CN115988640A - 一种基于ta值的用户终端距离计算方法、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种基于TA值的用户终端距离计算方法、系统及设备，方法包括以下步骤：根据TA值估算目标用户终端与基站之间的距离，接收目标信号，以采样频率
对目标信号进行模数转换，生成本地时域DMRS信号
，对所述目标信号进行滤波处理，提取所述目标信号的上行时域DMRS信号
，分别对本地时域DMRS信号
和上行时域DMRS信号
在窗长范围内计算相关值并合并得到相关值合并结果
，在相关值合并结果
中搜索最大值对应的位置
并计算获得上行定时偏差为
个采样点，计算获得距离偏差
和精确距离
。系统和设备用于执行上述方法。本公开可大幅提高用户终端距离计算精度，进而提高定位精度，能更好地满足高精度定位需求。
Description
技术领域
本公开涉及通信系统技术领域，具体涉及一种基于TA值的用户终端距离计算方法、系统及设备。
背景技术
在通信系统中，需要向用户提供终端定位功能。目前常用的通信系统，如4G LTE系统中，其定位原理是基于TA（Timing Advance,定时提前）值估算用户终端与基站之间的距离，利用相控阵天线可以测量用户终端发出信号的入射角度，从而得到以基站为原点的极坐标系统，进而获得用户终端的所在方位和距离。
其中，TA值一般用于用户终端进行上行传输，为了使得用户终端的上行数据包在期望的时间到达基站，预估由于距离引起的射频传输时延，提前相应的时间发出数据包。目的是为了消除不同用户终端之间不同的传输时延，使得不同用户终端的上行信号到达基站的时间对齐，保证上行正交性，降低小区内干扰。
基站侧上下行子帧的定时是相同的，而在用户终端侧看来，TA本质上是接收到下行子帧的起始时间与传输上行子帧的时间之间的一个负偏移，本质上是上下行传输时延的和，表征的是用户终端与基站天线端口之间距离的2倍。
由于上行同步TA调整的颗粒度是1TA=16Ts，因此在LTE系统的30.72MHz采样频率下，使用TA来估算手机与基站之间距离的颗粒度为：
。
由上述结果可知，在LTE系统中，使用TA值进行距离估算的精度约为78米，其距离估算的精度很低，导致定位误差很大，不能很好地满足定位需求。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种基于TA值的用户终端距离计算方法、系统及设备。本公开可大幅提高用户终端距离计算精度，进而提高定位精度，能更好地满足高精度定位需求。
本公开所述的一种基于TA值的用户终端距离计算方法，包括以下步骤：
S01、根据目标用户终端的上行定时提前量TA值，估算目标用户终端与基站的距离，记为估算距离；
S02、接收目标用户终端发出的目标信号，并以采样频率对所述目标信号进行模数转换，且，其中，表示基准采样频率，用于表征采样频率相对于基准采样频率的采样频率倍数；
S03、根据目标用户终端的PUSCH配置参数，生成本地时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数获得关于所述本地时域DMRS信号的第一维度；
S04、对所述目标信号进行滤波处理；
S05、根据所述上行定时提前量TA值确定的帧定时，提取所述目标信号的上行时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长，获得关于所述上行时域DMRS信号的第二维度；
S06、根据所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长获得计算窗长，分别对所述本地时域DMRS信号和所述上行时域DMRS信号在所述计算窗长内计算相关值，并对两个相关值计算结果取模值后合并得到相关值合并结果；
S07、在所述相关值合并结果中搜索最大值对应的位置，基于所述位置计算获得上行定时偏差为个采样点；
S08、根据所述上行定时偏差计算获得关于所述估算距离的距离偏差；
S09、根据所述估算距离和所述距离偏差，计算获得目标用户终端与基站的精确距离。
优选地，所述步骤S01具体为：
按如下公式估算目标用户终端与基站的估算距离：
。
优选地，所述步骤S03具体为：
根据目标用户终端的PUSCH配置参数及协议，生成对应的频域DMRS信号，将所得频域DMRS信号转换到时域，获得2个时隙的所述本地时域DMRS信号，所述第一维度。
优选地，所述步骤S04具体为：
将所述目标信号占用的资源块的中心点搬移到零频的中心，然后以所述目标信号占用的资源块宽度作为通带带宽对目标信号进行滤波。
优选地，所述步骤S05具体为：
根据所述上行定时提前量TA值确定的帧定时，在所述目标信号的DMRS定时位置提前个采样点，提取所述目标信号2个时隙的所述上行时域DMRS信号，其中，所述第二维度。
