基于Alamouti編碼的移動(dòng)臺(tái)定位的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于Alamouti編碼的移動(dòng)臺(tái)定位的設(shè)計(jì)方法，屬于無(wú)線(xiàn)通信技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，基于移動(dòng)臺(tái)位置的服務(wù)（LBS)越來(lái)越多，無(wú)線(xiàn)定 位的精度決定了LBS的質(zhì)量。對(duì)于TDOA和TOA定位方法，無(wú)線(xiàn)定位精度主要受時(shí)延估計(jì)精 度影響，因而目前對(duì)于無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的研究多集中在提高時(shí)延估計(jì)精度上。目前，有基于提 高采樣速度的粗時(shí)延估計(jì)，基于提高采樣精度的精時(shí)延估計(jì)和基于信噪比門(mén)限獲取首達(dá)徑 等方式的定位方法。
[0003] 由于LTE系統(tǒng)下行鏈路信號(hào)多徑衰落嚴(yán)重，傳統(tǒng)的發(fā)送定位參考消息采用一發(fā)一 收（SISO)模式，一個(gè)信號(hào)碼元在信道中傳輸可靠性完全取決于信道本身，由信道衰落帶來(lái) 的誤碼率不能得到補(bǔ)償和修正。而采用本Alamouti空時(shí)編碼"雙發(fā)單收"方案，利用發(fā)射 端分集，得到攜帶同一信息的兩路發(fā)射信號(hào)，由于兩路發(fā)射信號(hào)在信道衰落過(guò)程中彼此統(tǒng) 計(jì)獨(dú)立，誤碼率得到了相互補(bǔ)償，從而降低了接收端接收信號(hào)的誤碼率，提升了信號(hào)的互 相關(guān)特性，在低信噪比情況下優(yōu)化無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種基于Alamouti編碼的移動(dòng)臺(tái)定位的設(shè)計(jì)方法，該方法利用發(fā) 射端分集，得到多個(gè)攜帶同一信息的信號(hào)，由于多個(gè)發(fā)射信號(hào)在信道衰落過(guò)程中彼此統(tǒng)計(jì) 獨(dú)立，降低了接收端接收信號(hào)的誤碼率，提升了信號(hào)的互相關(guān)特性，在低信噪比情況下優(yōu)化 了無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)性能。
[0005] 方法流程：
[0006] 步驟1 :發(fā)送端產(chǎn)生OFDM定位參考序列
[0007] 步驟2:發(fā)送端對(duì)生成序列進(jìn)行"雙發(fā)單收"Alamouti空時(shí)編碼后以雙天線(xiàn)發(fā)送
[0008] 步驟3 :接收端以單天線(xiàn)接收并對(duì)接收到的兩路信號(hào)進(jìn)行整合
[0009] 步驟4 :接收端對(duì)整合后的消息進(jìn)行最大似然譯碼得到帶時(shí)延的定位參考消息
[0010] 步驟5 :接收端互相關(guān)運(yùn)算提取時(shí)延參數(shù)
[0011] 步驟6 :接收端利用Chan算法完成定位
[0012] 有益效果：
[0013] 1、本發(fā)明降低了接收端接收信號(hào)的誤碼率，提升了信號(hào)的互相關(guān)特性，在低信噪 比情況下優(yōu)化了無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)性能。
[0014] 2、本發(fā)明適用于尺寸較小、能耗要求高的手機(jī)終端設(shè)備。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為傳統(tǒng)的TOATDOA定位示意圖。
[0016] 圖2為T(mén)DOA定位示意圖。
[0017] 圖3為基于Alamouti編碼定位示意圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明的方法流程圖。
[0019] 圖5為基于Alamouti編碼定位示意圖。 圖6為本發(fā)明定位參考信號(hào)互相關(guān)的示意圖。 圖7為本發(fā)明Chan算法移動(dòng)臺(tái)定位的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 1.傳統(tǒng)的TOATDOA定位方法
[0021] (I)TOA定位技術(shù)
[0022] TOA定位技術(shù)也稱(chēng)為圓周定位技術(shù)，如圖1，若已經(jīng)知道待定位物體與第i個(gè)基站 之間的距離Ri，那么待定位物體肯定在以該基站為圓心，測(cè)量距離Ri為半徑的定位圓上。 當(dāng)基站個(gè)數(shù)為M(M> = 3)時(shí)，M個(gè)定位圓必然相交于一點(diǎn)，該交點(diǎn)即為待定位物體的位置。
[0023] 假設(shè)第i個(gè)基站的位置坐標(biāo)為（Xl，yi)，待定位物體的位置坐標(biāo)為（x，y)，那么待定 位物體到該基站的距離滿(mǎn)足如下關(guān)系：
[0025] 在實(shí)際無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)中，基站到待定位物體的距離可以通過(guò)測(cè)量它們之間的傳播 時(shí)間來(lái)得到：
[0026] Ri=Ot;
