本發(fā)明涉及移動(dòng)通信，具體地說(shuō)是一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、6g網(wǎng)絡(luò)擁有完整的通信系統(tǒng)，包括多個(gè)接入點(diǎn)(ap)，每個(gè)接入點(diǎn)都配備了能夠傳輸和接收信號(hào)的大規(guī)模陣列。通過(guò)利用現(xiàn)有的通信硬件，可以實(shí)現(xiàn)定位等傳感功能，而無(wú)需額外的專用傳感器。這種硬件復(fù)用方法不僅降低了系統(tǒng)成本，還簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)和維護(hù)的復(fù)雜性。

2、波束訓(xùn)練結(jié)果包含用戶的位置信息，可用于精確的波束形成。因此，可以應(yīng)用波束訓(xùn)練來(lái)支持用戶定位，并構(gòu)建用于波束成形的信道矩陣，以同時(shí)支持通信服務(wù)和傳感能力。雖然這種方法可以在傳輸過(guò)程中提供定位信息，但單個(gè)ap可能會(huì)受到信號(hào)覆蓋不完整的影響，從而導(dǎo)致定位誤差較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)以上不足之處，提供一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)，通過(guò)多ap協(xié)作定位，以形成分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)服務(wù)區(qū)域的完全覆蓋，從而提高定位精度。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法，每個(gè)接入點(diǎn)通過(guò)快速波束訓(xùn)練獲取用戶的角度信息，通過(guò)最小化從用戶到所有接入點(diǎn)的距離誤差的加權(quán)和，計(jì)算出用戶的精確位置。

4、本方法通過(guò)獲取用戶相對(duì)于ap的角度信息，通過(guò)聯(lián)合定位方案實(shí)現(xiàn)用戶的精確定位，基于波束訓(xùn)練的定位方案可以顯著降低定位開(kāi)銷，少量的ap即可實(shí)現(xiàn)高定位精度。

5、進(jìn)一步的，室內(nèi)分布式ap通信場(chǎng)景下，分層波束訓(xùn)練方法如下：

6、對(duì)于一個(gè)室內(nèi)場(chǎng)景，設(shè)其中配備n個(gè)天線的m個(gè)ap(接入點(diǎn))隨機(jī)分布，ap通過(guò)光纖連接到cpu(中央處理單元)，以進(jìn)行信息交換，形成星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

7、在多ap的協(xié)作定位中，每個(gè)ap單獨(dú)對(duì)用戶進(jìn)行波束訓(xùn)練，以獲取用戶相對(duì)于每個(gè)ap的位置信息；

8、最初，用戶向所有ap廣播請(qǐng)求，在收到請(qǐng)求后，ap通知cpu提供定位服務(wù)；隨后，cpu順序地指示每個(gè)ap使用遠(yuǎn)近場(chǎng)分層碼本進(jìn)行波束訓(xùn)練。

9、進(jìn)一步的，所述遠(yuǎn)近場(chǎng)分層碼本，第一層包括兩個(gè)碼字，每個(gè)碼字覆蓋角域的一半；從第二層開(kāi)始，碼字的數(shù)量為上一層的兩倍；每一層中的碼字在下一層中被分成兩個(gè)碼字，每個(gè)碼字覆蓋了原覆蓋范圍的一半；

10、每一層的波束訓(xùn)練只需要兩個(gè)碼字，用戶反饋碼字的索引；在后續(xù)層的波束訓(xùn)練期間，使用從前一層中選定碼字導(dǎo)出的兩個(gè)碼字。

11、所述遠(yuǎn)近場(chǎng)分層碼本可以同時(shí)覆蓋近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)用戶。

12、進(jìn)一步的，所述分層波束訓(xùn)練，

13、當(dāng)?shù)趍個(gè)ap執(zhí)行波束訓(xùn)練時(shí)，它首先使用來(lái)自第一層的兩個(gè)碼字來(lái)發(fā)送信號(hào)；在接收到信號(hào)后，用戶比較與兩個(gè)碼字對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)功率，并將產(chǎn)生更高信號(hào)功率的碼字的索引1/2發(fā)送回cpu；基于來(lái)自用戶的反饋索引，cpu計(jì)算第二層的相應(yīng)碼字索引，并指示ap在后續(xù)層中使用這兩個(gè)碼字進(jìn)行波束訓(xùn)練；后續(xù)的波束訓(xùn)練層也是基于前一層的反饋進(jìn)行的；

14、一旦第m個(gè)接入點(diǎn)完成波束訓(xùn)練，基于用戶在最后一層中選擇的碼字ms,k*，cpu計(jì)算用戶相對(duì)于第m個(gè)ap的角度am，表示為：

15、

16、其中k*是底層中的選定碼字索引。

17、進(jìn)一步的，所述分層波束訓(xùn)練，

18、除了碼字索引之外，在底層的波束訓(xùn)練之后，用戶還將與最佳碼字對(duì)應(yīng)的接收功率pm發(fā)送給cpu；隨后，cpu通知第(m+1)個(gè)ap開(kāi)始其波束訓(xùn)練；一旦所有ap都完成了波束訓(xùn)練，cpu就會(huì)獲得用戶相對(duì)于每個(gè)ap的角度信息[a1,…,am]，以及與最佳碼字對(duì)應(yīng)的接收功率[p1,…,pm]。

