[发明专利]OFDM通信体制双向高精度测距系统

说明书

本发明公开了一种OFDM通信体制双向高精度测距系统，属于测控通信领域，包括：需要进行双向距离测量的节点A和节点B，在双向测距中，节点A基于正交频分多路复用OFDM波形发射测量时隙1，并记录发射时刻，节点B接收测量时隙1，对测量参考信号进行精确的OFDM分数倍符号时偏估计，得到节点B接收测量时隙1的精确时刻；同理，节点B基于OFDM波形发射测量时隙2，并将测量时隙1接收时刻和测量时隙2发射时刻填入MAC头后面的时间戳信息域；节点A接收测量时隙2，对测量参考信号进行精确的OFDM分数倍符号时偏估计，节点A对测量时隙2的数据信道进行解调和MAC数据包解析，利用双向测距原理得到真实距离的测量值。

技术领域

本发明属于测控通信领域，具体涉及到一种广泛应用于数字传输和通信系统中基于正交频分多路复用(OFDM)参考信号的双向高精度测距系统。

技术背景

随着互联网技术的飞速发展，基于位置的服务将日益进入大众应用和公共服务领域。因此需要一种既可以达到高容量通信需求，又能满足高精度测量需求的通信体制。

目前通过无线电进行测距/定位的方法，源头上都是来自雷达技术，主要的算法手段就两种，TOF/TDOA算法，是基于飞行的，就是光速来乘时间来测距，距离知道了，自然可以计算出相对的位置坐标；AOA算法基于场强角度的，通过智能天线的接收信号来判断信源的方向，多几个方向角，也是可以推算出相对位置坐标。例如，LTE/5G蜂窝网利用SRS测量就是基于飞行的算法，即基站采用参考信号进行时延的测量，再换算为距离信息。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM),是一种通过多个载波进行信息传输的调制方式,它可以被看作是一种调制技术,也可以被看作是一种复用技术。它把整个信道分成N个并行的子信道,每个子信道的频谱相互正交,大大提高了信道的频谱利用率。OFDM调制的基本思想是将串行传输的数据流通过串并转换变为N路速率较低的数据流，用串并转换之后的数据流再分别去调制N路子载波。信息的速率变为原来传输速率的1/N，OFDM信号的符号周期长度变为原来长度的N倍，可以增强抵抗信道中时延拓展的能力，能够很好地对抗频率选择性衰落或窄带干扰。基于OFDM波形的LTE/5G技术已经成为无线蜂窝网的主流技术。基于OFDM波形的通信体制的优势：通信容量大、频谱效率高、多址方式丰富(时分、频分、码分)，调度灵活，适应多用户场景。

LTE/5G中的参考信号(Reference Signal，RS)，就是常说的“导频信号”，是由发射端提供给接收端用于信道估计或信道探测的一种己知信号。在5G协议中，下行参考信号包括PDSCH DMRS、CSI-RS等，上行参考信号包括PUSCH DMRS、SRS等。

基于OFDM波形的通信体制下，测距的方法单一：基站采用参考信号(PRACH或SRS)，对UE的空口传输时延进行估计，然后折算为距离。方式1采用PRACH信号：接收机利用接收的PRACH序列与本地ZC序列进行相关后的时延谱，对UE的空口传输时延进行估计。方式2采用SRS信号：接收机利用SRS信道估计后的时延谱，对UE的空口传输时延进行估计。

当前测距方法存在的问题：

(1)现有基于OFDM波形通信体制的测距方法中，利用参考信号测距无法达到高精度的需求。以SRS参考信号为例，利用SRS信道估计后的时延谱，对UE的空口传输时延进行估计。测距精度分析：上行带宽：20MHz，上行RB数：50RB，子载波间隔：30KHz，时延谱采样间隔：折算为距离精度：16.667m。

(2)现有基于OFDM波形通信体制的参考信号测距方法采用单向测距，无法消除两个通信节点的时钟偏差导致的测量误差。

针对上述问题，目前基于OFDM波形的LTE/5G技术尚无一套合适的解决方案。

发明内容