优选地，所述步骤S07具体为：
按如下公式计算所述上行定时偏差：
。
优选地，所述步骤S08具体为：
按如下公式计算所述距离偏差：
；
所述步骤S09具体为：
按如下公式计算所述精确距离：
。
本公开的一种基于TA值的用户终端距离计算系统，包括：
估算模块，其用于根据目标用户终端的上行定时提前量TA值，估算目标用户终端与基站的距离，记为估算距离；
模数转换模块，其用于接收目标用户终端发出的目标信号，并以采样频率对所述目标信号进行模数转换，且，其中，表示基准采样频率，用于表征采样频率相对于基准采样频率的采样频率倍数；
本地时域DMRS信号生成模块，其用于根据目标用户终端的PUSCH配置参数，生成本地时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数获得关于所述本地时域DMRS信号的第一维度；
滤波模块，其用于对所述目标信号进行滤波处理；
上行时域DMRS信号提取模块，其用于根据所述上行定时提前量TA值确定的帧定时，提取所述目标信号的上行时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长，获得关于所述上行时域DMRS信号的第二维度；
相关值合并结果计算模块，其用于根据所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长获得计算窗长，分别对所述本地时域DMRS信号和所述上行时域DMRS信号在所述计算窗长内计算相关值，并对两个相关值计算结果取模值后合并得到相关值合并结果；
定时偏差计算模块，其用于在所述相关值合并结果中搜索最大值对应的位置，基于所述位置计算获得上行定时偏差;
距离偏差计算模块，其用于根据所述上行定时偏差计算获得关于所述估算距离的距离偏差；
精确距离计算模块，其用于根据所述估算距离和所述距离偏差，计算获得目标用户终端与基站的精确距离。
本公开的一种计算机设备，包括信号连接的处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载时执行如上所述基于TA值的用户终端距离计算方法。
本公开的一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序被处理器加载时执行如上所述基于TA值的用户终端距离计算方法。
本公开所述的一种基于TA值的用户终端距离计算方法、系统及设备，其优点在于：
本公开通过定时偏差对计算获得距离偏差，基于距离偏差对使用TA值获得的估算距离进行修正，进而使得最终得到的精确距离的精度可达级别，具体可达，可大幅提高用户终端距离计算精度，进而提高定位精度，能更好地满足高精度定位需求；
同时还可通过提高对目标信号的采样频率，可进一步提高定位精度，如对目标信号的采样频率提高倍，则对应的定位精度可达到，可根据定位精度需求进行设计，能满足高精度定位需求的场合，应用更加广泛，使用更加灵活。
附图说明
图1是本实施例所述一种基于TA值的用户终端距离计算方法的步骤流程图；
图2是本实施例所述一种基于TA值的用户终端距离计算方法近距离场景下定位误差与距离的测试结果图；
图3是本实施例所述一种基于TA值的用户终端距离计算方法中距离场景下定位误差与距离的测试结果图；
图4是本实施例所述一种基于TA值的用户终端距离计算方法远距离场景下定位误差与距离的测试结果图；
图5是本实施例所述一种计算机设备的结构示意图。
附图标记说明：101-处理器，102-存储器。
具体实施方式
如图1所示，本公开所述的一种基于TA值的用户终端距离计算方法，包括以下步骤：
S01、根据目标用户终端的上行定时提前量TA值，估算目标用户终端与基站的距离，记为估算距离；具体的，采用常规的TA值距离估算方法，基站获取目标用户终端，如目标手机的上行定时提前量TA，按如下公式初步估算出目标手机与基站之间的估算距离：
。
估算距离为采用传统TA值估算获得的距离，其误差很大，需要通过后续步骤对其进行修正。
S02、接收目标用户终端发出的目标信号，并以采样频率对所述目标信号进行模数转换，且，其中，表示基准采样频率，用于表征采样频率相对于基准采样频率的采样频率倍数；
具体的，在实际的4G LTE系统中，其信号带宽为20M，采样频率为30.72MHz，因而此步骤中，基准采样频率等于30.72MHz，则有：
；
且的典型取值为1或2或4。
S03、根据目标用户终端的PUSCH（Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道）配置参数，生成本地时域DMRS（Demodulation Reference Signal，解调参考信号）信号，并基于所述采样频率倍数获得关于所述本地时域DMRS信号的第一维度；
