测量距离分别为：r1、r2和r3。
然后以各基站为圆心，测量距离为半径，绘制三个圆，其交点即为待定位终端所在的位置。
例如，可以使用最小二乘法计算待定位终端所在的位置。
具体可以通过公式：
(xi-x)2+(y-yi)2＝(ri)2,i＝1,2,……,N
计算，其中，(x,y)为待定位终端的位置坐标，(xi,yi)为第i个基站的位置坐标，ri为待定位终端与第i个基站之间的测量距离，N为基站的数量且N≥3。
将上述公式展开，化简得到：
xi 2+yi 2+x2+y2-2xix-2yiy＝ri 2
令：
Ki＝xi 2+yi 2，R＝x2+y2
其中，i为第i个基站。
则：
ri 2-Ki＝-2xix-2yiy+R
带入i＝1,2,……,N可得：
Figure GDA0004025023960000191
进一步地，令：
Figure GDA0004025023960000192
Figure GDA0004025023960000193
Figure GDA0004025023960000194
则Y＝AX，其中，X为包含有待定位终端的横纵坐标(x,y)的矩阵；
利用最小二乘法：
X＝(ATA)-1ATY
即可确定X，基于X即可得到待定位终端的位置坐标。
根据本发明实施例提供的定位方法，通过对到达时间进行空中计算以确定待定位终端的位置坐标，实现在进行信号传输的同时进行计算，显著提高计算速率，从而提高定位效率；除此之外，通过实现通信计算一体化设计，既能利用通信对协作感知的支撑以拓宽感知的广度和深度，增强感知能力；也能通过分布式算力融合降维，挖掘数据深层次的含义，实现用户意图感知以及网络性能优化；进一步地，通过感知到的多维数据反过来促进算法性能的提升，通信能力的增强也进一步为计算提供了泛在计算的能力，从而使得算法不仅能在局部进行优化，还得以在全局调优，在提高定位速度、定位效率以及定位结果的准确性的同时还能实现弹性网络、高灵活扩展性。
下面对本发明提供的定位装置进行描述，下文描述的定位装置与上文描述的定位方法可相互对应参照。
如图8所示，本发明提供了一种定位装置，应用于待定位终端。
该定位装置包括：第一处理模块810、第二处理模块820和第三处理模块830。
第一处理模块810，用于生成ZC根序列；
第二处理模块820，用于基于ZC根序列，获取目标信号；
第三处理模块830，用于通过prach信道分别向至少三个基站发送目标信号，目标信号用于确定到达时间；
其中，prach信道使用OTFS调制。
根据本发明实施例提供的定位装置，通过在prach信道使用OTFS调制发送前导信息，可以有效降低信号在传输过程中的丢失和误差，从而提高鲁棒性，以及后续定位结果的准确性。
在一些实施例中，第二处理模块820，还可以用于：
对ZC根序列进行循环移位，获取前导码；
对前导码进行逆快速傅里叶变换，获取第五信号；
将第五信号映射到子载波基上进行变换，获取第六信号；
对第六信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第七信号；
对第七信号添加循环前缀获取第八信号；
将第八信号插入至对应的时域帧，获取目标信号。
如图9所示，本发明提供了另一种定位装置，应用于基站，基站为至少三个。
该定位装置包括：第四处理模块910和第五处理模块920。
第四处理模块910，用于接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于目标信号获取各个基站对应的到达时间；
第五处理模块920，用于基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；
其中，prach信道使用OTFS调制。
根据本发明实施例提供的定位装置，通过在prach信道使用OTFS调制发送前导信息，可以有效降低信号在传输过程中的丢失和误差，从而提高鲁棒性，以及后续定位结果的准确性；通过采用VRAN传输到达时间，可以提高灵活性，支持以弹性方式扩展资源，以应对不断变化的网络需求。实现软硬件解耦，充分发挥虚拟化、云化资源池的作用，实现弹性网络，灵活扩展。
在一些实施例中，第四处理模块910，还可以用于：
分别接收目标信号；
从目标信号中抽取前导码的时域波形；
去除前导码的时域波形的循环前缀，获取第一信号；
对第一信号进行离散傅里叶变换，获取第二信号；
对第二信号进行子载波解映射，提取出前导码的频域波形，获取第三信号；
对第三信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第四信号；
基于第四信号与本地掩码，获取时域功率延迟谱；
基于时域功率延迟谱，获取到达时间。
如图10所示，本发明提供了又一种定位装置，应用于基站服务器。
该定位装置包括：第六处理模块1010和第七处理模块1020。
第六处理模块1010，用于接收至少三个基站基于VRAN同时传输的到达时间，到达时间为基站基于待定位终端发送的目标信号确定的；
第七处理模块1020，用于对至少三个到达时间进行空中计算，确定待定位终端的位置坐标。
根据本发明实施例提供的定位装置，通过对到达时间进行空中计算以确定待定位终端的位置坐标，实现在进行信号传输的同时进行计算，显著提高计算速率，从而提高定位效率；除此之外，通过实现通信计算一体化设计，既能利用通信对协作感知的支撑以拓宽感知的广度和深度，增强感知能力；也能通过分布式算力融合降维，挖掘数据深层次的含义，实现用户意图感知以及网络性能优化；进一步地，通过感知到的多维数据反过来促进算法性能的提升，通信能力的增强也进一步为计算提供了泛在计算的能力，从而使得算法不仅能在局部进行优化，还得以在全局调优，在提高定位速度、定位效率以及定位结果的准确性的同时还能实现弹性网络、高灵活扩展性。
在一些实施例中，第七处理模块1020，还可以用于：
对至少三个到达时间进行空中计算，确定各个基站与待定位终端之间的测量距离；
