一种适用于位置变化检测的方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及位置变化检测问题，尤其涉及一种适用于位置变化检测的方法及其装 置，属于无线传感器技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前检测位置变化的方法主要分为两种：一是在室外借助于全球定位系统（GPS) 辅助检测，二是在室内通过部署无线局域网接入点（AP)和定位卡来辅助检测。这两种方法 实际应用中都存在一定的局限性，首先，借助全球定位系统需要将装置置于室外环境下，并 确保天线接收面向上，且上方无金属物遮挡，对应用的环境条件要求比较苛刻，此外，GPS的 定位精度约为10米左右，不能满足检测分米级别的位置变化的要求；其次，虽然通过部署 无线局域网和定位卡在室内检测精度能够到达分米级别的要求，但部署成本比较高，系统 功耗也比较高，无法适用于狭小隐蔽场景。
[0003] 本发明所涉及的位置变化检测装置主要适用的是对位置变化比较敏感、需要检测 分米级别位置变化的场景，如对环境监测设备、城市基础设施、建筑设施、室内重要设施、和 物联网中各类传感器等位置变化的检测。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是需要提供一种基于自发自收机制的多天线干扰抵 消、峰值包络检测与相对阈值检测相结合的方法及其装置，以实现对位置变化敏感场景中 分米级别位置变化的检测，这里所述的场景包括GPS信号无法覆盖的场景和室内场景中重 要物品位置变化的检测，如对环境监测设备、城市基础设施、建筑设施、室内重要设施、和物 联网中各类传感器等位置变化的检测。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明首先设计了一种适用于位置变化检测的系统帧结 构和导频图样，包括：
[0006] 所述系统帧结构和导频图样是基于正交频分复用（OFDM)原理设计的，系统以帧 为单位，帧在时域上由四个OFDM符号构成，分别为同步OFDM符号、信道抵消测量OFDM符 号、解调OFDM符号和数据OFDM符号，在频域上由K个子载波构成，为保证位置变化检测的 精度需要达到分米级别，子载波数目K应大于或者等于72。
[0007] 所述导频图样涉及到两个发射天线端口，分别为端口 0和端口 1，两者在导频成分 的组成上是相同的，包括同步导频、解调导频、信道抵消测量导频和数据导频四种，与现有 导频图样相比，本发明导频图样中引入了信道抵消测量导频，用于测量周围无线信号的变 化以实现对位置变化的检测。
[0008] 所述同步导频在频域上是连续的，是基于Gold码序列生成的，用于在时间同步阶 段中检测系统帧头和保持时间同步。
[0009] 所述解调导频在频域上是连续的，是由Zadoff-Chu序列构成的，用于在系统帧号 解析阶段中解调数据导频上承载的信息。
[0010] 所述信道抵消测量导频在频域上是连续的，是由ZadofT-Chu序列构成的，用于在 多天线干扰抵消阶段中信道状态信息的测量和多发射天线间的干扰抵消，以及为后续的位 置变化检测提供干扰抵消后的信道状态测量数据。
[0011] 所述数据导频承载的系统帧号（SFN)信息，需要经过添加CRC校验比特、信道编 码、调制等操作后映射到数据导频上，用于在多天线干扰抵消阶段中用于控制接收侧与发 射侧之间的帧时序。
[0012] 所述发射天线端口 0和端口 1在初始阶段中承载的抵消测量导频是相同的，而在 多天线干扰抵消阶段，发射天线端口 0承载的抵消测量导频保持不变，而发射天线端口 1承 载的抵消测量导频随着作用于其上的信道干扰抵消系数发生变化，最终在接收天线端口达 到干扰抵消的效果。
[0013] 本发明检测位置变化的方法，其实现步骤如下：
[0014] 1.发射侧参照系统帧结构与导频图样，根据导频图样的数据导频中的帧号控制信 号的生成。
