CN117440508A - 一种终端定位方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种终端定位方法、装置、设备及存储介质,涉及通信技术领域,该方法能够在部署智能超表面的场景中,实现终端的精准定位。该方法包括:基站基于OFDM技术调制基站的基带信号,得到多个子载波,根据多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次。智能超表面针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,确定OFDM帧对应的信道增益,向终端发送L个OFDM帧以及每个OFDM帧对应的信道增益。终端基于多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号,根据终端的接收信号、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。本申请可用于部署智能超表面的场景中确定终端位置的过程中,用于解决在部署智能超表面的情况下,终端定位困难的问题。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域,尤其涉及一种终端定位方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
智能超表面(reconfigurable intelligence surface,RIS)是一种具有可编程电磁特性的人工电磁表面结构,由大量电磁单元排列组成,通过控制电路可以动态地调控电磁单元的电磁性质,控制无线信号的相位、幅度、频率和极化,实现三维空间内无线信号传播特性的智能化重构。智能超表面具有低成本、低功耗和易部署的优势,应用场景包括确定性无线传输、无线覆盖补盲、无线覆盖扩展、无线系统容量增强、室内车厢等专用场景覆盖等等。
在交通交叉路口场景中,由于车路协同通信链路可能会被建筑物和其它障碍物阻挡,使得距离交叉路口较远距离的车辆接收到的车路协同信号功率强度较低,从而导致位于垂直街道上的车辆通信性能较差。将智能超表面部署在交叉路口周围的建筑物表面,利用智能超表面反射信号改变无线信号的相关参数,实现扩大交叉路口上车辆的通信覆盖范围,从而提高了车辆通信性能。但是,将智能超表面部署在交叉路口周围的建筑物表面,扩大车辆的通信范围的同时也扩大了近场通信区域,使得交叉路口场景中的通信模型更加复杂,从而导致车辆终端的定位不准确。
发明内容
本申请提供一种终端定位方法、装置、设备及存储介质,实现了在部署智能超表面的场景中,实现终端的精准定位。
第一方面,本申请提供一种终端定位方法,应用于基站,该方法包括:基于正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术调制基站的基带信号,得到多个子载波;根据多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次;L为正整数。
本申请提供的终端定位方法,在基站通过智能超表面与终端通信的过程中,基站基于OFDM技术调制基站的基带信号,得到多个子载波,实现了对基站到终端的通信链路频谱资源的利用最大化,提高了信号的传输速率,并且提升了信号的抗码间串扰能力和抗信道间干扰的能力。另外,基站根据多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次,智能超表面确定L个OFDM帧中每个OFDM帧对应的信道增益,从而将L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益发送给终端,终端基于L个OFDM帧对应的多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号,进而基于接收信号、基站位置坐标和智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。本申请的终端定位方法,通过OFDM技术克服了在交叉路口部署智能超表面导致的近场效应,降低了通信模型的复杂度,从而实现终端的精准定位,以提高交通系统的安全性和效率。
一种可能的实现方式,基于OFDM技术调制基站的基带信号,得到多个子载波,包括:采用如下表达式,得到多个子载波:
其中,xn(t)表示第n个子载波的基带信号;N表示多个子载波的数量;P表示基站的发射功率;n为从1到N的正整数;f表示子载波的频率间隔;t为大于等于0且小于等于f的倒数的有理数。
第二方面,本申请提供一种终端定位方法,应用于智能超表面,该方法包括:接收基站发送的L个OFDM帧;针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,确定OFDM帧对应的信道增益;向终端发送L个OFDM帧以及每个OFDM帧对应的信道增益;每个OFDM帧在多个子载波上传输。
一种可能的实现方式,智能超表面包括K个智能超表面模块,K个智能超表面模块之间的间隔基于传播距离、中心频率和光速确定;K为正整数;传播距离为基站到智能超表面的距离。
另一种可能的实现方式,针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,确定OFDM帧对应的信道增益,包括:
针对K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块,确定智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位;基于每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位,确定每个OFDM帧对应的信道增益。
又一种可能的实现方式,针对K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块,确定智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位,包括:采用如下表达式,确定智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位;φk表示相位调制速率;l表示第l个OFDM帧;k表示第k个智能超表面模块。
