[发明专利]一种无线定位网络中的载波优化方法

说明书

本发明提出了一种载波资源优化问题的混合整数线性规划求解方法（Mixed Integer Linear Programming,MILP），在用YALMIP工具求解混合整数规划MIP模型时，先将混合整数规划问题转化为混合整数线性规划，因此需要将目标函数进行线性近似处理。用全局SPEB作为目标函数，在节点的发射功率、信号带宽、载波频率的下界和上界限制、整个系统中可用总功率限制、整个无线网络中总带宽限制以及节点间的信号载波频率与带宽不相互干扰条件下，优化得出的分配资源，包括发射功率、载波频率、信号带宽，然后目标节点通过与锚节点以及协作的目标节点进行单向TOA测距来获取自己的位置信息。本发明的方法的可以快速、准确求解非协作和协作的无线定位网络联合功率与频谱的资源优化问题。

技术领域

本发明涉及无线定位网络技术领域，尤其涉及一种无线定位网络中的载波优化方法。

背景技术

随着无线技术应用的发展，基于定位的服务越来越受到人们的关注。在一些现代无线通信服务与设备的应用场景中，例如室内定位及导航、医疗救援工作、车联网中的路径规划、物流的追踪等，高精度位置信息的获取起着越来越重要的作用。全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是最熟知的提供位置感知的技术手段，但是该技术在一些极端环境下性能会失效，如：高建筑屋遮挡下的现代都市，室内场景，地下环境等。一种利用利用无线信号的定位网络技术可以有效弥补GNSS的不足，然而无线定位网络会存在资源使用受限制、锚节点覆盖不足等问题使其成为近几年研究热点。

如附图1所示，在无线定位网络中通常包含两类节点：位置已知的锚节点(anchor)和需要确定位置的目标节点(agent)。目标节点试图获取自己的位置信息通过与锚节点或者协作agent节点之间的距离测量如到达时间(TOA)、到达角度(AOA)、接收信号强度(Received Signal Strength Intensity,RSSI)等来完成。在现有研究内容中，一种基于等价费歇尔信息矩阵(Equivalent Fisher Information Matrix,EFIM)的形式给出了无线定位网络条件下，具有简洁形式的平方定位误差下界(Squared Position Error Bound,SPEB)定义式。SPEB可以作为衡量宽带信号定位精度的指标，其本质是克拉美-罗下限CRLB的一种表达形式。在此基础上，根据现有的研究可以得出如下结论，定位网络中的资源如发射功率、信号带宽、载波频率的合理分配以及合适agent节点之间协作的引入可以很大程度上提高定位的性能。

非协作定位网络功率与频谱的联合分配(Joint Power and SpectrumAllocation,JPSA)研究中提出同时优化网络节点的发射功率，信号带宽，载波频率以获得高精度的定位性能，根据此研究我们可以得出载波是基于TOA网络定位过程中的一项重要因素，然而，由于求解载波优化过程中，关于载波频率约束条件的非凸情况，采用一种穷举法(Full Enumeration,FE)来解决上述JPSA问题。所谓穷举法即遍历所有节点可能的载波频率组合情况，虽然它有较好的求解精度，但是它的求解能力受到网络中节点数量的限制，如果锚节点数不断增多或者协作定位中协作节点的引入，网络的复杂化将会导致计算求解的复杂度以阶乘形式数量级提高，很难在相对时间中获得最优解。

发明内容

本发明的目的是提出一种无线定位网络中的载波优化方法，在解决载波优化的问题时可以更快速得出最优解，以适应节点高数量增加，同时提出了协作定位网络JPSA测略中求解方式，凸显协作定位在无线定位网络的优势。

为达上述目的，本发明通过以下技术方案实现：