CN1159930C

CN1159930C - 码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法和装置

Info

Publication number: CN1159930C
Application number: CNB011058080A
Authority: CN
Inventors: 刁心玺; 王国林
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: CN1378392A

Abstract

一种码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法和装置，包括下列步骤：首先输入多径幅度分布的测量值，然后根据1)第一径的幅度；2)各径间相对的衰落趋势；3)多径的时延扩展性，结合先验数据分别进行非可视路径识别的判决，并在以上三种判决结果的基础上进行综合判决。本发明具有的优点是：1)正确识别率高；2)和现有方法相比较，无须积累历史性数据，响应时间短；3)既适用于移动UE的定位，也适用于非移动UE的定位。

Description

码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法和装置

本发明涉及一种CDMA(码分多址)蜂窝移动通信系统中非可视径的识别方法和装置。

蜂窝移动通信系统中，移动台(MS)定位精度会由于非可视路径(NLOS)的存在而严重降低，为了保证在市区环境下对移动台的定位满足美国联邦通信委员会(FCC)提出的精度要求，移动台定位系统需要采取相应的NLOS误差矫正措施，NLOS识别技术则是NLOS矫正的一个重要依据，准确的NLOS识别可以提高NLOS定位误差的矫正效果。

如图1所示，移动台102可以接收四个基站101的信号，在这四个基站中，只有基站2、基站3、基站4和移动台102之间存在可视路径(LOS)路径103、104、105，基站1到移动台102的路径106、107都是NLOS路径，如果在进行移动台位置估计时可以确定移动台接收到的基站信号(如导频信号)中哪些具有LOS路径，那么，就可以全部或部分地利用LOS路径上的测量结果来提高位置估计的精度；即便是通过NLOS识别得出了无LOS路径存在的结论，也可以利用这个结论进行有针对性的NLOS误差矫正。

利用NLOS识别技术，从多个时延测量信号中挑选出可视径(LOS)的测量信号进行定位，这样的处理可以达到如下效果：1)可以在存在LOS路径时对MS进行准确的位置估计；2)可以利用LOS得到的位置和时间相关性来矫正NLOS情况下MS的位置；3)可以在无LOS时选择有针对性的位置估计算法来有效地矫正NLOS定位误差。

现有移动台定位NLOS识别技术首先由M.P.Wylie在题为“非可视路径定位估计”的论文中提出。在1997年9月，M.P.Wylie向美国专利局递交了一份解决移动台定位中NLOS误差矫正的专利申请，US5,974,329，该专利将NLOS识别技术作为构成其发明的一个要素。1998年，J.Borras等人采用二元假设检验方法对M.P.Wylie的NLOS判别方法作了理论分析。

上述关于NLOS识别方法的基本思路是：1)对各个基站测量得到的移动台到该基站间的距离进行长时间的记录；2)对记录的大量数据进行平滑处理；3)利用NLOS情况下测量方差(相对于平滑后的数据，该方差由地貌特怔造成)远大于LOS时的测量方差(该方差由系统误测量差造成)这个事实进行NLOS识别。

上述识别方法存在如下缺点：

1)由于采用二元假设判决，而且难以得到准确的NLOS误差模型，难以达到高的正确识别率；

2)由于需要利用长时间的测量数据，这会产生大的时延，难以满足移动台定位对响应时间的要求；

3)对位置不遂时间变化或虽然位置随时间变化但是无LOS出现的情形，该方法失效，这就大大地限制了该方法的应用范围。

本发明的目的在于提供一种能够获得正确识别率高、响应时间短的码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法和装置。

为了实现上述目的，本发明所提供的一种码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法，包括下列步骤：首先输入多径幅度分布的测量值，然后分别根据第一径的幅度、各径间相对的衰落趋势特性和多径的时延扩展性，结合先验数据，进行非可视路径识别的判决，其中：幅度判决方法为：1)根据系统上报的往返时间来获得到达时间，对于利用下行链路进行的多径幅度分布测量，输入移动台的接收功率和基站的发射功率；对于利用上行链路进行的多径幅度分布测量结果，则输入移动台的发射功率和基站的接收功率；2)假设第一径为非可视路径，比较接收到的第一径的功率是否满足非可视路径条件下的衰落关系：其幅度是否满足比自由空间衰落低于预设的门限值，如果满足，就判为非可视路径，否则，就判为可视路径；衰落趋势判决方法为：首先输入多径幅度分布的测量值，然后根据多径幅度分布体现的各径间相对的衰落趋势特性进行非可视路径识别，最后得到非可视路径识别的结果；时延扩展性判决方法为：1)根据存储的现场测试数据，建立一个时延扩展性和距离的关系；2)以此关系作为判断的辅助条件，在获得到达时间之后，如果幅度、各径的衰落梯度判决的结果为非可视路径，而时延扩展性也表明超过了某个预定门限，则表明是非可视路径；如果时延扩展性未超过某个预定门限，仍以幅度、各径的衰落梯度判决的结果为准；对输出的三种判决结果进行综合判决：结果有两个以上的输出为非可视路径时，则判为非可视路径。

