CN1501610A - 一种移动系统中非可视路径的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动系统中非可视传播路径的识别方法，包括以下步骤：A)从功率时延分布上挑选首径之后的任意一个径作为非可视径，对该径进行跟踪，并对该径的功率进行N次采样，存储所获得的N次采样值；B)根据N次采样值获得非可视径样本总体，计算非可视径样本离散系数；C)判断非可视径样本离散系数是否大于或等于预定的运动状态判决门限，如果是，判决移动终端为运动状态，然后采用计算多径时延分布样本离散系数的方法识别非可视传播路径；否则，判决移动终端为静止状态，然后采用比较径间功率差的方法识别非可视传播路径。本发明根据移动终端运动信息产生出一种在移动终端静止和运动时都可以达到高识别率的NLOS识别方法。

Description

说明书 一种移动系统中非可视路径的识别方法

技术领域

本发明属于移动通信领域，尤其涉及码分多址移动通信系统中，用于移动终端定位的一种由运动信息辅助的非可视传播路径的识别方法。

背景技术

在蜂窝移动终端定位系统中，非可视(NLOS：Non-Line-Of-Sight)传播路径引入的传播时延误差相对于可视传播路径引入的传播时延误差会导致位置估计精度显著降低，因此非可视传播路径识别是有效地抑制NLOS误差对定位精度影响的一个关键技术环节。

为了实现NLOS识别，可以采用多种技术，如基于样本离散系数的NLOS识别方法和基于径间功率差的NLOS识别方法。

基于样本离散系数的NLOS识别方法的原理如图1所示，图1a是呈莱斯衰落特性的单个径的衰落曲线，呈这种衰落的径就是可视(LOS：Line-Of-Sight)传播路径；图1b是呈瑞利衰落特性的单个径的衰落曲线，呈这种衰落的径就是NLOS径。图1a和图1b所示两种衰落曲线的一个重要差异表现为样本离散系数不同。当样本离散系数大于预定的判决门限时，就判为NLOS，当样本离散系数小于预定的判决门限时，就判为LOS。

基于径间功率(或幅度)差的NLOS识别方法的原理如图2所示，图2a为典型的LOS传播路径功率时延分布205，图2b为典型的NLOS传播路径功率时延分布210。其中，201、207表示功率时延分布上的最强径，201同时也是首径，但是，207不是首径；204和209表示局部最强径；202和208表示局部最强径搜索窗的起点与最强径的间隔，用Alpha表示；206表示功率时延分布210上可检测到的首径。当最强径功率(或幅度)与局部强径功率(或幅度)的比值大于预定的判决门限，并且首径对应的到达时间与最强径对应的到达时间之差小于预定的时间值，则判为LOS传播路径，否则判为NLOS传播路径。

上述NLOS识别方法虽然都能识别NLOS传播路径，但存在以下缺点：

1)在移动终端处于运动状态时，基于样本离散系数的NLOS识别方法比基于径间功率(或幅度)差的NLOS识别方法更为准确，但基于样本离散系数的NLOS识别方法不适用移动终端处于静止的状态；

2)尽管基于径间功率(或幅度)差的NLOS识别方法既适合于移动终端运动状态下的NLOS识别，又适合移动终端静止状态下的NLOS识别，但是，在移动终端运动时，基于径间功率(或幅度)差的NLOS识别性能例如准确度不如基于样本离散系数的NLOS识别方法。

因此无论是基于样本离散系数的NLOS识别方法，还是基于径间功率(或幅度)差的NLOS识别方法，都不能保证在移动终端处于运动和静止时都可以较准确地实现NLOS传播路径的识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NLOS传播路径的方法，以根据移动终端是否运动，在基于样本离散系数的NLOS识别方法与基于径间功率(或幅度)差的NLOS识别方法中挑选一个最适合的方法实现NLOS识别。

本发明通过以下技术方案实现：

一种移动系统中非可视传播路径的识别方法，包括以下步骤：

A)从功率时延分布上挑选首径之后的任意一个径作为非可视径，对该径进行跟踪，并对该径的功率进行N次采样，存储所获得的N次采样值；

B)根据N次采样值获得非可视径样本总体，计算非可视径样本离散系数；

C)判断非可视径样本离散系数是否大于或等于预定的运动状态判决门限，如果是，判决移动终端为运动状态，然后采用计算多径时延分布样本离散系数的方法识别非可视传播路径；否则，判决移动终端为静止状态，然后采用比较径间功率差的方法识别非可视传播路径。