又一种可能的实现方式,基于每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位,确定每个OFDM帧对应的信道增益,包括:采用如下表达式,确定每个OFDM帧对应的信道增益:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位;表示基站到第k个智能超表面模块信道增益的分量;h2,k表示第k个智能超表面模块到终端信道增益的分量;hk表示信道增益系数;φk表示相位调制速率;l表示第l个OFDM帧;k表示第k个智能超表面模块。
第三方面,本申请提供一种终端定位方法,应用于终端,该方法包括:接收智能超表面发送的L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益;每个OFDM帧在多个子载波上传输;基于多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号;根据终端的接收信号、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。
一种可能的实现方式,基于多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号,包括:采用如下表达式,确定终端的接收信号:
其中,r(n,l)表示终端的接收信号;P表示基站的发射功率;N表示多个子载波的数量;K表示智能超表面模块的数量;hk表示信道增益系数;φk表示相位调制速率;l表示第l个OFDM帧;k表示第k个智能超表面模块;n为从1到N的正整数;f表示子载波的频率间隔;τk表示信号从基站经过智能超表面到达终端的时间。
另一种可能的实现方式,根据终端的接收信号、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标,包括:
对接收信号进行离散型傅里叶变换(discrete fourier transformation,DFT)处理,确定到达时间;到达时间为信号从基站经过智能超表面到达终端的时间;基于到达时间、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。
又一种可能的实现方式,对接收信号进行DFT处理,包括:采用如下表达式,对接收信号进行DFT处理:
其中,R(u,v)表示进行DFT处理后的接收信号;P表示基站的发射功率;N表示多个子载波的数量;K表示智能超表面划分模块的数量;L表示OFDM帧重复发送的次数;hk表示信道增益系数;f表示子载波的频率间隔;τk表示信号从基站经过智能超表面到达终端的时间,即到达时间。
又一种可能的实现方式,基于到达时间、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标,包括:采用如下表达式,确定终端的位置坐标:
dk=cτk-||pBS-pk||;
(dk)2=||p-pk||2;
其中,dk表示终端到第k个智能超表面模块的距离;c表示光速;τk表示到达时间;pBS表示基站的位置坐标;pk表示第k个智能超表面的模块的位置坐标;p表示终端的位置坐标。
第四方面,本申请提供一种终端定位装置,该装置包括:处理模块和发送模块。
处理模块用于,基于OFDM技术调制基站的基带信号,得到多个子载波;发送模块用于,根据多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次;L为正整数。
一种可能的实现方式,处理模块具体用于,采用如下表达式,得到多个子载波:
其中,xn(t)表示第n个子载波的基带信号;N表示多个子载波的数量;P表示基站的发射功率;n为从1到N的正整数;f表示子载波的频率间隔;t为大于等于0且小于等于f的倒数的有理数。
第五方面,本申请提供一种终端定位装置,该装置包括:接收模块、确定模块以及发生模块。
接收模块用于,接收基站发送的L个OFDM帧;确定模块用于,针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,确定OFDM帧对应的信道增益;发送模块用于,向终端发送L个OFDM帧以及每个OFDM帧对应的信道增益;每个OFDM帧在多个子载波上传输。
一种可能的实现方式,智能超表面包括K个智能超表面模块,K个智能超表面模块之间的间隔基于传播距离、中心频率和光速确定;K为正整数;传播距离为基站到智能超表面的距离。
另一种可能的实现方式,确定模块具体用于,针对K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块,确定智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位;基于每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位,确定每个OFDM帧对应的信道增益。
又一种可能的实现方式,确定模块具体用于,采用如下表达式,确定智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位;φk表示相位调制速率;l表示第l个OFDM帧;k表示第k个智能超表面模块。
又一种可能的实现方式,确定模块具体用于,采用如下表达式,确定每个OFDM帧对应的信道增益:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位;表示基站到第k个智能超表面模块信道增益的分量;h2,k表示第k个智能超表面模块到终端信道增益的分量;hk表示信道增益系数;φk表示相位调制速率;l表示第l个OFDM帧;k表示第k个智能超表面模块。
第六方面,本申请提供一种终端定位装置,该装置包括:接收模块和确定模块。
接收模块用于,接收智能超表面发送的L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益;每个OFDM帧在多个子载波上传输;确定模块用于,基于多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号;确定模块还用于,根据终端的接收信号、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。