在上述的码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法中，可以根据多径幅度分布体现的各径间相对的衰落趋势特性进行非可视路径识别方法可以采用衰落梯度的方法：(1)对各径的幅度进行曲线拟合；(2)求拟合曲线对应每个径的位置的梯度；(3)将各个径可能出现位置的梯度相加得到幅度分布的梯度总和；(4)确定一个从第一径到第N径的衰落梯度作为门限，根据多径幅度分布的衰落梯度，如果衰落梯度大于该门限，就判为LOS，否则，就判为NLOS。

在上述的码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法中，也可以根据多径幅度分布体现的各径间相对的衰落趋势特性进行非可视路径识别方法可以采用N维矢量方法：构造一个基准矢量，通过求实测的多径幅度分布和基准矢量的距离来确定是否为非可视路径。

在上述的码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法中，求解实测的多径幅度分布衰落趋势可以采用分段处理。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种码分多址蜂窝移动通信系统中的非可视路径的识别装置，包括：多径搜索和测量单元，从移动台侧或基站侧接收信号，完成多径搜索、跟踪、各径的幅度和到达的相对时刻的测量；先验数据存储单元，存储现场测试得到的非可视路径信道和可视路径信道多径幅度分布的数据；综合处理单元，分别从多径搜索和测量单元和先验数据存储单元中读取数据，根据输入多径幅度分布的测量值，进行幅度、多径幅度分布体现的各径间相对的衰落趋势特性和时延扩展性的非可视路径识别的综合判决。

上述的码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别装置，还包括发射功率测量和矫正单元，用于实现发射功率的测量并对馈线损耗加以矫正，并将结果上报综合处理单元。

上述的非可视路径识别的技术方案，利用了多径幅度分布，因而具有的优点是：1)正确识别率高；2)和现有方法相比较，无须积累历史性数据，响应时间短；3)既适用于移动UE的定位，也适用于非移动UE的定位。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。

图1是移动台至基站间的LOS和NLOS路径示意图；

图2是在下行链路上进行多径分布测量的NLOS识别装置的结构示意图；

图3是在上行链路上进行多径分布测量的NLOS识别装置的结构示意图；

图4是已有LOS传播路径损耗和NLOS传播路径损耗的实验数据示意图；

图5是已有NLOS多径分布和LOS多径分布的区别的曲线示意图；

图6是本发明一种NLOS识别算法流程图。

如图4所示，它是根据已有实验结果绘制的NLOS信道和LOS信道的路径损耗特性曲线，对应于同样的传播距离，NLOS信道的衰落的典型值要比LOS信道低60分贝以上，此外，一般LOS信道衰落比自由空间低2～11分贝，NLOS信道衰落比自由空间低13-30分贝。LOS信道和NLOS信道在路径损耗特性上的这种显著差异，可以作为NLOS/LOS的识别的一个依据。

参见图5，它是根据已有的实验数据绘制的NLOS信道和LOS信道的多径分布曲线，该图既表明NLOS信道和LOS信道在时延扩展特性上的差异，也表明NLOS信道和LOS信道在径的幅度衰落上的差异。图5表明，NLOS信道的各径幅度相对平坦，而LOS信道的各径幅度则成快速的衰落状态。这两个方面的差异可以作为进行NLOS/LOS识别的另外两个依据。

