Toa/aoa混合定位方法在lte系統(tǒng)中的應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TOA/AOA混合定位方法在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用。針對三個以上基站參與定位時由于移動終端距離基站遠近而受到遠近效應(yīng)的影響，提出了一種在LTE系統(tǒng)中基于單個服務(wù)基站，并由服務(wù)小區(qū)中已知位置信息的移動終端協(xié)同定位的TOA/AOA混合定位算法。該算法首先采用多項式擬合方法消除TOA測量值中的NLOS誤差，充分考慮移動終端位置的隨機性對定位的影響，并提出利用AOA角度差值作為位置估計判決條件的方法。該混合定位算法方法能有效地克服遠近效應(yīng)、降低NLOS誤差，并且對AOA測量誤差的敏感度下降。
【專利說明】
TOA/AOA混合定位方法在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于無線定位技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種T0A/A0A混合定位方法在LTE系統(tǒng)中 的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在長期演進化TE)網(wǎng)絡(luò)中，基于移動終端精確位置信息的服務(wù)獲得了廣泛的應(yīng)用， 如信息采集與檢測、兒童及老人的跟蹤等。此外，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)發(fā)布了在E-911 緊急呼叫情況下對定位精度的需求。混合定位是將一種或幾種方法結(jié)合起來，W得到較好 的估計結(jié)果的定位方法。在蜂窩網(wǎng)無線定位應(yīng)用中，由于遠近效應(yīng)的影響UE在距離服務(wù)基 站節(jié)點化ome-eNodeB)較近的位置和在靠近小區(qū)邊緣的位置接收到各基站的信號會相互干 擾，在運兩種情況下，UE的位置估計定位誤差變大。
[0003] 公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng) 當(dāng)被視為承認或W任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種T0A/A0A混合定位方法在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用，從而克服 上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了
[0006] T0A/A0A混合定位方法在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用，其步驟為：
[0007] (1 )、在定位模型中選擇樣本點；
[000引（2)、在樣本點處接收信號并測量到達時間T0A;
[0009] (3)、重構(gòu)近似LOS的TOA測量值：
[0010] (4)、轉(zhuǎn)換得到距離值；
[0011] (5)、判斷兩圓是否相交；
[0012] (6)、若不相交，則利用隨機處理技術(shù)計算模糊交點，轉(zhuǎn)步驟(13);
[OOU] (7)、若相交，則計算兩圓交點坐標；
[0014] (8)、測量到達角度AOA;
[0015] (9)、分別計算兩端的角度差值；
[0016] (10)、判斷差值是否同符號；
[0017] (11)、若不是同符號，則返回步驟(1)重新選取樣本點；
[0018] (12)、若同符號，則W接近的交點坐標為估計坐標；
[0019] (13)、多次測量取坐標的平均值，獲得位置坐標。
[0020] 優(yōu)選地，技術(shù)方案中，步驟（1)中定位模型為基于Home-eNodeB和Located-UE的定 位模型，包括^化111日-日齡(1日8為圓屯、，WHome-eNodeB與待定位UE之間的測量到達時間的相 對距離測量值為半徑的圓；WLocated-UE為圓屯、，W到達時間的相對距離測量值為半徑的 圓。
[0021] 優(yōu)選地，技術(shù)方案中，步驟(3)中通過從化me-eNodeB測量得到的一段時間內(nèi)所對 應(yīng)的TOA測量值來重構(gòu)化OS誤差，在伴有化OS誤差和系統(tǒng)測量誤差的TOA測量之中重構(gòu)出近 似LOS的TOA測量值。
[0022] 優(yōu)選地，技術(shù)方案中，步驟(6)中不相交分為兩種信細：巧離巧內(nèi)含:巧A、C、E分別 為連接線與圓的交點，取B為AC的中點，D為CE的中點，則；

[0023] 當(dāng)相離時，交點坐標為
[0024] 當(dāng)內(nèi)含時，交點坐標為
[0025] 其中（XA，yA)，（XB，yB)為定位模型中的A，B兩個交點的坐標，（XeNB，yeNB)，（XLue，yLue) 分別為Home-eNodeB 和 Located-UE 的坐標。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0027] 采用多項式擬合方法消除TOA測量值中的化OS誤差，充分考慮移動終端位置的隨 機性對定位的影響，并提出利用AOA角度差值作為位置估計判決條件的方法。該混合定位算 法方法能有效地克服遠近效應(yīng)、降低化OS誤差，并且對AOA測量誤差的敏感度下降，對于協(xié) 同定位的Located-肥的位置要求不高，算法簡單易實現(xiàn)，并能保證較高的定位精度。
【附圖說明】：
[00%]圖1為本發(fā)明基于已知移動終端定位原理圖；