19、進(jìn)一步的，聯(lián)合遠(yuǎn)近場(chǎng)定位算法如下：

20、給定所有ap的位置，表示為[(x1,y1),…,(xm,ym)]，以及用戶相對(duì)于每個(gè)ap的角度信息[a1,…,am]，對(duì)于第m個(gè)ap，用戶的位置估計(jì)位于直線lm:y-ym＝km(x-xm)上，其中km是由角度am確定的斜率；

21、與最優(yōu)碼字相關(guān)聯(lián)的接收功率越高，用戶和該ap之間的鏈路增益就越高，估計(jì)的角度信息就越準(zhǔn)確，因此，將與每個(gè)ap的最佳碼字對(duì)應(yīng)的接收功率視為加權(quán)系數(shù)，用戶的估計(jì)位置應(yīng)該是使到與所有ap對(duì)應(yīng)的線路的加權(quán)距離之和最小化的點(diǎn)，可以表示為：

22、

23、其中αm表示歸一化加權(quán)系數(shù)，定義為pm/max(p1,…,pm)；表示點(diǎn)和線lm之間的距離；

24、用戶的估計(jì)位置可以通過(guò)找到該函數(shù)的最小點(diǎn)來(lái)獲得。

25、進(jìn)一步的，所述最小點(diǎn)滿足：

26、fx(x,y)＝0,fy(x,y)＝0,fxx(x,y)>0,

27、fxx(x0,y0)fyy(x0,y0)-[fxy(x0,y0)]2>0,

28、其中函數(shù)fx(x,y)和fxx(x,y)分別是函數(shù)f(x,y)的一階和二階導(dǎo)數(shù)。

29、本發(fā)明還要求保護(hù)一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位系統(tǒng)，包括隨機(jī)分布的多個(gè)天線的多個(gè)接入點(diǎn)，多個(gè)接入點(diǎn)均連接到中央處理單元進(jìn)行信息交換；

30、每個(gè)接入點(diǎn)通過(guò)快速波束訓(xùn)練獲取用戶的角度信息，通過(guò)最小化從用戶到所有接入點(diǎn)的距離誤差的加權(quán)和，計(jì)算出用戶的精確位置；

31、該系統(tǒng)具體通過(guò)上述的基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法實(shí)現(xiàn)用戶的精確定位。

32、本發(fā)明還要求保護(hù)一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位裝置，包括：至少一個(gè)存儲(chǔ)器和至少一個(gè)處理器；

33、所述至少一個(gè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)機(jī)器可讀程序；

34、所述至少一個(gè)處理器，用于調(diào)用所述機(jī)器可讀程序，實(shí)現(xiàn)上述的方法。

35、本發(fā)明還要求保護(hù)一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令在被處理器執(zhí)行時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)上述的方法。

36、本發(fā)明的一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

37、通過(guò)本發(fā)明所述的基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法，可以最小化定位誤差。分層碼本可以同時(shí)覆蓋近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)用戶；基于波束訓(xùn)練的定位方案可以顯著降低定位開(kāi)銷。通過(guò)獲取用戶相對(duì)于ap的角度信息，可以通過(guò)聯(lián)合定位方案實(shí)現(xiàn)精確定位。所提出的多ap聯(lián)合定位方案不依賴于大量的ap，少量的ap即可實(shí)現(xiàn)高定位精度。

技術(shù)特征：

1.一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法，其特征在于，每個(gè)接入點(diǎn)通過(guò)快速波束訓(xùn)練獲取用戶的角度信息，通過(guò)最小化從用戶到所有接入點(diǎn)的距離誤差的加權(quán)和，計(jì)算出用戶的精確位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法，其特征在于，室內(nèi)分布式ap通信場(chǎng)景下，分層波束訓(xùn)練方法如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)近場(chǎng)分層碼本，第一層包括兩個(gè)碼字，每個(gè)碼字覆蓋角域的一半；從第二層開(kāi)始，碼字的數(shù)量為上一層的兩倍；每一層中的碼字在下一層中被分成兩個(gè)碼字，每個(gè)碼字覆蓋了原覆蓋范圍的一半；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法，其特征在于，所述分層波束訓(xùn)練，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法，其特征在于，所述分層波束訓(xùn)練，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法，其特征在于，聯(lián)合遠(yuǎn)近場(chǎng)定位算法如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法，其特征在于，所述最小點(diǎn)滿足：

8.一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位系統(tǒng)，其特征在于，包括隨機(jī)分布的多個(gè)天線的多個(gè)接入點(diǎn)，多個(gè)接入點(diǎn)均連接到中央處理單元進(jìn)行信息交換；

9.一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位裝置，其特征在于，包括：至少一個(gè)存儲(chǔ)器和至少一個(gè)處理器；

10.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令在被處理器執(zhí)行時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多接入點(diǎn)波束訓(xùn)練的聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)，屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，每個(gè)接入點(diǎn)通過(guò)快速波束訓(xùn)練獲取用戶的角度信息，通過(guò)最小化從用戶到所有接入點(diǎn)的距離誤差的加權(quán)和，計(jì)算出用戶的精確位置。本發(fā)明通過(guò)多AP協(xié)作定位，以形成分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)服務(wù)區(qū)域的完全覆蓋，從而提高定位精度，基于波束訓(xùn)練的定位方案可以顯著降低定位開(kāi)銷，多AP聯(lián)合定位方案不依賴于大量的AP，少量的AP即可實(shí)現(xiàn)高定位精度。

技術(shù)研發(fā)人員：尹夢(mèng)君,林巍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浪潮通信技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9