一种可能的实现方式,确定模块具体用于,采用如下表达式,确定终端的接收信号:
其中,r(n,l)表示终端的接收信号;P表示基站的发射功率;N表示多个子载波的数量;K表示智能超表面模块的数量;hk表示信道增益系数;φk表示相位调制速率;l表示第l个OFDM帧;k表示第k个智能超表面模块;n为从1到N的正整数;f表示子载波的频率间隔;τk表示信号从基站经过智能超表面到达终端的时间。
另一种可能的实现方式,确定模块具体用于,对接收信号进行DFT处理,确定到达时间;到达时间为信号从基站经过智能超表面到达终端的时间;基于到达时间、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。
又一种可能的实现方式,确定模块具体用于,采用如下表达式,对接收信号进行DFT处理:
其中,R(u,v)表示进行DFT处理后的接收信号;P表示基站的发射功率;N表示多个子载波的数量;K表示智能超表面划分模块的数量;L表示OFDM帧重复发送的次数;hk表示信道增益系数;f表示子载波的频率间隔;τk表示信号从基站经过智能超表面到达终端的时间,即到达时间。
又一种可能的实现方式,确定模块具体用于,采用如下表达式,确定终端的位置坐标:
dk=cτk-||pBS-pk||;
(dk)2=||p-pk||2;
其中,dk表示终端到第k个智能超表面模块的距离;c表示光速;τk表示到达时间;PBS表示基站的位置坐标;pk表示第k个智能超表面的模块的位置坐标;p表示终端的位置坐标。
第七方面,本申请提供一种电子设备,该电子设备包括:处理器和存储器;存储器存储有处理器可执行的指令;处理器被配置为执行指令时,使得电子设备实现上述第一方面至第三方面的方法。
第八方面,本申请提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质包括:计算机软件指令;当计算机软件指令在电子设备中运行时,使得电子设备实现上述第一方面至第三方面的方法。
第九方面,本申请提供一种计算机程序产品,当该计算机程序产品在计算机上运行时,使得计算机执行上述第一方面描述的相关方法的步骤,以实现上述第一方面至第三方面的方法。
上述第二方面至第九方面的有益效果参考第一方面的对应描述,不再赘述。
附图说明
图1为本申请提供的一种终端定位方法的应用环境示意图;
图2为本申请提供的一种终端定位方法流程示意图;
图3为本申请提供的另一种终端定位方法流程示意图;
图4为本申请提供的又一种终端定位方法流程示意图;
图5为本申请提供的一种通过智能超表面进行车路协同通信和定位的场景示意图;
图6为本申请提供的一种智能超表面模块化方法示意图;
图7为本申请提供的一种智能超表面相位配置和帧传输示意图;
图8为本申请提供的一种终端定位装置的组成示意图;
图9为本申请提供的另一种终端定位装置的组成示意图;
图10为本申请提供的又一种终端定位装置的组成示意图;
图11为本申请提供的一种电子设备的组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请实施例中,“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案,在本申请的实施例中,采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分,本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。
车路协同通信是智能交通系统(intellectual transportation system,ITS)的关键推动因素之一,车路协同通信有望为自动驾驶汽车提供服务,而智能交通系统的安全性和效率是车路协同通信面临的重要挑战。智能超表面可以实现有效控制无线信号的相位、幅度、频率和极化,以构建智能无线通信环境。因此,车路协同可以在覆盖范围受限或非视距通信链路的场景中部署智能超表面,通过引入增强的多径传输来改善车辆终端的信道条件,从而扩大覆盖范围。
在交通交叉路口场景中,由于车路协同通信链路可能会被建筑物和其他障碍物阻挡,距离交叉路口较远距离接收到的车路协同信号功率强度较低,而导致位于垂直街道上的车辆终端通信性能较差。将智能超表面部署在交叉路口周围的建筑物表面,利用智能超表面反射信号改变无线信号的相关参数,实现扩大交叉道路上车辆的通信覆盖范围。将智能超表面部署在交叉路口周围的建筑物表面,具有近距离小范围的特点,由于该范围内终端的信号密度较高,智能超表面具有尺寸极大的特点,扩大了近场通信区域,小尺寸条件下的通信将由远场通信改变为近场通信,增大了通信模型的复杂度,提高了智能超表面相位配置的难度,导致终端定位不准确。
综上所述,目前亟需一种在交叉路口部署智能超表面的情况下,快速实现终端定位的方式,基于此,本申请实施例提供一种终端定位方法,该方法中,在基站通过智能超表面与终端通信的过程中,基站基于OFDM技术调制基站的基带信号,得到多个子载波,实现了对基站到终端的通信链路频谱资源的利用最大化,提高了信号的传输速率,并且提升了信号的抗码间串扰能力和抗信道间干扰的能力。另外,基站根据多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次,智能超表面确定L个OFDM帧中每个OFDM帧对应的信道增益,从而将L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益发送给终端,终端基于L个OFDM帧对应的多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号,进而基于接收信号、基站位置坐标和智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。本申请的终端定位方法,通过OFDM技术克服了在交叉路口部署智能超表面导致的近场效应,降低了通信模型的复杂度,从而实现终端的精准定位,以提高交通系统的安全性和效率。