其中，所述的功率时延分布为服务小区的功率时延分布，或者为相邻小区的功率时延分布。

步骤A所述的从功率时延分布上挑选首径之后的任意一个径是根据多径搜索单元输出的本小区或邻小区的导频信号的径的位置挑选的。

步骤A所述的从功率时延分布上挑选首径之后的任意一个径是在基站根据移动终端上行链路的间断导频信号的功率时延分布挑选的。

步骤B所述计算非可视径样本离散系数包括：根据非可视径样本总体计算样本的均值和标准差，求取标准差与平均值的比值，将该比值作为非可视径样本离散系数。

步骤B所述计算非可视径样本离散系数包括：

B01)根据非可视径样本总体计算样本的均值；

B02)计算每个样本与均值差的绝对值，并计算该绝对值的平均值，将该平均值作为近似标准差；

B03)求取近似标准差与均值的比值，将该比值作为非可视径样本离散系数。

较佳地，步骤C所述采用计算多径时延分布样本离散系数的方法识别非可视传播路径的步骤包括：

C01)等待多径搜索单元输出的功率时延分布数据，

C02)挑选最强径并存储该最强径功率，判断是否挑选了N个最强径功率，如果是则转至步骤C03，否则返回步骤C01；

C03)根据N个最强径功率获得多径时延分布样本总体，进行多径时延分布样本离散系数的计算，将多径时延分布样本离散系数与预定的多径时延分布样本离散系数判决门限进行比较，如果样本离散系数大于或等于非可视判决门限，就判为非可视传播路径，否则，判为可视传播路径。

上述步骤C01所述功率时延分布数据是由移动终端的多径搜索单元输出的，或者是由基站的多径搜索单元输出的；步骤C02所述最强径是在整个搜索窗内挑选的，或者是在整个搜索窗内先挑选第一个最强径，然后在该第一个最强径附近挑选其余N-1个最强径；步骤C03所述进行多径时延分布样本离散系数的计算包括，根据多径时延分布样本总体计算样本的均值和标准差，求取标准差与平均值的比值，将该比值作为多径时延分布样本离散系数，或者，先根据多径时延分布样本总体计算其样本的均值，然后计算每个样本与均值差的绝对值，并计算该绝对值的平均值，将该平均值作为近似标准差，再求取近似标准差与均值的比值，将该比值作为非可视径样本离散系数。

较佳地，步骤C所述采用比较径间功率差的方法识别非可视传播路径的步骤包括：

C10)在整个功率时延分布中选出最强径，

C11)确定首径的到达时间和最强径的到达时间；

C12)判断相对于最强径滞后Alpha微秒内是否有可检测径存在，如果是则从相对于最强径滞后Alpha微秒的位置开始到多径搜索窗的末尾的范围内挑选局部最强径，否则取局部最强径搜索窗内噪声功率最大值或平均噪声功率作为局部最强径；

C13)判断最强径功率与局部最强径功率的比值是否大于预定功率比值判决门限，并且判断首径对应的到达时间与最强径对应的到达时间之差是否小于预定的时间值，如果同时满足，则判为LOS传播路径，否则判为NLOS传播路径。

上述的功率比值判决门限的取值范围在2至8之间，所述时间值为一个码片宽度，所述Alpha值的选取大于一个码片的宽度。

本发明根据移动终端运动信息，结合基于径间功率差的NLOS识别方法和基于样本离散系数的NLOS识别方法的优势，选择最佳的NLOS识别方法进行NLOS识别，克服了非阵列天线蜂窝移动通信系统中，基于样本离散系数的NLOS识别方法不适用于移动终端静止时的NLOS识别的缺点，同时利用了基于径间功率差的NLOS识别方法在移动终端静止时具有较高识别率的特点，产生出一种在移动终端静止和运动时都可以达到高识别率的NLOS识别方法。本发明通过对从功率时延分布上挑选相对时延较大的径作为非可视径，对该径进行跟踪，并对该径的功率进行N次采样，存储所获得的N次采样值，计算出非可视径样本离散系数，从而判决移动终端的运动状态，使得本发明的运动信息的提取方法简洁，容易实现。