[00巧]圖2為本發(fā)明Located-UE位置隨機處理原理圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明不同TOA誤差標準差下平均定位誤差圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明不同TOA誤差標準差下定位誤差累積分布函數(shù)圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明不同AOA誤差標準差下平均定位誤差圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明不同AOA誤差標準差下定位誤差累積分布函數(shù)圖；
[0034] 圖7為本發(fā)明不同距離下平均定位誤差圖；
[0035] 圖8為本發(fā)明不同距離下定位誤差累積分布函數(shù)圖。
【具體實施方式】：
[0036] 下面對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護范圍并不 受【具體實施方式】的限制。
[0037] 除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語"包括"或其變 換如"包含"或"包括有"等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元 件或其它組成部分。
[0038] T0A/A0A混合定位方法在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用，其步驟為：
[0039] (1)、在定位模型中選擇樣本點；
[0040] (2)、在樣本點處接收信號并測量到達時間T0A;
[0041 ] (3)、重構(gòu)近似LOS的TOA測量值：
[0042] (4)、轉(zhuǎn)換得到距離值；
[0043] (5)、判斷兩圓是否相交；
[0044] (6)、若不相交，則利用隨機處理技術(shù)計算模糊交點，轉(zhuǎn)步驟(13);
[0045] (7)、若相交，則計算兩圓交點坐標；
[0046] (8)、測量到達角度AOA;
[0047] (9)、分別計算兩端的角度差值；
[004引（10)、判斷差值是否同符號；
[0049] (11)、若不是同符號，則返回步驟(1)重新選取樣本點；
[0050] (12)、若同符號，則W接近的交點坐標為估計坐標；
[0051] (13)、多次測量取坐標的平均值，獲得位置坐標。
[0052] 本發(fā)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為圓屯、，W化me-eNodeB與待定位肥之間的測量到達時間的相對距離測量值為 半徑的圓和WLocated-UE為圓屯、，W到達時間的相對距離測量值為半徑的圓相交于兩點。 根據(jù)到達角度(AOA)進行判別選擇，最終得到待測UE的估計位置坐標。
[0053] 如圖1所示，圖中a表示待定位UE接收到的化me-eNodeB發(fā)射信號的角度AOA，將 Home-eNodeB指向Located-肥方向的直線設(shè)為角度參考線。日日，日1表示分別^Located-肥和 Home-eNodeB為圓屯、的兩個圓的兩個交點與參考線之間的夾角。同理畫出UE接收到的 Located-UE發(fā)射信號的各個夾角。
[0054] 本發(fā)明中非視距環(huán)境采用T1P1(C0ST259)NL0S信道模型中的市區(qū)（Urban)模型模 擬NLOS信道環(huán)境。到達時間tl與dTOAi的關(guān)系表達式和到達時間t2與dT〇A2的關(guān)系表達式如下
[0055] (I)
[0056] 御
[0化7] 其中，dTOAi和dT〇A2為實際距離，del和山2為系統(tǒng)測量誤差，服從均值為0標準差為Otoa 的局斯分布。Trmsl和Trms2為均方根時延擴展！
Tl和Ts是在d = Ikm處時延擴展的中值，e取值在0.5到1之間，y是一個標準差為Oy的對數(shù)正態(tài)分布隨機變 量。
[005引假設(shè)Located-UE的真實位置坐標為（ax,ay)，則通過GPS定位技術(shù)得到的Located- 肥的位置坐標為(冬.，今,）。
[0059]
巧）
[0060] nx，ny為GPS定位誤差，服從標準差為OGPS的高斯分布。
[0061] 化OS誤差軌跡是高出到達時間TOA測量值的一個正偏值，其中包含了標準的系統(tǒng) 測量誤差。通過從化me-eNodeB測量得到的一段時間內(nèi)所對應(yīng)的TOA測量值來重構(gòu)化OS誤 差，可W在伴有NLOS誤差和系統(tǒng)測量誤差的TOA測量之中重構(gòu)出近似LOS的TOA測量值。
[0062]
(4)
[0063] 通過采樣多項式擬合后的距離曲線表達式
[0064]
(5)
[0065] 假定在IOs的定位估計期間，待定位UE的位置坐標變化很小，到達時間的化OS誤差 的均值幾乎不發(fā)生變化。經(jīng)過20帖的多項式擬合過程，將測得的TOA測量值乘W電波傳播速 度c(3X108m/s)得到的距離測量值進行擬合，多次擬合W達到較好的化OS干擾消除的效 果。在本文中設(shè)置擬合次數(shù)為20次。
[0066] 將IOs內(nèi)所有的采樣時刻的近似LOS距離測量值取平均，使干擾消除效果進一步優(yōu) 化。在發(fā)明中假設(shè)采樣間隔為0.05s。采樣次數(shù)根據(jù)采樣時間段來決定，此處為10s。
[0067] 最后得到的近似LOS的測量距離為
[0068]
(6)
[0069] 如圖2所示，兩圓為外離和內(nèi)含的情況，其中A、C、E分別為連接線與圓的交點，取B 為AC的中點，D為CE的中點。
[0070] 根據(jù)圖2中的比例可知
[0071]
巧
[0072] 即可W得到定位模型中兩圓相離的交點坐標為
[007引 巧)
[0074]
[0075] (9)
[0076] 其中（XA，yA)，（XB，yB)為定位模型中的A，B兩個交點的坐標，（XeNB，yeNB)，（XLue，yLue) 分別為Home-eNodeB和Located-肥的坐標。
[0077] 本文所采用的移動終端定位原理圖1中，a測量誤差服從均值為0,方差為OAOA的高 斯隨機分布。日日，日1滿足關(guān)系式:〇《日日《231，0《日1《231。對比日日與〇的差值及日1與〇的差值的絕 對值，即：
