Toa/aoa混合定位方法在lte系统中的应用

文档序号:10616651阅读:343来源:国知局
Toa/aoa混合定位方法在lte系统中的应用
【专利摘要】本发明公开了一种TOA/AOA混合定位方法在LTE系统中的应用。针对三个以上基站参与定位时由于移动终端距离基站远近而受到远近效应的影响,提出了一种在LTE系统中基于单个服务基站,并由服务小区中已知位置信息的移动终端协同定位的TOA/AOA混合定位算法。该算法首先采用多项式拟合方法消除TOA测量值中的NLOS误差,充分考虑移动终端位置的随机性对定位的影响,并提出利用AOA角度差值作为位置估计判决条件的方法。该混合定位算法方法能有效地克服远近效应、降低NLOS误差,并且对AOA测量误差的敏感度下降。
【专利说明】
TOA/AOA混合定位方法在LTE系统中的应用
技术领域:
[0001] 本发明属于无线定位技术领域,特别设及一种T0A/A0A混合定位方法在LTE系统中 的应用。
【背景技术】:
[0002] 在长期演进化TE)网络中,基于移动终端精确位置信息的服务获得了广泛的应用, 如信息采集与检测、儿童及老人的跟踪等。此外,美国联邦通信委员会(FCC)发布了在E-911 紧急呼叫情况下对定位精度的需求。混合定位是将一种或几种方法结合起来,W得到较好 的估计结果的定位方法。在蜂窝网无线定位应用中,由于远近效应的影响UE在距离服务基 站节点化ome-eNodeB)较近的位置和在靠近小区边缘的位置接收到各基站的信号会相互干 扰,在运两种情况下,UE的位置估计定位误差变大。
[0003] 公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应 当被视为承认或W任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于提供一种T0A/A0A混合定位方法在LTE系统中的应用,从而克服 上述现有技术中的缺陷。
[0005] 为实现上述目的,本发明提供了
[0006] T0A/A0A混合定位方法在LTE系统中的应用,其步骤为:
[0007] (1 )、在定位模型中选择样本点;
[000引(2)、在样本点处接收信号并测量到达时间T0A;
[0009] (3)、重构近似LOS的TOA测量值:
[0010] (4)、转换得到距离值;
[0011] (5)、判断两圆是否相交;
[0012] (6)、若不相交,则利用随机处理技术计算模糊交点,转步骤(13);
[OOU] (7)、若相交,则计算两圆交点坐标;
[0014] (8)、测量到达角度AOA;
[0015] (9)、分别计算两端的角度差值;
[0016] (10)、判断差值是否同符号;
[0017] (11)、若不是同符号,则返回步骤(1)重新选取样本点;
[0018] (12)、若同符号,则W接近的交点坐标为估计坐标;
[0019] (13)、多次测量取坐标的平均值,获得位置坐标。
[0020] 优选地,技术方案中,步骤(1)中定位模型为基于Home-eNodeB和Located-UE的定 位模型,包括^化111日-日齡(1日8为圆屯、,WHome-eNodeB与待定位UE之间的测量到达时间的相 对距离测量值为半径的圆;WLocated-UE为圆屯、,W到达时间的相对距离测量值为半径的 圆。
[0021] 优选地,技术方案中,步骤(3)中通过从化me-eNodeB测量得到的一段时间内所对 应的TOA测量值来重构化OS误差,在伴有化OS误差和系统测量误差的TOA测量之中重构出近 似LOS的TOA测量值。
[0022] 优选地,技术方案中,步骤(6)中不相交分为两种信細:巧离巧内含:巧A、C、E分别 为连接线与圆的交点,取B为AC的中点,D为CE的中点,则;

[0023] 当相离时,交点坐标为
[0024] 当内含时,交点坐标为
[0025] 其中(XA,yA),(XB,yB)为定位模型中的A,B两个交点的坐标,(XeNB,yeNB),(XLue,yLue) 分别为Home-eNodeB 和 Located-UE 的坐标。
[0026] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0027] 采用多项式拟合方法消除TOA测量值中的化OS误差,充分考虑移动终端位置的随 机性对定位的影响,并提出利用AOA角度差值作为位置估计判决条件的方法。该混合定位算 法方法能有效地克服远近效应、降低化OS误差,并且对AOA测量误差的敏感度下降,对于协 同定位的Located-肥的位置要求不高,算法简单易实现,并能保证较高的定位精度。
【附图说明】:
[00%]图1为本发明基于已知移动终端定位原理图;
[00巧]图2为本发明Located-UE位置随机处理原理图;
[0030] 图3为本发明不同TOA误差标准差下平均定位误差图;
[0031] 图4为本发明不同TOA误差标准差下定位误差累积分布函数图;
[0032] 图5为本发明不同AOA误差标准差下平均定位误差图;
[0033] 图6为本发明不同AOA误差标准差下定位误差累积分布函数图;
[0034] 图7为本发明不同距离下平均定位误差图;