基于至少三个基站与待定位终端之间的测量距离，确定待定位终端的位置坐标。
图11示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图11所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1110、通信接口(Communications Interface)1120、存储器(memory)1130和通信总线1140，其中，处理器1110，通信接口1120，存储器1130通过通信总线1140完成相互间的通信。处理器1110可以调用存储器1130中的逻辑指令，以执行定位方法，该方法包括：待定位终端通过prach信道向至少三个基站分别发送目标信号；至少三个基站分别接收目标信号，并基于目标信号获取各个基站对应的到达时间；至少三个基站基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；基站服务器接收至少三个基站对应的到达时间，并对至少三个基站对应的到达时间进行空中计算，确定待定位终端的位置坐标；其中，prach信道使用OTFS调制；或者，该方法包括：接收至少三个基站基于VRAN同时传输的到达时间，到达时间为基站基于待定位终端发送的目标信号确定的；对至少三个到达时间进行空中计算，确定待定位终端的位置坐标；或者，该方法包括：生成ZC根序列；基于ZC根序列，获取目标信号；通过prach信道分别向至少三个基站发送目标信号，目标信号用于确定到达时间；其中，prach信道使用OTFS调制；或者，该方法包括：分别接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于目标信号获取各个基站对应的到达时间；基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；其中，prach信道使用OTFS调制。
此外，上述的存储器1130中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的定位方法，该方法包括：待定位终端通过prach信道向至少三个基站分别发送目标信号；至少三个基站分别接收目标信号，并基于目标信号获取各个基站对应的到达时间；至少三个基站基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；基站服务器接收至少三个基站对应的到达时间，并对至少三个基站对应的到达时间进行空中计算，确定待定位终端的位置坐标；其中，prach信道使用OTFS调制；或者，该方法包括：接收至少三个基站基于VRAN同时传输的到达时间，到达时间为基站基于待定位终端发送的目标信号确定的；对至少三个到达时间进行空中计算，确定待定位终端的位置坐标；或者，该方法包括：生成ZC根序列；基于ZC根序列，获取目标信号；通过prach信道分别向至少三个基站发送目标信号，目标信号用于确定到达时间；其中，prach信道使用OTFS调制；或者，该方法包括：分别接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于目标信号获取各个基站对应的到达时间；基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；其中，prach信道使用OTFS调制。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的定位方法，该方法包括：待定位终端通过prach信道向至少三个基站分别发送目标信号；至少三个基站分别接收目标信号，并基于目标信号获取各个基站对应的到达时间；至少三个基站基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；基站服务器接收至少三个基站对应的到达时间，并对至少三个基站对应的到达时间进行空中计算，确定待定位终端的位置坐标；其中，prach信道使用OTFS调制；或者，该方法包括：接收至少三个基站基于VRAN同时传输的到达时间，到达时间为基站基于待定位终端发送的目标信号确定的；对至少三个到达时间进行空中计算，确定待定位终端的位置坐标；或者，该方法包括：生成ZC根序列；基于ZC根序列，获取目标信号；通过prach信道分别向至少三个基站发送目标信号，目标信号用于确定到达时间；其中，prach信道使用OTFS调制；或者，该方法包括：分别接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于目标信号获取各个基站对应的到达时间；基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；其中，prach信道使用OTFS调制。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种定位方法，其特征在于，应用于待定位终端，所述方法包括：
生成ZC根序列；
基于所述ZC根序列，获取目标信号；
通过prach信道分别向至少三个基站发送所述目标信号，所述目标信号用于确定到达时间；
其中，所述prach信道使用OTFS调制；
所述基于所述ZC根序列，获取目标信号，包括：
对所述ZC根序列进行循环移位，获取前导码；
对所述前导码进行逆快速傅里叶变换，获取第五信号；
将所述第五信号映射到子载波基上进行变换，获取第六信号；
对所述第六信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第七信号；
对所述第七信号添加循环前缀获取第八信号；
将所述第八信号插入至对应的时域帧，获取所述目标信号。
2.一种定位方法，其特征在于，应用于基站，所述基站为至少三个，所述方法包括：
分别接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于所述目标信号获取各个所述基站对应的到达时间；