本申请提供的终端定位方法,可应用于如图1所示的应用环境中。如图1所示,该应用环境包括:基站101、智能超表面102以及终端103。其中,基站101与智能超表面102之间可以通过无线链路连接,智能超表面102与终端103之间可以通过无线链路连接。
在一些实施例中,基站101可以是演进型基站(evolution nodeB,eNB)、下一代基站(generation nodeB,gNB)、收发点(transmission receive point,TRP)、传输点(transmission point,TP)以及某种其它接入节点。根据所提供的服务覆盖区域的大小,基站又可分为用于提供宏蜂窝(Macro cell)的宏基站、用于提供微蜂窝(Pico cell)的微基站和用于提供毫微微蜂窝(Femto cell)的毫微微基站。随着无线通信技术的不断演进,未来的基站也可以采用其他的名称。
在一些实施例中,智能超表面102可以是一种智能的、具有特殊功能的超材料,能够反射或者折射电磁波的频率、相位、极化等特征,重塑无线信道。例如:Metamaterial、信息超材料、特异介质、新型人工电磁媒介等。本申请实施例对智能超表面102的具体设备形态不作限制,图1中以智能超表面102为信息超材料为例示出。
在一些实施例中,终端103可以是一种具有无线收发功能的设备,例如手机、平板电脑、可穿戴设备、车载设备、增强现实(augmented reality,AR)/虚拟现实(virtualreality,VR)设备、笔记本电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer,UMPC)、上网本、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)等。本申请实施例对终端103的具体设备形态不作限制。图1中以终端103为手机终端为例示出。
在一些实施例中,在基站101通过智能超表面102向终端103传输基带信号的过程中,基站101基于OFDM技术调制传输的基带信号,得到多个子载波,并根据多个子载波向智能超表面102重复发送OFDM帧L次。智能超表面102确定L个OFDM帧中每个OFDM帧对应的信道增益,并向终端103发送L个OFDM帧和每个帧对应的信道增益,其中,每个OFDM帧在多个子载波上传输。终端103根据多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号,从而基于终端的接收信号、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标确定终端的位置坐标。
图2为本申请实施例提供的一种终端定位方法的流程示意图。如图2所示,本申请提供的终端定位方法,可以通过上述基站、智能超表面和终端实现,具体包括以下步骤:
S201、基站基于OFDM技术调制基站的基带信号,得到多个子载波。
在一些实施例中,在基站通过智能超表面与终端通信的过程中,基站可以基于OFDM技术调制需要传输的基带信号,从而得到多个子载波。
示例性的,基站基于OFDM技术调制基带信号得到的多个子载波为:
x(t)=[x1(t),…,xN(t)]∈RN×1;
其中,x(t)表示调制后的基站信号,x1(t)表示第1个子载波的基带信号,xN(t)表示第N个子载波的基带信号,N表示多个子载波的数量,R表示实数集。
基站可以采用如下表达式,基于OFDM技术调制基带信号得到多个子载波:
其中,xn(t)表示第n个子载波的基带信号,N表示多个子载波的数量,P表示基站的发射功率,n为从1到N的正整数,f表示子载波的频率间隔,t为大于等于0且小于等于f的倒数的有理数。
S202、基站根据多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次。
其中,L为正整数。
在一些实施例中,基站基于OFDM技术调制基带信号得到多个子载波后,可以根据多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次。其中,每个OFDM帧在多个子载波上进行传输。
S203、智能超表面接收基站发送的L个OFDM帧。
在一些实施例中,在基站通过智能超表面与终端通信的过程中,智能超表面可以接收基站发送的L个OFDM帧。
S204、针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,智能超表面确定OFDM帧对应的信道增益。
在一些实施例中,由于部署在交叉路口建筑物表面的智能超表面尺寸较大,因此,智能超表面可以划分为K个智能超表面模块,K个智能超表面模块之间的间隔基于传播距离、中心频率和光速确定,K为正整数,传播距离为基站到智能超表面的距离。因此,针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,智能超表面的K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块可以对每个OFDM帧配置相位,从而基于配置的相位确定每个OFDM帧对应的信道增益。
应理解,智能超表面上存在多个天线贴片,K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块都是由一定数量的天线贴片组成,智能超表面可以基于远场距离确定智能超表面模块中每个天线贴片的孔径,使得每个天线贴片都在近场范围内辐射,当天线贴片的孔径大于远场距离时,满足远场范围辐射条件。其中,智能超表面可以采用如下表达式进行确定远场距离:
DF表示弗劳恩霍夫距离,即远场距离,也即智能超表面模块之间的间隔,d表示传播距离,即基站到智能超表面的距离或者智能超表面到终端的距离,在本申请的终端定位方法中,由于终端的位置不确定,故在本申请中d表示基站到智能超表面的距离,fc表示中心频率,即42.5MHz,c为光速。
另外,由于实际的天线贴片的中心不是间隔中心,实际的智能超表面模块中天线贴片的分布中心满足稍大于远场距离,智能超表面按照设置间隔划分天线贴片,得到K个智能超表面模块。当基站重复发送OFDM帧的次数大于或者等于智能超表面模块数量时,智能超表面可以对OFDM帧配置相位,为节省信令开销,基站重复发送OFDM帧的次数取最小值K,即基站重复发送OFDM帧的次数L与智能超表面模块的数量K相等,L=K。