附图说明

图1包括了图1a和图1b，图1a是呈莱斯衰落特性的单个径的衰落曲线，图1b是呈瑞利衰落特性的单个径的衰落曲线；

图2包括了图2a和图2b，图2a为典型的LOS传播路径功率时延分布205，图2b为典型的NLOS传播路径功率时延分布210；

图3为移动终端运动状态识别方法的流程图；

图4为由运动信息辅助的NLOS识别方法流程图；

图5为所述403b步骤基于样本离散系数的NLOS识别方法的流程图；

图6为所述403a步骤基于样本离散系数的NLOS识别方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明的基本思路是：当移动终端处于运动状态时，采用基于样本离散系数的NLOS径的识别方法；当移动终端处于静止状态时，采用基于径间功率(或幅度)的NLOS传播路径的识别方法。

实现移动终端运动状态识别的原理是：检测移动终端或基站的某个NLOS径，如果移动终端是运动的，则这个NLOS径的样本离散系数将比较大，例如大于0.1；如果移动终端是静止的，则这个NLOS径的样本离散系数将比较小，例如小于0.1。

造成上述样本离散系数差异的原理如下。

参见图1所示。图1a是呈莱斯衰落特性的单个径的衰落曲线，呈这种衰落的径就是LOS径；图1b是呈瑞利衰落特性的单个径的衰落曲线，呈这种衰落的径就是NLOS径。图1中坐标横轴表示移动终端移动的距离，单位为波长。图1a中的103是当移动终端运动并且遍历图1a中的所有起伏后得到的一个均值Mu，101为标准差Sigma；图1b中的106是当移动终端运动并且遍历图1b中的所有起伏(包括图1b中的107、108、109、110点)后得到的一个均值Mu，104是标准差Sigma。当移动终端静止时，图1中的衰落曲线102或105在空间上也有移动，但是这种移动很缓慢，在较短的时间内，如几秒之内，静止的移动终端接收到的径的幅度不会经历大的起伏。例如，从图1b上看，当移动终端静止时，在一秒左右的时间内，如果移动终端第一次多径搜索到的(相干或非相干)径的幅度为110处的幅度，那么，在以后的各次多径搜索中，移动终端接收到的对于同一个径进行跟踪的径的幅度也就在110附近波动，如波动到111点。现场测试表明，当移动终端静止时，在几秒钟的时间内对某个NLOS径的幅度进行多次采样，例如进行相干或非相干累加后，得到的样本离散系数与典型LOS信道上获取样本离散系数相当，都小于0.1。因此，根据上述规律可知，如果已经确定某个径是NLOS径，而从该NLOS径上获取的短时样本离散系数又小于某个门限，如0.1，就可以判定移动终端是静止的，因为如果移动终端是运动的，其样本离散系数将大于这个门限，如0.1，由此可以实现运动状态的识别。

此外，可直接和灵活地挑选NLOS径，例如在图2所示的功率时延分布上，处于首径201或206之后的径，如204、207、209都是NLOS径，采集这些径中某个径的样本离散系数就可以确定移动终端是否运动。

参见图3所示，图3为移动终端运动状态识别方法的流程图。其过程如下：

第一步301，完成NLOS径的挑选、径的功率(或幅度)的N次采样值及其采样值的存储、径的位置跟踪。所述NLOS径的挑选可以是服务小区上的功率时延分布上的NLOS径，也可以是相邻小区功率时延分布上的NLOS径。在进行NLOS径挑选时，根据多径搜索单元输出的本小区或邻小区的导频信号的径判决结果即径的位置，从中挑选出一个相对时延较大的一个径，即首径之后的任意一径，该径必定为NLOS径，对该径的功率(或幅度)进行第一次采样和存储，并对该径的位置进行跟踪，以便进行以后各次N-1的采样，从而获得非可视径样本总体。如果是在基站上实现NLOS径的挑选，则需要利用移动终端上行链路的间断导频的功率时延分布挑选出一个相对时延较大的一个径。在径的挑选步骤中，对某个挑选出的NLOS径经过或没经过非相干累加完成N次采样，采样间隔为几十到几百毫秒。

