码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法、装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法、装置及系统，能够减小测距误差，从而提高定位精度。所示方法包括：接收上游设备发送的定位信号，该定位信号同时承载用于定位的码分多址CDMA信号及用于定位的正交频分多址OFDM信号，该定位信号由该上游设备将该CDMA信号及该OFDM信号进行耦合得到；解析该定位信号得到该CDMA信号；解析该定位信号得到该OFDM信号；根据该CDMA信号及该OFDM信号进行测距。本发明实施例提供的码分多址与正交频分多址信号耦合的测距方法、装置及系统通过接收同时承载用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号的定位信号，实现同时应用CDMA信号及所述OFDM信号进行测距，从而能够减小测距误差，提高定位精度。
【专利说明】码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法、装置及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机领域，特别涉及一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002]定位服务已广泛进入人们生活，成为经济建设、社会生活中不可或缺的部分。例如，基于无线保真(Wireless Fidelity, Wi_Fi)、超宽带(Ultra Wideband, UWB)、伪卫星等系统的室内定位技术已有局部应用，可以在距离节点较近的环境(一般在数十米之内)下实现定位。
[0003]实现定位服务时，常常需要进行测距，测距误差影响定位精度。因此如何减小测距误差以提高定位精度是当前需要解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法、装置及系统，能够减小测距误差，从而提闻定位精度。
[0005]本发明实施例采用如下技术方案:
[0006]一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法，包括:
[0007]接收上游设备发送的定位信号，所述定位信号同时承载用于定位的码分多址CDMA信号及用于定位的正交频分多址OFDM信号，所述定位信号由所述上游设备将所述CDMA信号及所述OFDM信号进行耦合得到；
[0008]解析所述定位信号得到所述CDMA信号；
[0009]解析所述定位信号得到所述OFDM信号；
[0010]根据所述CDMA信号及所述OFDM信号进行测距。
[0011]一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距装置，包括:
[0012]接收模块，用于接收上游设备发送的定位信号，所述定位信号同时承载用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号，所述定位信号由所述上游设备将所述CDMA信号及所述OFDM信号进行耦合得到；
[0013]第一解析模块，用于解析所述定位信号得到所述CDMA信号；
[0014]第二解析模块，用于解析所述定位信号得到所述OFDM信号；
[0015]测距模块，用于根据所述CDMA信号及所述OFDM信号进行测距。
[0016]一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距系统，包括上游设备及测距装置，其中:
[0017]所述上游设备用于，将用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号进行耦合，生成同时承载所述CDMA信号及所述CDMA信号的定位信号；向所述测距装置传输所述定位信号;
[0018]所述测距装置为上述测距装置。[0019]基于上述技术方案，本发明实施例的码分多址与正交频分多址信号耦合的测距方法、装置及系统接收上游设备发送的同时承载用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号的定位信号；解析所述定位信号得到所述CDMA信号；解析所述定位信号得到所述OFDM信号；根据所述CDMA信号及所述OFDM信号进行测距。这样，通过接收同时承载用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号的定位信号，实现同时应用CDMA信号及所述OFDM信号进行测距，从而能够减小测距误差，提高定位精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本发明实施例1提供的的码分多址与正交频分多址信号耦合的测距方法的流程图；
[0022]图2为本发明实施例2提供的码分多址与正交频分多址信号耦合测距装置架构示意图；
[0023]图3为本发明实施例2提供的的码分多址与正交频分多址信号耦合的测距方法的流程图；
[0024]图4a为本发明实施例2提供的OFDM信号数据帧的结构示意图；
[0025]图4b为本发明实施例2提供的定位信号的结构示意图；
[0026]图4c为本发明实施例2提供的OFDM测距信号复用方式示意图；
[0027]图5为本发明实施例3提供的码分多址与正交频分多址信号耦合测距装置的结构示意图；