具体的，根据目标用户终端的PUSCH配置参数及3GPP36.211协议生成对应的频域DMRS信号，并通过常规的时频域转换处理将所得频域DMRS信号转换到时域，获得2个时隙的所述本地时域DMRS信号，该本地时域DMRS信号的维度，即第一维度。
在具体的实施例中，当需要获取目标终端发送的信息时，可以从帧头位置对目标信号做降采样处理，将数据的采样频率恢复至30.72MHz，然后从子帧头位置开始提取第一个子帧的数据，然后通过PUSCH信道解析即可获取目标终端发送给基站的信息。
S04、对所述目标信号进行滤波处理；具体的，将目标信号占用的资源块（ResourceBlock，RB）的中心点搬移到零频的中心，然后以目标信号占用的资源块宽度作为通带带宽对目标信号进行滤波，以使频域上只保留DMRS信号。
S05、根据所述上行定时提前量TA值确定的帧定时，提取所述目标信号的上行时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长，获得关于所述上行时域DMRS信号的第二维度；
具体的，根据所述上行定时提前量TA值确定的帧定时，在目标信号的DMRS定时位置提前个采样点，提取所述目标信号2个时隙的所述上行时域DMRS信号，其中，可取1024。
S06、根据所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长获得计算窗长，具体的，计算窗长。
分别对所述本地时域DMRS信号和所述上行时域DMRS信号在所述计算窗长内计算相关值，分别记两个相关值计算结果为和，维度均为。
并对两个相关值计算结果取模值后合并得到相关值合并结果，维度均为。
S07、在所述相关值合并结果中搜索最大值对应的位置，基于所述位置，按如下公式计算获得上行定位偏差为个采样点：
。
S08、根据所述上行定时偏差，按如下公式计算获得关于所述估算距离的距离偏差：
。
S09、根据所述估算距离和所述距离偏差，按如下公式对步骤S01获得的估算距离进行修正，计算获得目标用户终端与基站的精确距离：
。
为了验证本实施例的计算方法的有效性，分别在近、中和远距离三种场景中测试目标手机的距离误差，每种场景下测试10000次，测试结果图分别如图 2、图 3和图 4所示，从测试结果分析，本实施例的计算方法在近、中、远三种距离场景中均能精确定位，定位误差在10米以内的概率可以达到95%以上，说明本实施例的计算方法具有定位精度高的效果。
本公开通过定时偏差对计算获得距离偏差，基于距离偏差对使用TA值获得的估算距离进行修正，进而使得最终得到的精确距离的精度可达级别，具体可达，可大幅提高用户终端距离计算精度，进而提高定位精度，能更好地满足高精度定位需求；
同时还可通过提高对目标信号的采样频率，可进一步提高定位精度，如对目标信号的采样频率提高倍，则对应的定位精度可达到，可根据定位精度需求进行设计，能满足高精度定位需求的场合，应用更加广泛，使用更加灵活。
本实施例还提供了一种基于TA值的用户终端距离计算系统，包括：
估算模块，其用于根据目标用户终端的上行定时提前量TA值，估算目标用户终端与基站的距离，记为估算距离；
模数转换模块，其用于接收目标用户终端发出的目标信号，并以采样频率对所述目标信号进行模数转换，且，其中，表示基准采样频率，用于表征采样频率相对于基准采样频率的采样频率倍数；
本地时域DMRS信号生成模块，其用于根据目标用户终端的PUSCH配置参数，生成本地时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数获得关于所述本地时域DMRS信号的第一维度；
滤波模块，其用于对所述目标信号进行滤波处理；
上行时域DMRS信号提取模块，其用于根据所述上行定时提前量TA值确定的帧定时，提取所述目标信号的上行时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长，获得关于所述上行时域DMRS信号的第二维度；
相关值合并结果计算模块，其用于根据所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长获得计算窗长，分别对所述本地时域DMRS信号和所述上行时域DMRS信号在所述计算窗长内计算相关值，并对两个相关值计算结果取模值后合并得到相关值合并结果；
定时偏差计算模块，其用于在所述相关值合并结果中搜索最大值对应的位置，基于所述位置计算获得上行定时偏差;
距离偏差计算模块，其用于根据所述上行定时偏差计算获得关于所述估算距离的距离偏差；
精确距离计算模块，其用于根据所述估算距离和所述距离偏差，计算获得目标用户终端与基站的精确距离。
