一种去蜂窝大规模MIMO系统定位方法

文档序号:25539689发布日期:2021-06-18 20:35阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种去蜂窝大规模mimo系统定位方法,其特征在于包括如下步骤:

步骤1:离线阶段:提取参考点处的指纹信息;

步骤2:离线阶段:构建指纹数据库;

步骤3:定义指纹间的相似度准则;

步骤4:在线阶段:提取用户指纹信息;分别提取用户的信号到达角指纹θue与接收信号强度指纹pue;

步骤5:在线阶段:指纹匹配与位置估计。

2.根据权利要求1所述的去蜂窝大规模mimo系统定位方法,其特征在于上述,具体过程如下:

假设去蜂窝大规模mimo定位网络包含n个随机分布的接入点ap,每个ap均配置具有m根天线的均匀线性阵列;定位目标区域被均匀地划分成k个网格点,所有ap通过上行信道估计获得每个参考点rp处的信道状态信息csi;考虑窄带多径信道模型,第n个ap与第k个rp之间的时域信道为:

其中l表示散射路径数,为l条散射路径的小尺度衰落系数,βnk表示大尺度衰落系数;βnk采用三段传播模型,表示为:

其中dnk为第n个ap与第k个rp之间的水平距离,m表示距离单位米,δnk表示阴影噪声;

此外,表示第l散射路径的阵列响应:

其中d为天线间隔,λ为载波波长,为第l条散射路径的信号到达角。

3.根据权利要求2所述的去蜂窝大规模mimo系统定位方法,其特征在于上述步骤1所述的提取参考点处的指纹信息,具体过程如下:

第n个ap处接收到的来自第k个rp的上行信号为:

其中ρ表示上行发送功率,为导频序列共轭转置,且满足υn表示加性高斯白噪声矩阵;

根据上行接收信号,利用最小均方误差等信道估计方法获得上行估计信道,上行估计信道近似为公式(1)中给出的时域信道hnk;利用傅里叶变换,将时域信道hnk变换到角度域:

其中f表示傅里叶变换矩阵,[f]pq=e-j2πpq/m为傅里叶变换矩阵中第(p,q)个元素,角度域信道响应矩阵可以表示为

为抑制小尺度衰落带来的信道波动,对角度域信道响应矩阵进一步处理,得到角度域信道功率矩阵:

其中e表示矩阵的哈达玛积,表示角度域信道功率矩阵中第(p,q)个元素;与所有rp相关的角度域信道功率矩阵表示为θ=[θ1,θ2,l,θk];

根据上行接收信号,在第n个ap处计算获得来自第k个rp信号的信号强度:

由于噪声的影响甚微,所述公式(8)进一步表示为:

因此,与第k个rp相关的接收信号强度rss向量为pk=[p1k,p2k,l,pnk]t,rss矩阵表示为p=[p1,p2,l,pk]。

4.根据权利要求3所述的去蜂窝大规模mimo系统定位方法,其特征在于上述步骤2:离线阶段:构建指纹数据库,具体过程如下:

rp的指纹信息提取后,采用k均值聚类算法,对信号到达角指纹数据进行预处理,将其分成nk-m个不同的簇,第nk-m个簇中心的角度域信道功率矩阵为:

其中表示第nk-m个簇中的所有rp组成的集合,表示集合中与第i个rp相关的角度域信道功率矩阵,表示集合中rp的数目;分簇完成后,生成供在线阶段进行指纹匹配的指纹数据库。

5.根据权利要求4所述的去蜂窝大规模mimo系统定位方法,其特征在于上述步骤3:定义指纹间的相似度准则,具体过程如下:

结合信号到达角指纹数据,定义基于角度相似系数的相似度准则:

其中λn(θp,θq)表示对应于第n个ap的rpp和rpq间aoa指纹的角度相似系数,θp和θq分别表示与rpp和rpq相关的角度域信道功率矩阵,[θp]n和[θq]n分别表示矩阵θp和θq的第n列,则表示向量[θp]n的转置;

对于接收信号强度指纹,,用欧式距离来衡量指纹间的相似性;第p个和第q个rp间接收信号强度指纹的欧式距离为:

其中pp和pq分别表示与rpp和rpq相关的rss向量,pnp和pnq则分别表示rss向量pp和pq的第n个元素。

6.根据权利要求5所述的去蜂窝大规模mimo系统定位方法,其特征在于上述步骤5:在线阶段:指纹匹配与位置估计,具体过程如下:

步骤5.1:计算用户信号到达角指纹与nk-m个簇中心所对应的信号到达角指纹之间的相似系数其中nk-m∈{1,2,l,nk-m};将计算结果由大到小排序,选出相似系数最大的个簇;

步骤5.2:计算用户信号到达角指纹与步骤5.1中所选出的簇中的每个rp所对应的信号到达角指纹之间的相似系数其中表示第个簇中rp的数目;将计算结果由大到小排序,选出相似系数最大的nmax个rp;

步骤5.3:计算用户接收信号强度指纹与步骤5.2中所选出的每个rp对应的接收信号强度指纹之间的欧氏距离;

步骤5.4:利用加权k近邻算法,估计用户的位置;

其中(xi,yi)表示第i个rp的坐标,μi为相对于第i个rp的权重系数,且该系数满足权重系数μi为:

其中θi和pi分别表示与rpi相关的角度域信道功率矩阵和rss向量。


技术总结
一种去蜂窝大规模MIMO系统定位方法,涉及5G移动通信中定位方法的技术领域。包括如下步骤:离线阶段:提取参考点处的指纹信息、构建指纹数据库;定义指纹间的相似度准则;在线阶段:提取用户指纹信息、指纹匹配与位置估计。在多径信道传输条件下,本发明依然能够提供较为精确的定位精度;本发明联合考虑信号到达角和接收信号强度指纹,有效的将二者融合起来,可以充分发挥二者的优点,进一步提升用户定位精度。

技术研发人员:许魁;廖程建;谢威;夏晓晨;陈丽花
受保护的技术使用者:中国人民解放军陆军工程大学
技术研发日:2021.03.07
技术公布日:2021.06.18
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