综合利用NLOS信道在第一径幅度的路径损耗、各径幅度的相对分布、时延扩展分布方面和LOS信道的区别，可以实现对NLOS的区别。

1本发明利用多径幅度分布识别NLOS的算法流程包括

1.1根据幅度判决

参见图6，首先输入多径幅度分布的测量值，步骤601，然后进行步骤602、603所述的幅度判决。步骤602是根据系统上报的RTT(往返时间)来得到TOA(到达时间)，并输入幅度判决需要的发射(或接收)功率，对于利用下行链路进行的多径幅度分布测量，输入移动台的接收功率和基站的发射功率；对于利用上行链路进行的多径幅度分布测量结果，则输入移动台的发射功率和基站的接收功率。步骤603则是实施NLOS识别，基本原理是：假设为NLOS(这时的距离是真实的距离)，在此假设条件下，比较接收到的第一径的功率是否满足NLOS条件下的衰落关系：其幅度是否满足比自由空间衰落低12分贝以上。如果满足，就判为NLOS，否则，就判为LOS。

pl (dB) = 10 \log \frac{P_{t}}{P_{r}} = - 10 \log [\frac{G_{t} G_{r} λ^{2}}{{(4 π)}^{2} d^{2}}] - - - (7)

式(7)是自由空间的路径损耗公式，在计算路径损耗时，式中的距离d采用TOA测量得到的距离(相邻基站的TOA通过TDOA(到达时间差)和服务小区的TOA计算得到)，由于从TOA得到的d中会包含NLOS误差，应该把这个距离看作是和NLOS距离相对应的，因此，用这个距离得到的自由空间路径损耗应该作为NLOS衰落的判别门限，如果实际测量得到的损耗(根据测量参量)比由公式(7)得到的路径损耗低13dB以上，就判为NLOS路径，否则，就判为LOS路径。

1.2根据径的衰落趋势判决

在步骤601的基础上，步骤606根据多径幅度分布体现的各径间相对的衰落特性进行NLOS识别，具体方法可以有多种，比如：1)衰落梯度法判定衰落趋势的方法可以可以通过如下步骤求多径PROFILE(幅度分布)的衰落梯度：(1)对各径的幅度进行曲线拟合；(2)求拟合曲线对应每个径的位置的梯度；(3)将各个径可能出现位置的梯度相加得到PROFILE的梯度总和。

确定一个从第一径到第N径的衰落梯度作为门限，如果衰落梯度大于该门限，就判为LOS，否则，就判为NLOS；

2)N维矢量法构造一个基准矢量，通过求实测的PROFILE和基准矢量的距离来确定是否为NLOS。

由于多径PROFILE的多样性，为了提高NLOS识别的准确率，需要考虑将接收到的PROFILE进行分段处理。

1.3根据时延扩展性判决

在步骤601的基础上，步骤605根据时延扩展特性进行NLOS识别。和步骤603、605类似，605的识别判断是根据607中存储的现场测试数据，建立一个时延扩展性和距离的关系，以此关系作为判断NLOS的辅助条件，在得到TOA之后，如果幅度、各径的衰落梯度判决的结果为NLOS，而时延扩展性也表明超过了某个预定门限，就可以充分表明是NLOS；但是，如果时延扩展性未超过某个预定门限，不能因此判为LOS，此时仍然要以幅度、各径的衰落梯度判决的结果为准。

1.4综合判决

步骤604对步骤603、605、606的判断结果进行综合处理，可以采用多种判决方法实现这个过程，比如，对603、605、606的输出采用多数表决，当有两个以上的输出为NLOS时，才判为NLOS。

在实际系统中，可能不易得到TOA值，此时可以只利用径的衰落趋势所述方法进行NLOS识别。

2本发明利用多径幅度分布的NLOS的识别装置

本发明所述的NLOS识别装置有两种结构形式，一种是对应于在下行链路上进行多径分布测量的结构，这个结构如图2所示，另一种是对应于在上行链路上进行多径分布测量的结构，这个结构如图3所示。两种结构的主要区别是获取多径幅度分布的位置不同，第一种在移动台上进行多径幅度分布的测量，第二种在网络侧进行多径幅度分布的测量。两种结构工作过程类似，只对第一种结构加以说明。

在下行链路上进行多径幅度测量的NLOS识别装置由多径搜索和测量单元213、发射功率测量和矫正单元210、先验数据存储单元212、综合处理单元211四部分组成。其中，多径搜索和测量单元213完成多径搜索、跟踪、各径的幅度和到达的相对时刻的测量；发射功率测量和矫正单元210实现发射功率(导频的码字功率)的测量并对馈线损耗加以矫正；先验数据存储单元212存储现场测试得到的NLOS信道和LOS信道多径幅度分布的数据；综合处理单元211实现图6所示的上述算法以及和NLOS识别相关的测量、控制功能。