[007引 (10)
[0079] 本發(fā)明提出的算法采用了一個范圍區(qū)間作為判決條件來選取合適的交點作為位 置估計，大大減小了 AOA測量值的精確度對定位性能的影響。
[0080] 通過MATLAB進行仿真，將改進混合定位算法與其他定位算法進行對比評估。 Located-UE位置坐標固定為(800，0)，UE的真實坐標為(450,779)。將AOA誤差標準差OAOA設(shè) 置為1.化ad，GPS定位誤差標準差Ogps設(shè)置為5m，在TOA誤差標準差Otqa分別為0.1化，0.化S， 0.3化，0.4化，0.5化下進行仿真對比。
[0081] 如圖3所示，可W看出本文提出的算法與之前的算法相比，平均定位誤差明顯降 低，并且平均定位誤差隨著TOA系統(tǒng)測量誤差的增加而增加。
[0082] 如圖3所示，可W看出平均定位誤差在TOA系統(tǒng)測量誤差標準差小于0.5時，控制在 IOOmW內(nèi)，說明本文提出的混合定位算法有著較高的定位精度。
[0083] 另將TOA誤差標準差固定為0.1，分析在AOA誤差標準差分別為0.02rad、0.04rad、 0.06rad、0.08rad、0.1 Orad，和0.12rad時AOA誤差標準差對定位的影響進行仿真對比
[0084] 如圖5所示，可W看出本文提出的算法對AOA測量誤差的敏感度降低，隨著AOA誤差 標準差的變化平均定位誤差曲線表現(xiàn)得很平穩(wěn)。
[0085] 如圖6所示，可看出在AOA誤差標準差設(shè)置在0.12radW內(nèi)時，平均定位誤差可W控 制在IOOmW內(nèi)。
[00化]TOA誤差標準差設(shè)置為0.1，在AOA誤差標準差為0.1 Orad時，Located-肥位置坐標 在服務(wù)小區(qū)范圍內(nèi)隨機產(chǎn)生，并在此仿真中加入了對于兩圓外離和內(nèi)含兩種情況的處理機 制
[0087] 如圖7所示，可W看出本文的提出的定位算法對于Located-UE的位置沒有嚴格的 要求，能夠克服Located-肥與化me-eNodeB和肥的相對位置關(guān)系的制約，有效的克服遠近效 應(yīng)。
[0088] 如圖8所示，可W看出本文提出的定位算法可W保證精確的定位性能，同時確保了 運種定位技術(shù)的可行性。
[0089] 前述對本發(fā)明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。運些描述 并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可W進行很多改變 和變化。對示例性實施例進行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應(yīng) 用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實施方案W及 各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
【主權(quán)項】
1. TOA/AOA混合定位方法在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用，其特征在于:其步驟為： (1) 、在定位模型中選擇樣本點； (2) 、在樣本點處接收信號并測量到達時間T0A; (3) 、重構(gòu)近似L0S的T0A測量值： (4) 、轉(zhuǎn)換得到距離值； 巧）、判斷兩圓是否相交； (6) 、若不相交，則利用隨機處理技術(shù)計算模糊交點，轉(zhuǎn)步驟(13); (7) 、若相交，則計算兩圓交點坐標； (8) 、測量到達角度A0A; (9) 、分別計算兩端的角度差值； (10) 、判斷差值是否同符號； (11) 、若不是同符號，則返回步驟（1)重新選取樣本點； (12) 、若同符號，則W接近的交點坐標為估計坐標； (13 )、多次測量取坐標的平均值，獲得位置坐標。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T0A/A0A混合定位方法在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用，其特征在于:步驟 (1)中定位模型為基于Home-eNodeB和Located-肥的定位模型，包括WHome-eNodeB為圓屯、， W Η 0 m e - e N 0 d e B與待定位U E之間的測量到達時間的相對距離測量值為半徑的圓；W Located-UE為圓屯、，W到達時間的相對距離測量值為半徑的圓。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T0A/A0A混合定位方法在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用，其特征在于:步驟 (3)中通過從化me-eNodeB測量得到的一段時間內(nèi)所對應(yīng)的T0A測量值來重構(gòu)化0S誤差，在 伴有NL0S誤差和系統(tǒng)測量誤差的T0A測量之中重構(gòu)出近似L0S的T0A測量值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的T0A/A0A混合定位方法在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用，其特征在于:步驟 (6)中不相交分為兩種情況:相離和內(nèi)含;設(shè)A、C、E分別為連接線與圓的交點，取B為AC的中 點，D為CE的中點，則：(XB，yB)為定位模型中的Λ，B兩個交點的坐標，（XeNB，yeNB)，（ XLue，yLue)分別為Home-eNodeB和 Located-UE 的坐標。
【文檔編號】H04W64/00GK105979579SQ201610341707
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】趙軍輝, 姜婷婷, 王傳云
【申請人】華東交通大學(xué)