[发明专利]基于多参数估计的单基站移动用户定位方法有效
申请号: | 201710036764.X | 申请日: | 2017-01-18 |
公开(公告)号: | CN106658713B | 公开(公告)日: | 2020-03-24 |
发明(设计)人: | 桂林卿;丛海波;杨梦霞;施云;鲍菲菲;束锋;李骏;陆锦辉 | 申请(专利权)人: | 南京理工大学 |
主分类号: | H04W64/00 | 分类号: | H04W64/00 |
代理公司: | 江苏楼沈律师事务所 32254 | 代理人: | 沈勇 |
地址: | 210094 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 参数估计 基站 移动用户 定位 方法 | ||
本发明采用一种基于多参数估计的单基站移动用户定位方法。该方法首先使用到达时间(TOA)区分出直径到达信号,然后采用到达角(AOA)估计技术测算出直径信号的到达角,从而获知移动用户相对于基站的方位。接着,分别使用TOA和信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离,并对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理得到加权距离。最后,结合测算出的到达角和加权距离,估算得到移动用户的位置。本发明提出的定位方法只需要一个基站,通过结合TOA、AOA以及CSI这三种测量参数,减少了基站的个数以及多径效应的影响,在降低成本的同时提高了定位精度。
技术领域
本发明涉及移动通信、无线定位技术领域。
背景技术
随着无线通信技术的迅速发展,人们对移动用户定位的需求日益增长。许多移动用户定位方法都是基于到达角(AOA),到达时间(TOA),到达时间差(TDOA)以及混合TDOA/AOA测量参数,但是这些测量参数在非视距(NLOS)或者多径环境中的运行效果并不好,并且都至少要从三个基站获得所需的测量值,既提高了成本又不能保证良好的定位精度。因此基于单基站的移动用户定位方法应运而生。
Li等人使用迭代泰勒级数展开法进行移动用户定位,但是该方法需要对移动用户的位置进行初始估计,而该估计容易受到收敛问题的影响。Seow等人提出一种综合的NLOS定位方案和最小二乘估计器对移动用户进行定位,但该方法比较复杂,而且当有一条移动用户的定位线垂直于x轴时,该方法无法实现。Miao等人提出了一种基于最小二乘解的移动用户位置估计方法,但是该方法在所得到的TOA,AOA和AOD的测量误差比较大时,运行效果不佳。
发明内容
为了解决多基站数目受限而无法精确定位的问题,本发明提出一种基于多参数估计的单基站移动用户定位方法。首先,使用到达时间(TOA)区分直径到达信号,然后采用到达角(AOA)估计技术测算出直径信号的到达角,即根据天线阵列中各阵元接收的数据估计协方差矩阵,对协方差矩阵进行特征值分解,获得特征值和特征向量,找出协方差矩阵最小特征值的数目与其相对应的特征向量,寻找与协方差矩阵的特征向量正交的阵列方向向量,获知移动用户相对于基站的方位。接着,分别使用TOA和信道状态信息(CSI)测算出单基站与移动用户之间的距离。在使用CSI测距中,对频域CSI进行平方加权平均处理,获得有效的CSI,即CSIeff,然后建立基站与移动用户之间的距离d和CSIeff之间的多项式数学模型,并在线下利用已知用户与基站之间的距离和测得的CSIeff建立方程组,求解该数学模型中的参数。然后利用该数学模型,根据实时CSIeff,估算出基站与移动用户之间的距离d,并对通过TOA测出的距离和CSI测出的距离进行加权处理,使用TOA时间同步误差期望和CSI信道估计误差期望分别作为通过TOA测出的距离和CSI测出的距离的加权因子,由于移动用户与基站之间很难实现同步,因此通过CSI测得的距离的加权因子较大,从而获得加权距离。最后,结合测算出的到达角和加权距离,估算得到移动用户的位置。
附图说明
图1基于多参数估计的单基站移动用户定位原理图。
图2基于到达角(AOA)估计直径到达信号到达角的原理图。
图3基于信道状态信息(CSI)测算单基站与移动用户之间距离的原理图。
具体实施方式
本发明所述的基于多参数估计的单基站移动用户定位方法,包含以下几个步骤:
1.使用到达时间(TOA)区分直径到达信号,所需时间短的信号即为直径到达信号。
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