第二步302，完成对非可视径样本离散系数的计算，非可视径样本离散系数的计算方法可以是利用标准差与均值的比，也可以利用N个样本与样本均值的差的绝对值之和的平均来代替标准差，近似地得到非可视径样本离散系数；其中N可以是几个或几十个；

第三步303，进行移动终端运动状态的识别，将非可视径样本离散系数与从经验数据获取的运动状态判决门限(THR-MOVE)进行比较，如果样本离散系数≥THR-MOVE，就判为移动终端运动，否则，判为移动终端静止，其中，THR-MOVE通常取0.1左右。

在识别出移动终端的运动状态后，就可由运动信息的辅助来实现NLOS传播路径的识别。参见图4所示，图4为由运动信息辅助的NLOS识别方法流程图。其过程如下：

第一步401，进行移动终端运动状态识别，用以为第二步NLOS传播路径的识别算法的挑选提供依据，该步骤由图3所示的子步骤组成；

第二步402，根据步骤401输出的运动识别结果完成算法挑选，如果移动终端处于运动状态，就采用基于样本离散系数的NLOS识别方法，进而执行403b，如果移动终端处于静止状态，就采用基于径间功率差的NLOS识别方法，进而执行步骤403a。

参见图5所示，图5为所述403b步骤基于样本离散系数的NLOS识别方法的流程图，其过程如下：

第一步501，等待多径搜索单元输出的功率时延分布数据，以获取功率时延分布，该功率时延分布数据可以是由移动终端的多径搜索单元输出的，也可以是基站的多径搜索单元输出的，可以是经过非相干累加的，也可以是不经过非相干累加的；

第二步502，进行N次最强径的挑选，并存储所有最强径功率(或幅度)。可以在整个搜索窗内挑选最强径，也可以是第一次在整个搜索窗内挑选最强径，然后在第一次挑选出的最强径的附近如左右一个码片内进行另外N-1次最强径的挑选；

第三步503，判断是否采集到了N个最强径的功率(或幅度)，如果不到N次，就返回第一步501继续等待多径搜索单元的输出，如果已经到了N次，就进入步骤504；其中N可以是几个或几十个；

第四步504，根据N个最强径功率获得多径时延分布样本总体，进行多径时延分布样本离散系数的计算；多径时延分布样本离散系数的计算方法可以是按统计的方法计算标准差和均值，再求取标准差与均值的比值，也可以先计算N个样本与样本均值的差的绝对值之和的平均值，将该平均值作为近似标准差，再求取近似标准差与均值的比值，近似地得到多径时延分布样本离散系数；

第五步505，识别NLOS，将样本离散系数与从经验数据获取的NLOS判决门限(THR-NLOS)进行比较，如果样本离散系数≥THR-NLOS，就判为NLOS，否则，判为LOS，其中，THR-NLOS通常取0.1左右。

参见图6所示，图6为所述403a步骤基于样本离散系数的NLOS识别方法的流程图，其过程如下：

第一步601，在整个功率时延分布中选出功率(或幅度)最大的径，即最强径；

第二步602，确定首径的到达时间和最强径的到达时间；

第三步603，判断相对于最强径滞后Alpha微秒内是否有可检测径存在，如果是进入步骤604，从相对于最强径滞后Alpha微秒的位置开始，直至多径搜索窗的末尾，在此范围内选取局部最强径，即在图2a或图2b所示的局部最强径的搜索窗宽度范围内挑选局部最强径，否则进入步骤605，取局部最强径搜索窗内噪声功率(或幅度)最大值或平均噪声功率作为局部最强径；选取局部最强径的区间在最强径之后且和最强径相隔Alpha微秒的目的是为了避开LOS信道中紧跟在最强径后的强反射径，Alpha值的选取应该大于一个码片的宽度。

第四步606，判断最强径功率(或幅度)与局部最强径功率(或幅度)的比值是否大于预定的功率比值判决门限K，并且判断首径对应的到达时间与最强径对应的到达时间之差是否小于预定的码片宽度T，如果同时满足，则判为LOS传播路径，否则判为NLOS传播路径。其中，K值的选取需要考虑到识别率和误判率的折中，一般K的取值在2～8之间选取，T为一个码片宽度。