本实施例的基于TA值的用户终端距离计算系统与上述的方法实施例基于相同的发明构思，可参照上文关于方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。
如图5所示，本实施例还提供了一种计算机设备，包括通过总线信号连接的处理器101和存储器102，所述存储器102中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器101加载时执行如上所述基于TA值的用户终端距离计算方法。存储器102可用于存储软件程序以及模块，处理器101通过运行存储在存储器102的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用。存储器102可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据所述设备的使用所创建的数据等。此外，存储器102可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器102还可以包括存储器控制器，以提供处理器101对存储器102的访问。
本公开实施例所提供的方法实施例可以在计算机终端、服务器或者类似的运算装置中执行，即上述计算机设备可以包括计算机终端、服务器或者类似的运算装置。该计算机设备的内部结构可包括但不限于：处理器、网络接口及存储器。其中，计算机设备内的处理器、网络接口及存储器可通过总线或其他方式连接。
其中，处理器101(或称CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器))是计算机设备的计算核心以及控制核心。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI、移动通信接口等)。存储器102(Memory)是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的存储器102可以是高速RAM存储设备，也可以是非不稳定的存储设备(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储设备；可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器101的存储装置。存储器102提供存储空间，该存储空间存储了电子设备的操作系统，可包括但不限于：Windows系统(一种操作系统)，Linux(一种操作系统)，Android(安卓，一种移动操作系统)系统、IOS(一种移动操作系统)系统等等，本公开对此并不作限定；并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器101加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。在本说明书实施例中，处理器101加载并执行存储器102中存放的一条或一条以上指令，以实现上述方法实施例所述基于TA值的用户终端距离计算方法。
本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序被处理器101加载时执行如上所述基于TA值的用户终端距离计算方法。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质。例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于TA值的用户终端距离计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、根据目标用户终端的上行定时提前量TA值，估算目标用户终端与基站的距离，记为估算距离；
S02、接收目标用户终端发出的目标信号，并以采样频率对所述目标信号进行模数转换，且，其中，表示基准采样频率，用于表征采样频率相对于基准采样频率的采样频率倍数；
S03、根据目标用户终端的PUSCH配置参数，生成本地时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数获得关于所述本地时域DMRS信号的第一维度；
S04、对所述目标信号进行滤波处理；
S05、根据所述上行定时提前量TA值确定的帧定时，提取所述目标信号的上行时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长，获得关于所述上行时域DMRS信号的第二维度；
S06、根据所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长获得计算窗长，分别对所述本地时域DMRS信号和所述上行时域DMRS信号在所述计算窗长内计算相关值，并对两个相关值计算结果取模值后合并得到相关值合并结果；