具体的,如图3所示,S204具体可以实现为如下S2041-S2042。
S2041、针对K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块,智能超表面确定智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位。
在一些实施例中,智能超表面接收基站发送的L个OFDM帧后,可以针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,确定K个智能超表面模块中每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位。
示例性的,智能超表面可以采用如下表达式,确定每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位,φk表示相位调制速率,l表示第l个OFDM帧,k表示第k个智能超表面模块。其中,l∈{1,2,...,L),k∈{1,...,K)。
S2042、智能超表面基于每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位,确定每个OFDM帧对应的信道增益。
在一些实施例中,智能超表面确定每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位后,可以基于每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位,确定每个OFDM帧对应的信道增益。
示例性的,智能超表面可以采用如下表达式,确定每个OFDM帧对应的信道增益:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位,表示基站到第k个智能超表面模块信道增益的分量;h2,k表示第k个智能超表面模块到终端信道增益的分量,hk表示信道增益系数,φk表示相位调制速率,l表示第l个OFDM帧,k表示第k个智能超表面模块。
S205、智能超表面向终端发送L个OFDM帧以及每个OFDM帧对应的信道增益。
其中,每个OFDM帧在多个子载波上传输。
在一些实施例中,智能超表面在确定每个OFDM帧对应的信道增益后,可以向终端发送L个OFDM帧以及每个OFDM帧对应的信道增益。其中,L个OFDM帧中每个OFDM帧通过多个子载波进行传输,也即智能超表面向终端发送的是多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益。
S206、终端接收智能超表面发送的L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益。
其中,每个OFDM帧在多个子载波上传输。
在一些实施例中,终端可以接收智能超表面发送的L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益,由于每个OFDM帧在多个子载波上传输,故终端接收的是多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益。
S207、终端基于多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号。
在一些实施例中,终端接收智能超表面发送的多个子载波和每个帧对应的信道增益后,可以基于子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号。
示例性的,终端可以采用如下表达式,确定终端的接收信号:
其中,r(n,l)表示终端的接收信号,P表示基站的发射功率,N表示多个子载波的数量,K表示智能超表面模块的数量,hk表示信道增益系数,φk表示相位调制速率,l表示第l个OFDM帧,k表示第k个智能超表面模块,n为从1到N的正整数,f表示子载波的频率间隔,τk表示信号从基站经过智能超表面到达终端的时间。
S208、终端根据终端的接收信号、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。
在一些实施例中,终端确定接收信号后,可以对接收信号进行傅里叶变换,确定信号从基站经智能超表面到达终端的到达时间,从而可以基于到达时间、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。具体的,如图4所示,S208具体可以实现为如下S2081-S2082。
S2081、终端对接收信号进行DFT处理,确定到达时间。
其中,到达时间为信号从基站经过智能超表面到达终端的时间。
在一些实施例中,终端在确定接收信号后,可以对接收信号进行DFT处理,从而可以确定DFT处理后的接收信号的最优解,进一步的,基于最优解确定到达时间。
示例性的,终端可以采用如下表达式,对接收信号进行DFT处理:
其中,R(u,v)表示进行DFT处理后的接收信号,P表示基站的发射功率,N表示多个子载波的数量,K表示智能超表面划分模块的数量,L表示OFDM帧重复发送的次数,hk表示信道增益系数,f表示子载波的频率间隔,τk表示到达时间。
终端对接收信号进行DFT处理后得到R(u,v),对R(u,v)求偏导,确定最优解为和
从而基于R(u,v)的最优解,确定到达时间τk:
终端基于上述方法对接收信号进行DFT处理,确定DFT处理后接收信号的最优解,从而基于最优解确定到达时间。
S2082、终端基于到达时间、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。
在一些实施例中,终端确定到达时间后,可以基于到达时间、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,根据终端到智能超表面的距离公式,确定终端的位置坐标。
示例性的,终端可以采用如下表达式,确定终端的位置坐标:
dk=cτk-||PBS-pk||;
(dk)2=||p-pk||2;
其中,dk表示终端到第k个智能超表面模块的距离,c表示光速,τk表示到达时间,pBS表示基站的位置,pk表示第k个智能超表面的模块的位置,p表示终端的位置。