[0028]图6为本发明实施例4提供的定位消息传输方法的流程图；
[0029]图7为本发明实施例5提供的定位消息传输设备的结构示意图；
[0030]图8为本发明实施例6提供的码分多址与正交频分多址信号耦合测距系统的结构示意图；
[0031]图9为本发明实施例中CDMA与OFDM多径误差包络对比示意图。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0033]实施例1
[0034]如图1所示，本发明一实施例提供的码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法，包括:
[0035]110、接收上游设备发送的定位信号，该定位信号同时承载用于定位的CDMA (CodeDivision Multiple Access,码分多址)信号及用于定位的 OFDM (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分多址)信号，该定位信号由该上游设备将该CDMA信号及该OFDM信号进行耦合得到。[0036]120、解析该定位信号得到该CDMA信号。
[0037]130、解析该定位信号得到该OFDM信号。
[0038]140、根据该CDMA信号及该OFDM信号进行测距。
[0039]上述110-140的执行主体可以为测距装置，该装置可以包含多个模块或器件以实现上述方法。
[0040]本发明实施例的测距方法接收上游设备发送的同时承载用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号的定位信号；解析定位信号得到CDMA信号；解析定位信号得到OFDM信号；根据CDMA信号及OFDM信号进行测距。这样，通过接收同时承载用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号的定位信号，实现同时应用CDMA信号及OFDM信号进行测距，从而能够减小测距误差，提闻定位精度。
[0041]实施例2
[0042]本实施例以图2所示码分多址与正交频分多址信号耦合的测距装置架构作为举例，详细说明本发明实施例的测距方法的具体实现过程，应理解，图2所示应用场景仅为便于理解本发明实施例的测距方法，不应视为对本发明实施例的限定。
[0043]图2所示的码分多址与正交频分多址信号耦合的测距装置架构中包括:CDMA信号检测模块21，用于检测分析CDMA信号；弱能量CDMA信号跟踪模块22，用于跟踪定位信号中的弱能量CDMA信号；0FDM符号解调模块23，用于解调OFDM符号；0FDM测距信号检测模块24，用于检测OFDM测距信号。
[0044]对于CDMA信号而言，当多径时延超过(1+d)码片时，多径不会对测距产生影响，其中d为CDMA相关器的间距。而对于OFDM而言，短时延多径对测距的影响叫CDMA信号更小，但对于CDMA测距无影响的长时延多径仍会对OFDM测距产生影响。因此，可耦合两者的优点，进行多径误差减轻。
[0045]如图3所示，本实施例提供的的码分多址与正交频分多址信号耦合的测距方法包括:
[0046]210、测距装置接收上游设备发送的定位信号，该定位信号同时承载用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号，该定位信号由该上游设备将该CDMA信号及该OFDM信号进行耦合得到。
[0047]本发明实施例中在构造定位信号(例如TC-OFDM信号)的结构时，在不影响OFDM正常业务的前提下，加入CDMA导航信号，实现CDMA与OFDM信号的同频共载，以CDMA导航信号为测距主通道，以OFDM信号为辅助，通过CDMA与OFDM信号的耦合，提升多径等环境下的无线测距精度。
[0048]如图4a所示，OFDM业务信道由帧、时隙、信标及OFDM符号三级体系组成，一帧由多个时隙组成，每个时隙则包括信标及多个OFDM符号，其中，信标用于系统同步及基站身份识别，业务信息由OFDM符号承载。在TC-OFDM信号设计中，不能影响OFDM符号的正确接收，以保证现有业务的正常工作。
[0049]可选地，该CDMA信号包括CDMA导频、承载导航电文的CDMA导航信号，该OFDM信号包括OFDM测距信号、至少一个OFDM符号，该定位信号包括信标部分及数据承载部分，上述110中将用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号进行耦合，生成定位信号时，可以将该CDMA导频及该OFDM测距信号携带于该信标部分，将该至少一个OFDM符号及该CDMA导航信号携带于该数据承载部分，生成该定位信号。
[0050]例如，本发明实施例中定位信号的每时隙信号结构如图4b所示。
[0051]定位信号(例如TC-OFDM信号)不改变现有业务系统的帧结构，对现有信标部分进行新的设计。由于OFDM信号与CDMA信号在多径信道测距中具有互补特性，因此信标部分除采用CDMA导频进行系统同步外，还留出一段时间承载OFDM测距信号，用于与CDMA耦合测距，提高多径环境下的测距精度。在OFDM符号其余部分进行低能量的CDMA导航信号叠力口，可通过长时间积分进行时、频测量，并承载导航电文。CDMA导航信号与承载正常业务的OFDM符号同时、同频承载，通过对信号能量的控制使其不影响OFDM符号的正常接收。
[0052]图4b所示的定位结构中各部分信号所起作用的描述如下:
[0053]CDMA导频:占用信标中的部分时间，采用短伪码序列，用于时隙信号的快速时间同步。不同基站通过不同扩频码进行区分。CDMA导频可选用自相关、互相关特性良好的Gold码，码长根据信标可根据信标可用时间长度及系统带宽进行设计。
[0054]OFDM测距信号:用于OFDM测距方式进行小数部分时延精细测量及载波频率估计。OFDM测距信号在频域置以特定的码序列，经IFFT (Inverse Fast Fourier Transform,快速傅立叶反变换)调制后，在时域进行信号发送。不同基站信号通过不同时时间进行区分，每个时隙可根据信标可用时间配置k个基站信号，如错误！未找到引用源。c所示。OFDM测距信号可用于与CDMA导航信号进行补充，提升系统在复杂环境下的测距精度。(实施例中可选择k=3)
[0055]弱能量CDMA导航信号:可用于系统载波精细同步；CDMA长时间积分与精细跟踪测距；导航电文承载。该部分信号采用低能量与OFDM符号同频、同时发送，其能量不影响OFDM符号的正常解调，但可通过进行CDMA信号的长时间积分获得高积分增益，实现CDMA跟踪测距以及导航电文播发。(实施例中可选择CDMA导航信号弱与OFDM信号18dB)
[0056]OFDM符号:不改变现有系统的OFDM业务符号的调制方式，保证系统业务接收部分的兼容性。
[0057]导航电文由弱能量CDMA导航信号进行承载，为保证足够的扩频增益，根据不同OFDM业务系统的时隙长度，可由I个或多个时隙携带Ibit电文信息。每帧导航电文信息包括导航所必须的完整信息，从系统的一致性考虑，导航电文帧与OFDM业务帧在时间长度上保持整数倍关系为最佳。本法发明实施例中该导航电文包括以下至少一种:
[0058]基站编号、基站坐标、固定时延修正参数、时钟误差补偿参数、OFDM测距信号参数、气压测高修正参数、同步信息、校验信息。
[0059]其中，该基站编号，用于基站身份识别；该基站坐标，用于表示基站发射天线的中心相位点位置；该固定时延修正参数，用于给出由于基站馈线长度不一等因素导致的时延误差；该时钟误差补偿参数，用于对基站的时钟同步误差进行补偿；该OFDM测距信号参数，OFDM测距信号所处的时隙号及时隙内的时间段；该气压测高修正参数，用于终端进行气压测高误差修正；该同步及校验，用于导航电文的帧同步与帧校验。
[0060]220、测距装置确定该CDMA信号的初始码相位及载波频率。
[0061]例如，CDMA信号检测模块21检测CDMA导频信号，通过时域相关实现系统的粗同步，为弱能量的CDMA导航信号跟踪提供积分的初始码相位及载波频率。
[0062]230、测距装置根据该CDMA信号的初始码相位及载波频率得到该CDMA信号传输时延。
[0063]例如，CDMA信号检测模块21根据该CDMA信号的初始码相位及载波频率得到该CDMA信号传输时延。
[0064]240、测距装置根据该CDMA信号的初始码相位及载波频率跟踪该CDMA信号，得到该时、频同步信息，并解调导航电文。
[0065]例如，弱能量CDMA信号跟踪模块22对弱能量CDMA导航信号进行长时间积分与跟踪，获取更为精细的时、频同步信息，并解调导航电文。
[0066]较佳地，跟踪过程中，可对码片外的多径进行复现，提供至OFDM测距信号检测单元，以提升OFDM测距信号检测单元在多径环境下的测距能力 。
[0067]250、测距装置根据该导航电文确定该OFDM信号所处的时隙，根据该时、频同步信息对该OFDM信号所处的时隙进行时延测量，得到该OFDM信号传输时延。
[0068]例如，OFDM测距信号检测模块24根据导航电文，确定OFDM测距信号所处的时隙号机时隙号内对应的时间，基于CDMA导航信号获取的时、频同步信息，对指定时隙与频率位置上的OFDM测距信号进行精细时延测量。测量过程中，可通过CDMA导航信号跟踪单元获得的多径信息，进行多径干扰减轻。
[0069]可选地，测距装置解析该定位信号得到该OFDM信号时，可以根据该时、频同步信息解析获取OFDM业务信息。
[0070]例如，OFDM符号解调模块23基于CDMA导航信号获取的时、频同步信息，进行OFDM符号解调，获取OFDM业务信息。
[0071]进一步，本实施例中，OFDM测距信号检测模块24可以获得的精细时延测量信息反馈至弱信号CDMA导航信号跟踪模块，以提升CDMA导航信号测距精度。
[0072]260、测距装置根据该CDMA信号及该OFDM信号进行测距。
[0073]首先，利用定位信号(如TC-OFDM信号)中的CDMA导频进行首径及码片外多径捕获，并通过CDMA导频信号进行首径及码片外多径信号跟踪，复现首径及码片外多径信号，令复现的首径信号幅值Atl、时延T ^、载波频率CO ^及相位Stl，第p径信号幅值Ap、时延Tp。在室内定位中，可认为各径的载波频率相冋。
[0074]将(^及9 C1用于TC-OFDM接收信号的载波混频，将Ttl结合导航电文中给出的OFDM测距信号所处时隙位置及频率段，对OFDM测距信号开窗进行FFT (Fast FourierTransform,快速傅立叶变换),得到频域信号如式(1_1 )。
[0075]= A0Cii exp(-j2mr'0/T) + ^ Apdt Qxp\-j2m(-r0)/rl (1-1)
P=I
[0076]其中，Atl为首径信号幅值；屯表示OFDM测距信号第i个子载波所采用的码，(Ii优选为I或-1 ; j表示虚部；T为OFDM测距符合的时间长度；T ' ^为首径信号实际时延与T 0之差，Ap为第p径信号幅值;T p为第P径信号时延。