S07、在所述相关值合并结果中搜索最大值对应的位置，基于所述位置计算获得上行定时偏差为个采样点；
S08、根据所述上行定时偏差计算获得关于所述估算距离的距离偏差；
S09、根据所述估算距离和所述距离偏差，计算获得目标用户终端与基站的精确距离。
2.根据权利要求1所述基于TA值的用户终端距离计算方法，其特征在于，所述步骤S01具体为：
按如下公式估算目标用户终端与基站的估算距离：
。
3.根据权利要求2所述基于TA值的用户终端距离计算方法，其特征在于，所述步骤S03具体为：
根据目标用户终端的PUSCH配置参数及协议，生成对应的频域DMRS信号，将所得频域DMRS信号转换到时域，获得2个时隙的所述本地时域DMRS信号，所述第一维度。
4.根据权利要求3所述基于TA值的用户终端距离计算方法，其特征在于，所述步骤S04具体为：
将所述目标信号占用的资源块的中心点搬移到零频的中心，然后以所述目标信号占用的资源块宽度作为通带带宽对目标信号进行滤波。
5.根据权利要求4所述基于TA值的用户终端距离计算方法，其特征在于，所述步骤S05具体为：
根据所述上行定时提前量TA值确定的帧定时，在所述目标信号的DMRS定时位置提前个采样点，提取所述目标信号2个时隙的所述上行时域DMRS信号，其中，所述第二维度。
6.根据权利要求5所述基于TA值的用户终端距离计算方法，其特征在于，所述步骤S07具体为：
按如下公式计算所述上行定时偏差：
。
7.根据权利要求6所述基于TA值的用户终端距离计算方法，其特征在于，所述步骤S08具体为：
按如下公式计算所述距离偏差：
；
所述步骤S09具体为：
按如下公式计算所述精确距离：
。
8.一种基于TA值的用户终端距离计算系统，其特征在于，包括：
估算模块，其用于根据目标用户终端的上行定时提前量TA值，估算目标用户终端与基站的距离，记为估算距离；
模数转换模块，其用于接收目标用户终端发出的目标信号，并以采样频率对所述目标信号进行模数转换，且，其中，表示基准采样频率，用于表征采样频率相对于基准采样频率的采样频率倍数；
本地时域DMRS信号生成模块，其用于根据目标用户终端的PUSCH配置参数，生成本地时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数获得关于所述本地时域DMRS信号的第一维度；
滤波模块，其用于对所述目标信号进行滤波处理；
上行时域DMRS信号提取模块，其用于根据所述上行定时提前量TA值确定的帧定时，提取所述目标信号的上行时域DMRS信号，并基于所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长，获得关于所述上行时域DMRS信号的第二维度；
相关值合并结果计算模块，其用于根据所述采样频率倍数和所述目标信号的上行窗长获得计算窗长，分别对所述本地时域DMRS信号和所述上行时域DMRS信号在所述计算窗长内计算相关值，并对两个相关值计算结果取模值后合并得到相关值合并结果；
定时偏差计算模块，其用于在所述相关值合并结果中搜索最大值对应的位置，基于所述位置计算获得上行定时偏差;
距离偏差计算模块，其用于根据所述上行定时偏差计算获得关于所述估算距离的距离偏差；
精确距离计算模块，其用于根据所述估算距离和所述距离偏差，计算获得目标用户终端与基站的精确距离。
9.一种计算机设备，包括信号连接的处理器和存储器，其特征在于，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载时执行如权利要求1-7任一项所述基于TA值的用户终端距离计算方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条指令或至少一段程序，其特征在于，所述至少一条指令或所述至少一段程序被处理器加载时执行如权利要求1-7任一项所述基于TA值的用户终端距离计算方法。
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Denomination of invention: A method, system, and device for calculating user terminal distance based on TA value Granted publication date: 20230616 Pledgee: Bank of Beijing Limited by Share Ltd. Shenzhen branch Pledgor: Shenzhen brocade Information Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980024445 |