终端基于终端到第k个智能超表面模块的距离公式,dk=cτk-||PBS-pk||和(dk)2=||p-pk||2得到:
对上述表达式进行变形,确定终端位置坐标的表达式:
终端可以基于上述表达式确定终端的位置坐标,实现终端的定位。
上述实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果,本申请实施例提供的终端定位方法,在基站通过智能超表面与终端通信的过程中,基站基于OFDM技术调制基站的基带信号,得到多个子载波,实现了对基站到终端的通信链路频谱资源的利用最大化,提高了信号的传输速率,并且提升了信号的抗码间串扰能力和抗信道间干扰的能力。另外,基站根据多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次,智能超表面确定L个OFDM帧中每个OFDM帧对应的信道增益,从而将L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益发送给终端,终端基于L个OFDM帧对应的多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号,进而基于接收信号、基站位置坐标和智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。本申请的终端定位方法,通过OFDM技术克服了在交叉路口部署智能超表面导致的近场效应,降低了通信模型的复杂度,从而实现终端的精准定位,以提高交通系统的安全性和效率。
进一步的,本申请的终端定位方法基于远场距离设置K个智能超表面模块之间的间隔,有效扩大了交叉道路上终端通信覆盖和定位范围。另外,还利用智能超表面模块化设计方法,降低了近场通信模型的复杂度,从而克服高密度终端场景下智能超表面尺寸较大而产生的近场效应,使得终端的定位结果更加准确。基站基于OFDM技术,与智能超表面同步OFDM帧的相位调制,从而基于配置的相位确定信道增益,降低了信令开销。终端通过对接收信号进行DFT处理,确定到达时间,从而基于到达时间,基站的位置坐标和智能超表面的位置坐标,根据终端与智能超表面之间的距离公式,确定终端的位置坐标,整个过程复杂度较低,能够快速实现终端的精准定位。
下面就一个具体的实施例对本申请实施例中通过智能超表面进行车路协同通信和定位的场景进行介绍,图5为本申请实施例提供的一种通过智能超表面进行车路协同通信和定位的场景示意图。
如图5所示,由于基站与终端的之间的通信链路被建筑物遮挡,本申请的终端定位方法将智能超表面部署在交叉路口附近的建筑物表面,扩大了交叉道路上车辆终端的通信覆盖范围和定位范围。本申请实施例中通过智能超表面进行车路协同通信和定位的场景为在已知基站的位置坐标PBS为(x0,y0,z0),第k个智能超表面模块的位置坐标pk为(xk,yk,zk),基站与智能超表面之间的通信链路为h1,智能超表面与终端的通信链路为h2的情况下,确定终端的位置坐标p(x,y,z)。本申请的终端定位方法在基站通过智能超表面与终端通信的过程中,基于OFDM技术、智能超表面模块化方法以及DFT处理,确定到达时间,从而根据到达时间、基站的位置坐标和智能超表面的位置坐标确定终端的位置。本申请的终端定位方法适用于车联网和智慧城市等场景,实现通信和定位高效的结合,从而提高交通系统的安全性和效率。
下面就一个具体的实施例对本申请实施例中智能超表面模块化方法进行介绍,本方法具体实施过程如图6所示。
本申请实施例中的智能超表面包括多个天线贴片。本申请的终端定位方法基于传播距离、中心频率以及光速确定弗劳恩霍夫距离(即上述远场距离),确定智能超表面模块中天线贴片的孔径,使得每个天线贴片在远场范围辐射内,从而基于孔径将智能超表面划分为K个智能超表面模块,其中,第k个智能超表面模块的位置坐标为pk(xk,yk,zk)。
下面就一个具体的实施例对本申请实施例中智能超表面相位配置和帧传输过程进行介绍,具体实施过程如图7所示。
智能超表面接收基站发送的L个OFDM帧(即图中子帧1、子帧2、子帧3、子帧4、子帧5、子帧l……子帧L),针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置相位,例如:第k个智能超表面模块对子帧1的配置相位为:ωk[1],第k个智能超表面模块对子帧l的配置相位为:ωk[l],第k个智能超表面模块对子帧L的配置相位为:ωk[K](其中,L=K)。
在示例性的实施例中,本申请还提供一种终端定位装置。该终端定位装置可以包括一个或多个功能模块,用于实现以上方法实施例的终端定位方法。
例如,图8为本申请实施例提供的一种终端定位装置示意图。如图8所示,该终端定位装置包括:处理模块801和发送模块802。
处理模块801用于,基于OFDM技术调制基站的基带信号,得到多个子载波。发送模块802用于,根据多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次,L为正整数。
在一些实施例中,处理模块801具体用于,采用如下表达式,得到多个子载波:
其中,xn(t)表示第n个子载波的基带信号,N表示多个子载波的数量,P表示基站的发射功率,n为从1到N的正整数,f表示子载波的频率间隔,t为大于等于0且小于等于f的倒数的有理数。
例如,图9为本申请实施例提供的另一种终端定位装置示意图。如图9所示,该终端定位装置包括:接收模块901、确定模块902以及发送模块903。
接收模块901用于,接收基站发送的L个OFDM帧。确定模块902用于,针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,确定OFDM帧对应的信道增益。发送模块903用于,向终端发送L个OFDM帧以及每个OFDM帧对应的信道增益,每个OFDM帧在多个子载波上传输。
在一些实施例中,智能超表面包括K个智能超表面模块,K个智能超表面模块之间的间隔基于传播距离、中心频率和光速确定;K为正整数;传播距离为基站到智能超表面的距离。