基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；
其中，所述prach信道使用OTFS调制；
所述基于所述目标信号获取各个所述基站对应的到达时间，包括：
从所述目标信号中抽取前导码的时域波形；
去除所述前导码的时域波形的循环前缀，获取第一信号；
对所述第一信号进行离散傅里叶变换，获取第二信号；
对所述第二信号进行子载波解映射，提取出所述前导码的频域波形，获取第三信号；
对所述第三信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第四信号；
基于所述第四信号与本地掩码，获取时域功率延迟谱；
基于所述时域功率延迟谱，获取所述到达时间。
3.一种定位方法，其特征在于，应用于基站服务器，所述方法包括：
接收至少三个基站基于VRAN同时传输的到达时间，所述到达时间为所述基站基于待定位终端发送的目标信号确定的；
对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定所述待定位终端的位置坐标；
所述对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定所述待定位终端的位置坐标，包括：
对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定各个所述基站与所述待定位终端之间的测量距离；
基于所述至少三个基站与所述待定位终端之间的测量距离，确定所述待定位终端的位置坐标。
4.一种定位方法，其特征在于，包括：
待定位终端通过prach信道向至少三个基站分别发送目标信号；
所述至少三个基站分别接收所述目标信号，并基于所述目标信号获取各个所述基站对应的到达时间；
所述至少三个基站基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；
所述基站服务器接收所述至少三个基站对应的到达时间，并对所述至少三个基站对应的到达时间进行空中计算，确定所述待定位终端的位置坐标；
其中，所述prach信道使用OTFS调制；
所述基于所述目标信号获取各个所述基站对应的到达时间，包括：
从所述目标信号中抽取前导码的时域波形；
去除所述前导码的时域波形的循环前缀，获取第一信号；
对所述第一信号进行离散傅里叶变换，获取第二信号；
对所述第二信号进行子载波解映射，提取出所述前导码的频域波形，获取第三信号；
对所述第三信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第四信号；
基于所述第四信号与本地掩码，获取时域功率延迟谱；
基于所述时域功率延迟谱，获取所述到达时间；
所述对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定所述待定位终端的位置坐标，包括：
对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定各个所述基站与所述待定位终端之间的测量距离；
基于所述至少三个基站与所述待定位终端之间的测量距离，确定所述待定位终端的位置坐标。
5.一种定位装置，其特征在于，应用于待定位终端，包括：
第一处理模块，用于生成ZC根序列；
第二处理模块，用于基于所述ZC根序列，获取目标信号；
第三处理模块，用于通过prach信道分别向至少三个基站发送所述目标信号，所述目标信号用于确定到达时间；
其中，所述prach信道使用OTFS调制；
所述第二处理模块，具体用于：
对所述ZC根序列进行循环移位，获取前导码；
对所述前导码进行逆快速傅里叶变换，获取第五信号；
将所述第五信号映射到子载波基上进行变换，获取第六信号；
对所述第六信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第七信号；
对所述第七信号添加循环前缀获取第八信号；
将所述第八信号插入至对应的时域帧，获取所述目标信号。
6.一种定位装置，其特征在于，应用于基站，所述基站为至少三个，所述装置包括：
第四处理模块，用于分别接收待定位终端通过prach信道发送的目标信号，并基于所述目标信号获取各个所述基站对应的到达时间；
第五处理模块，用于基于VRAN同时向基站服务器发送各自对应的到达时间；
其中，所述prach信道使用OTFS调制；
所述第四处理模块，具体用于：
从所述目标信号中抽取前导码的时域波形；
去除所述前导码的时域波形的循环前缀，获取第一信号；
对所述第一信号进行离散傅里叶变换，获取第二信号；
对所述第二信号进行子载波解映射，提取出所述前导码的频域波形，获取第三信号；
对所述第三信号进行离散傅里叶变换的逆变换，获取第四信号；
基于所述第四信号与本地掩码，获取时域功率延迟谱；
基于所述时域功率延迟谱，获取所述到达时间。
7.一种定位装置，其特征在于，应用于基站服务器，所述装置包括：
第六处理模块，用于接收至少三个基站基于VRAN同时传输的到达时间，所述到达时间为所述基站基于待定位终端发送的目标信号确定的；
第七处理模块，用于对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定所述待定位终端的位置坐标；
所述第七处理模块，具体用于：
对至少三个所述到达时间进行空中计算，确定各个所述基站与所述待定位终端之间的测量距离；
基于所述至少三个基站与所述待定位终端之间的测量距离，确定所述待定位终端的位置坐标。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述定位方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述定位方法。
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