[0015] 2.接收侧使用本地同步导频序列与接收信号进行相关运算，检测出系统帧头，并 实现接收侧与发射侧的时间同步。
[0016] 3.接收侧借助解调导频，使用信道估计算法计算出信道响应，通过对数据导频进 行频域均衡、解调、译码等步骤解析出系统帧号。
[0017] 4.接收侧利用信道抵消测量导频实现多天线干扰抵消，分为初始抵消和迭代抵消 两步来实现：
[0018] 1)初始抵消：采用发射天线分时发射来分别测量不同发射天线端口到接收天线 端口的信道响应，并计算得到各自的信道干扰抵消系数，再分别作用于对应的发射天线端 口，从而抵消多根发射天线端口到接收天线端口的大部分干扰信号。
[0019] 2)迭代抵消：采用发射天线同时发射来分别测量全部发射天线端口到接收天线 端口的信道响应，据此计算不同发射天线端口到接收天线端口的信道响应，并更新各自的 信道干扰抵消系数，再分别作用于对应的发射天线端口，迭代执行直到多根发射天线端口 到接收天线端口的信道响应趋于零，即收敛为止。
[0020] 5.发射侧同时发射信号，接收侧测量信道响应并判断位置是否发生变化，依次进 行峰值包络检测和相对阈值检测这两步来实现：
[0021] 1)峰值包络检测：多天线干扰抵消完成后，通过对信道响应的幅值进行滤波，获 得其峰值包络，若峰值包络的持续时间和最大值的乘积大于设定的阈值H1，则执行相对阈 值检测，否则，认为位置未发生变化而无需执行相对阈值检测。
[0022] 2)相对阈值检测：取峰值包络前后设定时间窗内的信道响应，并分别计算得到两 者的统计量，若两统计量之间的变化超过设定的阈值H2,则认为位置已经发生变化并给出 告警，否则，认为位置未发生变化。
[0023] 6.利用同步导频序列进行同步跟踪，以保持时间同步，但若对数据导频的解析连 续出错，则认为系统的时间同步丢失，需要重新执行步骤2~4 ;否则，仅执行步骤5。
[0024] 为了解决上述技术问题，本发明首先设计了一种适用于位置变化检测的装置，包 括：
[0025] (1) -个接收天线端口和至少两个发射天线端口：接收天线端口和发射天线端口 与射频处理模块以有线方式相连；
[0026] (2)位置变化检测模块：根据接收天线端口和发射天线端口周围无线信道的变 化，用于检测位置是否发生变化；
[0027] 其特征在于，该装置进一步包括：
[0028] (1)系统帧生成和发射模块：用于生成系统帧，并通过所述发射天线端口发射到 无线空间中；
[0029] (2)时间同步模块：在初始阶段用于时间同步的捕获，在跟踪阶段用于维持时间 同步；
[0030] (3)系统帧号解析模块：用于接收并解析出系统帧号，系统帧号在多天线干扰抵 消阶段中用于控制接收侧与发射侧之间的帧时序；
[0031] (4)多天线干扰抵消模块：用于根据不同发射天线端口到达接收天线端口的信道 响应计算得到信道干扰抵消系数，再将其作用于相应的发射天线端口，最终通过迭代抵消 运算，使得多根发射天线端口到接收天线端口的信道响应趋于零；
[0032] (5)峰值包络检测和相对阈值检测模块：用于根据迭代抵消后的信道响应判断出 位置是否已发生变化。
[0033] 与现有技术相比，本发明的积极效果为：
[0034] 本发明具有成本低、检测精度高、适用范围广等特点，能够实现对位置变化敏感场 景中分米级别位置变化的检测，包括GPS信号无法覆盖的场景和室内场景中重要物品位置 变化的检测，如对环境监测设备、城市基础设施、建筑设施、室内重要设施、和物联网中各类 传感器等位置变化的检测。
【附图说明】
[0035] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0036] 图1位置变化检测算法处理流程图；
[0037] 图2适用于检测位置变化的系统帧结构图；
[0038] 图3适用于检测位置变化的系统导频图样图；
[0039] 图4发射侧信号生成处理流程图；
[0040] 图5多天线干扰抵消算法处理流