在另一些实施例中,确定模块902具体用于,针对K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块,确定智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位;基于每个智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位,确定每个OFDM帧对应的信道增益。
在又一些实施例中,确定模块902具体用于,采用如下表达式,确定智能超表面模块对每个OFDM帧配置的相位:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位,φk表示相位调制速率,l表示第l个OFDM帧,k表示第k个智能超表面模块。
在又一些实施例中,确定模块902具体用于,采用如下表达式,确定每个OFDM帧对应的信道增益:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位,表示基站到第k个智能超表面模块信道增益的分量,h2,k表示第k个智能超表面模块到终端信道增益的分量,hk表示信道增益系数,φk表示相位调制速率,l表示第l个OFDM帧,k表示第k个智能超表面模块。/>
例如,图10为本申请实施例提供的又一种终端定位装置示意图。如图10所示,该终端定位装置包括:接收模块1001和确定模块1002。
接收模块1001用于,接收智能超表面发送的L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益,每个OFDM帧在多个子载波上传输。确定模块1002用于,基于多个子载波和每个OFDM帧对应的信道增益,确定终端的接收信号。确定模块1002还用于,根据终端的接收信号、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。
在一些实施例中,确定模块1002具体用于,采用如下表达式,确定终端的接收信号:
其中,r(n,l)表示终端的接收信号,P表示基站的发射功率,N表示多个子载波的数量,K表示智能超表面模块的数量,hk表示信道增益系数,φk表示相位调制速率,l表示第l个OFDM帧,k表示第k个智能超表面模块,n为从1到N的正整数,f表示子载波的频率间隔,τk表示信号从基站经过智能超表面到达终端的时间。
在另一些实施例中,确定模块1002具体用于,对接收信号进行DFT处理,确定到达时间,到达时间为信号从基站经过智能超表面到达终端的时间,基于到达时间、基站的位置坐标以及智能超表面的位置坐标,确定终端的位置坐标。
在又一些实施例中,确定模块1002具体用于,采用如下表达式,对接收信号进行DFT处理:
其中,R(u,v)表示进行DFT处理后的接收信号,P表示基站的发射功率,N表示多个子载波的数量,K表示智能超表面划分模块的数量,L表示OFDM帧重复发送的次数,hk表示信道增益系数,f表示子载波的频率间隔,τk表示信号从基站经过智能超表面到达终端的时间,即到达时间。
在又一些实施例中,确定模块1002具体用于,采用如下表达式,确定终端的位置坐标:
dk=cτk-||pBS-pk||;
(dk)2=||p-pk||2;
其中,dk表示终端到第k个智能超表面模块的距离,c表示光速,τk表示到达时间,pBS表示基站的位置坐标,pk表示第k个智能超表面的模块的位置坐标,p表示终端的位置坐标。
在示例性的实施例中,本申请实施例还提供了一种电子设备,该电子设备可以是上述方法实施例中的终端定位装置。图11为本申请实施例提供的一种电子设备的组成示意图。如图11所示,该电子设备可以包括:处理器1101和存储器1102;存储器1102存储有处理器1101可执行的指令;处理器1101被配置为执行指令时,使得电子设备或网络设备或管理器实现如前述方法实施例中描述的方法。
在示例性的实施例中,本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令;当计算机程序指令被计算机执行时,使得计算机实现如前述实施例中描述的方法。计算机可读存储介质可以是非临时性计算机可读存储介质,例如,非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
在示例性的实施例中,本申请实施例还提供了一种计算机程序产品,当该计算机程序产品在计算机上运行时,使得计算机执行上述相关方法步骤,以实现上述实施例中的终端定位方法。
以上,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (18)
1.一种终端定位方法,其特征在于,应用于基站,所述方法包括:
基于正交频分复用OFDM技术调制所述基站的基带信号,得到多个子载波;
根据所述多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次;L为正整数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于OFDM技术调制基站的基带信号,得到多个子载波,包括:
采用如下表达式,得到多个子载波:
其中,xn(t)表示第n个子载波的基带信号;N表示所述多个子载波的数量;P表示所述基站的发射功率;n为从1到N的正整数;f表示所述子载波的频率间隔;t为大于等于0且小于等于f的倒数的有理数。
3.一种终端定位方法,其特征在于,应用于智能超表面,所述方法包括:
接收基站发送的L个OFDM帧;
针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,确定所述OFDM帧对应的信道增益;
向终端发送所述L个OFDM帧以及所述每个OFDM帧对应的信道增益;所述每个OFDM帧在多个子载波上传输。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述智能超表面包括K个智能超表面模块,所述K个智能超表面模块之间的间隔基于传播距离、中心频率和光速确定;K为正整数;所述传播距离为所述基站到所述智能超表面的距离。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,确定所述OFDM帧对应的信道增益,包括:
针对K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块,确定所述智能超表面模块对所述每个OFDM帧配置的相位;