[0027] 其中C= 3*10sm/s，為無(wú)線(xiàn)電波的傳播速度。
[0028] 聯(lián)立上述兩式可得：
[0030] 如果已知待定位物體到周?chē)鶰(M> = 3)個(gè)基站的距離，則可以聯(lián)立各個(gè)方程，求出 待定位物體的位置。當(dāng)定位基站個(gè)數(shù)少于三個(gè)時(shí)，TOA技術(shù)無(wú)法定位出待定位物體的位置， 該技術(shù)需要嚴(yán)格的時(shí)間同步。
[0031] (2)TDOA定位技術(shù)
[0032] TDOA定位技術(shù)也被稱(chēng)為雙曲線(xiàn)定位技術(shù)，定位技術(shù)如圖2所示。與TOA定位技術(shù) 相同，TDOA也是利用信號(hào)的傳播時(shí)間進(jìn)行定位。如果已經(jīng)知道待定位物體到周?chē)鷥蓚€(gè)基站 的傳播距離差，則待定位物體肯定在以?xún)蓚€(gè)基站為焦點(diǎn)，以到兩焦點(diǎn)距離差值為傳播距離 差的雙曲線(xiàn)上。
[0033] 基站BSi和服務(wù)基站BSl到待定位物體的傳播距離差Rlil滿(mǎn)足如下的關(guān)系式：
[0035] 如果已經(jīng)知道待定位物體到周?chē)齻€(gè)基站的距離差，聯(lián)立兩個(gè)方程，求出方程的 解，再利用先驗(yàn)規(guī)律去除一個(gè)無(wú)效的解，剩下的即為待定位物體的位置坐標(biāo)。
[0036] 2?基于Alamouti編碼的新定位方法
[0037] 該方法在發(fā)射端將經(jīng)過(guò)OFDM調(diào)制的定位參考消息，每?jī)蓚€(gè)為一組，以空時(shí)編碼矩 陣為依據(jù)，進(jìn)行空時(shí)編碼，得到兩組攜帶同一信息并統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)，并分別從發(fā)射端 的兩條發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送出去。在信號(hào)發(fā)送過(guò)程中，由于之前在發(fā)射端的發(fā)射天線(xiàn)之間的距離 使得兩路信號(hào)能夠進(jìn)行獨(dú)立衰落。
[0038] 在接收端做合并工作：將接收到的兩路統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信號(hào)進(jìn)行整合，最終得到一個(gè) 比傳統(tǒng)單發(fā)單收精度更高的接收信息。從這樣的接收消息里提取時(shí)延參數(shù)來(lái)計(jì)算移動(dòng)臺(tái)位 置，精度將會(huì)更高，亦或者能在信噪比環(huán)境不是很好的情況下，能獲得良好的定位效果。
[0039] (1)實(shí)現(xiàn)過(guò)程：1?發(fā)送端產(chǎn)生OFDM定位參考序列
[0040] 2.發(fā)送端對(duì)生成序列進(jìn)行"雙發(fā)單收"Alamouti空時(shí)編碼后以雙天線(xiàn)發(fā)送
[0041] 3.接收端以單天線(xiàn)接收并對(duì)接收到的兩路信號(hào)進(jìn)行整合
[0042] 4.接收端對(duì)整合后的消息進(jìn)行最大似然譯碼得到帶時(shí)延的定位參考消息
[0043] 5?接收端互相關(guān)運(yùn)算提取時(shí)延參數(shù)
[0044] 6?接收端利用Chan算法完成定位
[0045] (2)具體的算法流程如下：
[0046] 1.將定位參考消息比特流送入OFDM調(diào)制器
[0047] 調(diào)制器輸出符號(hào)序列[sl，s2,s3, ?...]
[0048] 2.以每?jī)蓚€(gè)連續(xù)的符號(hào)為一組，設(shè)為[sl，s2]，送入空時(shí)編碼器。
息的兩路發(fā)送信號(hào)，從兩個(gè)發(fā)射天線(xiàn)分為兩個(gè)時(shí)隙發(fā)送。
[0050] 4.假設(shè)信道增益在連續(xù)的兩個(gè)信號(hào)傳輸周期內(nèi)不變，那么接收信號(hào)在連續(xù)的兩個(gè)
[0051]其中：
[0052]Ii1Ii2為各自的信道增益，可以通過(guò)信道估計(jì)求出
[0053]W1W2為接收天線(xiàn)噪聲，通常是均值為零的高斯白噪聲
[0054]5.合并接收端收到的同一信號(hào)的兩個(gè)時(shí)隙的接收副本
[0056] 6.對(duì)合并后的接收端消息進(jìn)行最大似然譯碼，得到準(zhǔn)確的帶時(shí)延的定位參考消息
[0057] 7.將同一參考信號(hào)的兩組接受端定位參考消息進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得到時(shí)延參數(shù)，
[0058] 從而確定兩個(gè)MS到基站之間的距離差與未編碼方案相比，兩發(fā)一收的Alamouti 方案未產(chǎn)生編碼增益，但I(xiàn)Ii112+1h2 |2保證了空間分集增益為2,在相同的誤碼率下降低了對(duì) 信噪比的要求，適用于低信噪比的情況。
[0059] (3)時(shí)延參量的提取：
[0060]TDOA(到達(dá)時(shí)間差）定位模型又稱(chēng)雙曲線(xiàn)定位模型，若兩基站到達(dá)移動(dòng)臺(tái)時(shí)延值 為T(mén)，則移動(dòng)臺(tái)位于到兩基站距離差為c*T的雙曲線(xiàn)軌跡上。兩組或以上的雙曲線(xiàn)組的交 點(diǎn)即為移