本发明通过移动终端运动信息的辅助，将基于样本离散系数的NLOS识别方法与基于径间功率差的NLOS识别方法结合，实现了基于样本离散系数的NLOS识别方法与基于径间功率差的NLOS识别方法两者的优势互补。

Claims (10)

1、一种移动系统中非可视传播路径的识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A)从功率时延分布上挑选首径之后的任意一个径作为非可视径，对该径进行跟踪，并对该径的功率进行N次采样，存储所获得的N次采样值；

B)根据N次采样值获得非可视径样本总体，计算非可视径样本离散系数；

C)判断非可视径样本离散系数是否大于或等于预定的运动状态判决门限，如果是，判决移动终端为运动状态，然后采用计算多径时延分布样本离散系数的方法识别非可视传播路径；否则，判决移动终端为静止状态，然后采用比较径间功率差的方法识别非可视传播路径。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的功率时延分布为服务小区的功率时延分布，或者为相邻小区的功率时延分布。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述的从功率时延分布上挑选首径之后的任意一个径是根据多径搜索单元输出的本小区或邻小区的导频信号的径的位置挑选的。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述的从功率时延分布上挑选首径之后的任意一个径是在基站根据移动终端上行链路的间断导频信号的功率时延分布挑选的。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述计算非可视径样本离散系数包括：根据非可视径样本总体计算样本的均值和标准差，求取标准差与平均值的比值，将该比值作为非可视径样本离散系数。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述计算非可视径样本离散系数包括：

B01)根据非可视径样本总体计算样本的均值；

B02)计算每个样本与均值差的绝对值，并计算该绝对值的平均值，将该平均值作为近似标准差；

B03)求取近似标准差与均值的比值，将该比值作为非可视径样本离散系数。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述采用计算多径时延分布样本离散系数的方法识别非可视传播路径的步骤包括：

C01)等待多径搜索单元输出的功率时延分布数据，

C02)挑选最强径并存储该最强径功率，判断是否挑选了N个最强径功率，如果是则转至步骤C03，否则返回步骤C01；

C03)根据N个最强径功率获得多径时延分布样本总体，进行多径时延分布样本离散系数的计算，将多径时延分布样本离散系数与预定的多径时延分布样本离散系数判决门限进行比较，如果样本离散系数大于或等于非可视判决门限，就判为非可视传播路径，否则，判为可视传播路径。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

步骤C01所述功率时延分布数据是由移动终端的多径搜索单元输出的，或者是由基站的多径搜索单元输出的；

步骤C02所述最强径是在整个搜索窗内挑选的，或者是在整个搜索窗内先挑选第一个最强径，然后在该第一个最强径附近挑选其余N-1个最强径；

步骤C03所述进行多径时延分布样本离散系数的计算包括，根据多径时延分布样本总体计算样本的均值和标准差，求取标准差与平均值的比值，将该比值作为多径时延分布样本离散系数，或者，先根据多径时延分布样本总体计算其样本的均值，然后计算每个样本与均值差的绝对值，并计算该绝对值的平均值，将该平均值作为近似标准差，再求取近似标准差与均值的比值，将该比值作为非可视径样本离散系数。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述采用比较径间功率差的方法识别非可视传播路径的步骤包括：

C10)在整个功率时延分布中选出最强径，

C11)确定首径的到达时间和最强径的到达时间；

C12)判断相对于最强径滞后Alpha微秒内是否有可检测径存在，如果是则从相对于最强径滞后Alpha微秒的位置开始到多径搜索窗的末尾的范围内挑选局部最强径，否则取局部最强径搜索窗内噪声功率最大值或平均噪声功率作为局部最强径功率；

C13)判断最强径功率与局部最强径功率的比值是否大于预定功率比值判决门限，并且判断首径对应的到达时间与最强径对应的到达时间之差是否小于预定的时间值，如果同时满足，则判为LOS传播路径，否则判为NLOS传播路径。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的功率比值判决门限的取值范围在2至8之间，所述时间值为一个码片宽度，所述Alpha值的选取大于一个码片的宽度。

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