基于所述每个智能超表面模块对所述每个OFDM帧配置的相位,确定所述每个OFDM帧对应的信道增益。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述针对K个智能超表面模块中的每个智能超表面模块,确定所述智能超表面模块对所述每个OFDM帧配置的相位,包括:
采用如下表达式,确定所述智能超表面模块对所述每个OFDM帧配置的相位:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位;φk表示相位调制速率;l表示第l个OFDM帧;k表示第k个智能超表面模块。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述基于所述每个智能超表面模块对所述每个OFDM帧配置的相位,确定所述每个OFDM帧对应的信道增益,包括:
采用如下表达式,确定所述每个OFDM帧对应的信道增益:
其中,ωk[l]表示第k个智能超表面模块对第l个OFDM帧配置的相位;表示所述基站到所述第k个智能超表面模块信道增益的分量;h2,k表示所述第k个智能超表面模块到所述终端信道增益的分量;hk表示所述信道增益系数;φk表示相位调制速率;l表示第l个OFDM帧;k表示第k个智能超表面模块。
8.一种终端定位方法,其特征在于,应用于终端,所述方法包括:
接收智能超表面发送的L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益;所述每个OFDM帧在多个子载波上传输;
基于所述多个子载波和所述每个OFDM帧对应的信道增益,确定所述终端的接收信号;
根据所述终端的接收信号、基站的位置坐标以及所述智能超表面的位置坐标,确定所述终端的位置坐标。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述基于所述多个子载波和所述每个OFDM帧对应的信道增益,确定所述终端的接收信号,包括:
采用如下表达式,确定所述终端的接收信号:
其中,r(n,l)表示所述终端的接收信号;P表示基站的发射功率;N表示所述多个子载波的数量;K表示所述智能超表面模块的数量;hk表示所述信道增益系数;φk表示相位调制速率;l表示第l个OFDM帧;k表示第k个智能超表面模块;n为从1到N的正整数;f表示所述子载波的频率间隔;τk表示信号从所述基站经过所述智能超表面到达所述终端的时间。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述根据所述终端的接收信号、基站的位置坐标以及所述智能超表面的位置坐标,确定所述终端的位置坐标,包括:
对所述接收信号进行离散型傅里叶变换DFT处理,确定到达时间;所述到达时间为信号从所述基站经过所述智能超表面到达终端的时间;
基于所述到达时间、所述基站的位置坐标以及所述智能超表面的位置坐标,确定所述终端的位置坐标。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述对所述接收信号进行DFT处理,包括:
采用如下表达式,对所述接收信号进行DFT处理:
其中,R(u,v)表示进行DFT处理后的接收信号;P表示基站的发射功率;N表示所述多个子载波的数量;K表示智能超表面划分模块的数量;L表示所述OFDM帧重复发送的次数;hk表示所述信道增益系数;f表示所述子载波的频率间隔;τk表示信号从所述基站经过所述智能超表面到达所述终端的时间,即所述到达时间。
12.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述基于所述到达时间、所述基站的位置坐标以及所述智能超表面的位置坐标,确定所述终端的位置坐标,包括:
采用如下表达式,确定所述终端的位置坐标:
dk=cτk-‖pBS-pk‖;
(dk)2=‖p-pk‖2;
其中,dk表示所述终端到所述第k个智能超表面模块的距离;c表示光速;τk表示所述到达时间;pBS表示所述基站的位置坐标;pk表示所述第k个智能超表面的模块的位置坐标;p表示所述终端的位置坐标。
13.一种终端定位装置,其特征在于,所述装置包括:处理模块和发送模块;
所述处理模块用于,基于OFDM技术调制所述基站的基带信号,得到多个子载波;
所述发送模块用于,根据所述多个子载波向智能超表面重复发送OFDM帧L次;L为正整数。
14.一种终端定位装置,其特征在于,所述装置包括:接收模块、确定模块以及发送模块;
所述接收模块用于,接收基站发送的L个OFDM帧;
所述确定模块用于,针对L个OFDM帧中的每个OFDM帧,确定所述OFDM帧对应的信道增益;
所述发送模块用于,向终端发送所述L个OFDM帧以及所述每个OFDM帧对应的信道增益;所述每个OFDM帧在多个子载波上传输。
15.根据权利要求14所述的装置,其特征在于,所述智能超表面包括K个智能超表面模块,所述K个智能超表面模块之间的间隔基于传播距离、中心频率和光速确定;K为正整数;所述传播距离为所述基站到所述智能超表面的距离。
16.一种终端定位装置,其特征在于,所述装置包括:接收模块和确定模块;
所述接收模块用于,接收智能超表面发送的L个OFDM帧和每个OFDM帧对应的信道增益;所述每个OFDM帧在多个子载波上传输;
所述确定模块用于,基于所述多个子载波和所述每个OFDM帧对应的信道增益,确定所述终端的接收信号;
所述确定模块还用于,根据所述终端的接收信号、基站的位置坐标以及所述智能超表面的位置坐标,确定所述终端的位置坐标。
17.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括:处理器和存储器;
所述存储器存储有所述处理器可执行的指令;
所述处理器被配置为执行所述指令时,使得所述电子设备实现如权利要求1-12任一项所述的方法。
18.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质包括:计算机软件指令;
当所述计算机软件指令的电子设备中运行时,使得所述电子设备实现如权利要求1-12任一项所述的方法。
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