[0035] 图8为本发明不同距离下定位误差累积分布函数图。
【具体实施方式】:
[0036] 下面对本发明的【具体实施方式】进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不 受【具体实施方式】的限制。
[0037] 除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语"包括"或其变 换如"包含"或"包括有"等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其它元 件或其它组成部分。
[0038] T0A/A0A混合定位方法在LTE系统中的应用,其步骤为:
[0039] (1)、在定位模型中选择样本点;
[0040] (2)、在样本点处接收信号并测量到达时间T0A;
[0041 ] (3)、重构近似LOS的TOA测量值:
[0042] (4)、转换得到距离值;
[0043] (5)、判断两圆是否相交;
[0044] (6)、若不相交,则利用随机处理技术计算模糊交点,转步骤(13);
[0045] (7)、若相交,则计算两圆交点坐标;
[0046] (8)、测量到达角度AOA;
[0047] (9)、分别计算两端的角度差值;
[004引(10)、判断差值是否同符号;
[0049] (11)、若不是同符号,则返回步骤(1)重新选取样本点;
[0050] (12)、若同符号,则W接近的交点坐标为估计坐标;
[0051] (13)、多次测量取坐标的平均值,获得位置坐标。
[0052] 本发明的定位模型中采用的是基于Home-eNodeB和Located-UE的定位模型。W 化me-eNodeB为圆屯、,W化me-eNodeB与待定位肥之间的测量到达时间的相对距离测量值为 半径的圆和WLocated-UE为圆屯、,W到达时间的相对距离测量值为半径的圆相交于两点。 根据到达角度(AOA)进行判别选择,最终得到待测UE的估计位置坐标。
[0053] 如图1所示,图中a表示待定位UE接收到的化me-eNodeB发射信号的角度AOA,将 Home-eNodeB指向Located-肥方向的直线设为角度参考线。日日,日1表示分别^Located-肥和 Home-eNodeB为圆屯、的两个圆的两个交点与参考线之间的夹角。同理画出UE接收到的 Located-UE发射信号的各个夹角。
[0054] 本发明中非视距环境采用T1P1(C0ST259)NL0S信道模型中的市区(Urban)模型模 拟NLOS信道环境。到达时间tl与dTOAi的关系表达式和到达时间t2与dT〇A2的关系表达式如下
[0055] (I)
[0056] 御
[0化7] 其中,dTOAi和dT〇A2为实际距离,del和山2为系统测量误差,服从均值为0标准差为Otoa 的局斯分布。Trmsl和Trms2为均方根时延扩展!
Tl和Ts是在d = Ikm处时延扩展的中值,e取值在0.5到1之间,y是一个标准差为Oy的对数正态分布随机变 量。
[005引假设Located-UE的真实位置坐标为(ax,ay),则通过GPS定位技术得到的Located- 肥的位置坐标为(冬.,今,)。
[0059]
巧)
[0060] nx,ny为GPS定位误差,服从标准差为OGPS的高斯分布。
[0061] 化OS误差轨迹是高出到达时间TOA测量值的一个正偏值,其中包含了标准的系统 测量误差。通过从化me-eNodeB测量得到的一段时间内所对应的TOA测量值来重构化OS误 差,可W在伴有NLOS误差和系统测量误差的TOA测量之中重构出近似LOS的TOA测量值。
[0062]
(4)
[0063] 通过采样多项式拟合后的距离曲线表达式
[0064]
(5)
[0065] 假定在IOs的定位估计期间,待定位UE的位置坐标变化很小,到达时间的化OS误差 的均值几乎不发生变化。经过20帖的多项式拟合过程,将测得的TOA测量值乘W电波传播速 度c(3X108m/s)得到的距离测量值进行拟合,多次拟合W达到较好的化OS干扰消除的效 果。在本文中设置拟合次数为20次。
[0066] 将IOs内所有的采样时刻的近似LOS距离测量值取平均,使干扰消除效果进一步优 化。在发明中假设采样间隔为0.05s。采样次数根据采样时间段来决定,此处为10s。
[0067] 最后得到的近似LOS的测量距离为
[0068]
(6)
[0069] 如图2所示,两圆为外离和内含的情况,其中A、C、E分别为连接线与圆的交点,取B 为AC的中点,D为CE的中点。
[0070] 根据图2中的比例可知
[0071]

[0072] 即可W得到定位模型中两圆相离的交点坐标为
[007引 巧)
[0074]
[0075] (9)
[0076] 其中(XA,yA),(XB,yB)为定位模型中的A,B两个交点的坐标,(XeNB,yeNB),(XLue,yLue) 分别为Home-eNodeB和Located-肥的坐标。
[0077] 本文所采用的移动终端定位原理图1中,a测量误差服从均值为0,方差为OAOA的高 斯随机分布。日日,日1满足关系式:〇《日日《231,0《日1《231。对比日日与〇的差值及日1与〇的差值的绝 对值,即:
[007引 (10)
[0079] 本发明提出的算法采用了一个范围区间作为判决条件来选取合适的交点作为位 置估计,大大减小了 AOA测量值的精确度对定位性能的影响。
[0080] 通过MATLAB进行仿真,将改进混合定位算法与其他定位算法进行对比评估。 Located-UE位置坐标固定为(800,0),UE的真实坐标为(450,779)。将AOA误差标准差OAOA设 置为1.化ad,GPS定位误差标准差Ogps设置为5m,在TOA误差标准差Otqa分别为0.1化,0.化S, 0.3化,0.4化,0.5化下进行仿真对比。
[0081] 如图3所示,可W看出本文提出的算法与之前的算法相比,平均定位误差明显降 低,并且平均定位误差随着TOA系统测量误差的增加而增加。
[0082] 如图3所示,可W看出平均定位误差在TOA系统测量误差标准差小于0.5时,控制在 IOOmW内,说明本文提出的混合定位算法有着较高的定位精度。
[0083] 另将TOA误差标准差固定为0.1,分析在AOA误差标准差分别为0.02rad、0.04rad、 0.06rad、0.08rad、0.1 Orad,和0.12rad时AOA误差标准差对定位的影响进行仿真对比
[0084] 如图5所示,可W看出本文提出的算法对AOA测量误差的敏感度降低,随着AOA误差 标准差的变化平均定位误差曲线表现得很平稳。
[0085] 如图6所示,可看出在AOA误差标准差设置在0.12radW内时,平均定位误差可W控 制在IOOmW内。
[00化]TOA误差标准差设置为0.1,在AOA误差标准差为0.1 Orad时,Located-肥位置坐标 在服务小区范围内随机产生,并在此仿真中加入了对于两圆外离和内含两种情况的处理机 制
[0087] 如图7所示,可W看出本文的提出的定位算法对于Located-UE的位置没有严格的 要求,能够克服Located-肥与化me-eNodeB和肥的相对位置关系的制约,有效的克服远近效 应。
[0088] 如图8所示,可W看出本文提出的定位算法可W保证精确的定位性能,同时确保了 运种定位技术的可行性。
[0089] 前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。运些描述 并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可W进行很多改变 和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应 用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案W及 各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
【主权项】
1. TOA/AOA混合定位方法在LTE系统中的应用,其特征在于:其步骤为: (1) 、在定位模型中选择样本点; (2) 、在样本点处接收信号并测量到达时间T0A; (3) 、重构近似L0S的T0A测量值: (4) 、转换得到距离值; 巧)、判断两圆是否相交; (6) 、若不相交,则利用随机处理技术计算模糊交点,转步骤(13); (7) 、若相交,则计算两圆交点坐标; (8) 、测量到达角度A0A; (9) 、分别计算两端的角度差值; (10) 、判断差值是否同符号; (11) 、若不是同符号,则返回步骤(1)重新选取样本点; (12) 、若同符号,则W接近的交点坐标为估计坐标; (13 )、多次测量取坐标的平均值,获得位置坐标。2. 根据权利要求1所述的T0A/A0A混合定位方法在LTE系统中的应用,其特征在于:步骤 (1)中定位模型为基于Home-eNodeB和Located-肥的定位模型,包括WHome-eNodeB为圆屯、, W Η 0 m e - e N 0 d e B与待定位U E之间的测量到达时间的相对距离测量值为半径的圆;W Located-UE为圆屯、,W到达时间的相对距离测量值为半径的圆。3. 根据权利要求1所述的T0A/A0A混合定位方法在LTE系统中的应用,其特征在于:步骤 (3)中通过从化me-eNodeB测量得到的一段时间内所对应的T0A测量值来重构化0S误差,在 伴有NL0S误差和系统测量误差的T0A测量之中重构出近似L0S的T0A测量值。4. 根据权利要求1所述的T0A/A0A混合定位方法在LTE系统中的应用,其特征在于:步骤 (6)中不相交分为两种情况:相离和内含;设A、C、E分别为连接线与圆的交点,取B为AC的中 点,D为CE的中点,则:(XB,yB)为定位模型中的Λ,B两个交点的坐标,(XeNB,yeNB),( XLue,yLue)分别为Home-eNodeB和 Located-UE 的坐标。
【文档编号】H04W64/00GK105979579SQ201610341707
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】赵军辉, 姜婷婷, 王传云
【申请人】华东交通大学
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