图2中的综合处理单元211通过基站内的发射机203和天线复用器202、天线201向移动台(MS)发出上报测量数的请求，该请求信号经过移动台侧的天线205、天线复用器207、接收机209到达综合处理单元208。移动台侧的综合处理单元208对该请求信号解码后，从多径搜索和各径功率测量单元213读取所需数据，并经发射机206、天线复用器207、天线205和基站侧的天线201、天线复用器202和接收器204上报到基站中的综合处理单元211。

图3中的综合处理单元311通过基站侧的发射机303、天线复用器302、天线301向移动台(MS)发出上报移动台发射功率的请求信号，该请求信号经过移动台侧的天线305、天线复用器307、接收机309到达移动台的综合处理单元308，综合处理单元308从发射功率测量与矫正单元310读取所需数据，并经过移动台侧的发射机306、天线复用器307、天线305和基站侧的天线301、天线复用器302、接收机304送到基站综合处理单元311。

在只利用多径间的相对衰落进行NLOS识别时，NLOS识别装置可以由多径搜索和测量单元213、先验数据存储单元212、综合处理单元211三部分组成。

Claims

1.一种码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法，包括下列步骤：首先输入多径幅度分布的测量值，然后分别根据第一径的幅度、各径间相对的衰落趋势特性和多径的时延扩展性，结合先验数据，进行非可视路径识别的判决，其中：幅度判决方法为：

1)根据系统上报的往返时间来获得到达时间，对于利用下行链路进行的多径幅度分布测量，输入移动台的接收功率和基站的发射功率；对于利用上行链路进行的多径幅度分布测量结果，则输入移动台的发射功率和基站的接收功率；2)假设第一径为非可视路径，比较接收到的第一径的功率是否满足非可视路径条件下的衰落关系：其幅度是否满足比自由空间衰落低于预设的门限值，如果满足，就判为非可视路径，否则，就判为可视路径；

衰落趋势判决方法为：

首先输入多径幅度分布的测量值，然后根据多径幅度分布体现的各径间相

对的衰落趋势特性进行非可视路径识别，最后得到非可视路径识别的结果；时延扩展性判决方法为：

1)根据存储的现场测试数据，建立一个时延扩展性和距离的关系；2)以此关系作为判断的辅助条件，在获得到达时间之后，如果幅度、各径的衰落梯度判决的结果为非可视路径，而时延扩展性也表明超过了某个预定门限，则表明是非可视路径；如果时延扩展性未超过某个预定门限，仍以幅度、各径的衰落梯度判决的结果为准；

对输出的三种判决结果进行综合判决：结果有两个以上的输出为非可视路径时，则判为非可视路径。

2.根据权利要求1所述的一种码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法，其特征在于，所述的根据多径幅度分布体现的各径间相对的衰落趋势特性进行非可视路径识别方法可以采用衰落梯度的方法：

(1)对各径的幅度进行曲线拟合；

(2)求拟合曲线对应每个径的位置的梯度；

(3)将各个径可能出现位置的梯度相加得到幅度分布的梯度总和；

(4)确定一个从第一径到第N径的衰落梯度作为门限，根据多径幅度分布的衰落梯度，如果衰落梯度大于该门限，就判为LOS，否则，就判为NLOS。

3.根据权利要求1所述的一种码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法，其特征在于，所述的根据多径幅度分布体现的各径间相对的衰落趋势特性进行非可视路径识别方法可以采用N维矢量方法：

构造一个基准矢量，通过求实测的多径幅度分布和基准矢量的距离来确定是否为非可视路径。

4.根据权利要求2所述的一种码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别方法，其特征在于，求解实测的多径幅度分布衰落趋势可以采用分段处理。

5.一种码分多址蜂窝移动通信系统中的非可视路径的识别装置，其特征在于：它包括：

多径搜索和测量单元，从移动台侧或基站侧接收信号，完成多径搜索、跟踪、各径的幅度和到达的相对时刻的测量；

先验数据存储单元，存储现场测试得到的非可视路径信道和可视路径信道多径幅度分布的数据；

综合处理单元，分别从多径搜索和测量单元和先验数据存储单元中读取数据，根据输入多径幅度分布的测量值，进行幅度、多径幅度分布体现的各径间相对的衰落趋势特性和时延扩展性的非可视路径识别的综合判决。

6.根据权利要求5所述的一种码分多址蜂窝移动通信系统中非可视路径的识别装置，其特征在于，它还包括发射功率测量和矫正单元，用于实现发射功率的测量并对馈线损耗加以矫正，并将结果上报综合处理单元。