[0077]根据现有OFDM测距方法，对本地信号序列yk，k G (0，N_l)做N点FFT，得到各个子载波上的频域码序列I。则可通过式(1-2)至式(1-5)对T1进行计算。
[0078]Zi = YiX*(1-2)
【权利要求】
1.一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法，其特征在于，包括: 接收上游设备发送的定位信号，所述定位信号同时承载用于定位的码分多址CDMA信号及用于定位的正交频分多址OFDM信号，所述定位信号由所述上游设备将所述CDMA信号及所述OFDM信号进行耦合得到； 解析所述定位信号得到所述CDMA信号； 解析所述定位信号得到所述OFDM信号； 根据所述CDMA信号及所述OFDM信号进行测距。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述CDMA信号及所述OFDM信号进行测距包括: 利用所述CDMA信号进行首径及码片外多径捕获，并通过所述CDMA信号进行首径及码片外多径信号跟踪，复现首径及码片外多径信号； 根据多径信号复现结果，计算多径误差修正项； 根据所述多径误差修正项，对接收信号做FFT得到的频域码序列进行修正； 基于修正后的接收信号，进行伪距计算。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 根据多径信号复现结果，计算多径误差修正项包括:根据多径信号复现结果，应用下述公式，计算多径误差修正项，
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述解析所述定位信号得到所述CDMA信号包括: 确定所述CDMA信号的初始码相位及载波频率； 根据所述CDMA信号的初始码相位及载波频率得到所述CDMA信号传输时延。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述CDMA信号的初始码相位及载波频率得到所述CDMA信号传输时延之后，还包括: 根据所述CDMA信号的初始码相位及载波频率跟踪所述CDMA信号，得到所述时、频同步信息，并解调导航电文。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，解析所述定位信号得到所述OFDM信号包括: 根据所述导航电文确定所述OFDM信号所处的时隙； 根据所述时、频同步信息对所述OFDM信号所处的时隙进行时延测量，得到所述OFDM信号传输时延。
7.一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距装置，其特征在于，包括: 接收模块，用于接收上游设备发送的定位信号，所述定位信号同时承载用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号，所述定位信号由所述上游设备将所述CDMA信号及所述OFDM信号进行耦合得到； 第一解析模块，用于解析所述定位信号得到所述CDMA信号； 第二解析模块，用于解析所述定位信号得到所述OFDM信号； 测距模块，用于根据所述CDMA信号及所述OFDM信号进行测距。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述测距模块用于利用所述CDMA信号进行首径及码片外多径捕获，并通过所述CDMA信号进行首径及码片外多径信号跟踪，复现首径及码片外多径信号；根据多径信号复现结果，计算多径误差修正项；根据所述多径误差修正项，对接收信号做FFT得到的频域码序列进行修正；基于修正后的接收信号，进行伪距计算。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述测距模块应用下述公式，计算多径误差修正项，
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一解析模块具体用于确定所述CDMA信号的初始码相位及载波频率；根据所述CDMA信号的初始码相位及载波频率得到所述CDMA信号传输时延。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一解析模块还用于根据所述CDMA信号的初始码相位及载波频率跟踪所述CDMA信号，得到所述时、频同步信息，并解调导航电文。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二解析模块具体用于根据所述导航电文确定所述OFDM信号所处的时隙；根据所述时、频同步信息对所述OFDM信号所处的时隙进行时延测量，得到所述OFDM信号传输时延。
13.一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距系统，其特征在于，包括上游设备及测距装置，其中: 所述上游设备用于，将用于定位的CDMA信号及用于定位的OFDM信号进行耦合，生成同时承载所述CDMA信号及所述OFDM信号的定位信号；向所述测距装置传输所述定位信号； 所述测距装置为上述权利要求7-12中任一项所述的测距装置。
【文档编号】H04L27/26GK103648161SQ201310611421
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】邓中亮, 余彦培, 阮凤立, 安倩, 王克己, 方叶青, 李晓阳, 马文旭 申请人:北京邮电大学