[发明专利]基于信道状态信息的毫米波移动用户定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信、无线定位技术领域。

背景技术

随着5G时代的到来，毫米波技术渐渐被应用。利用毫米波的带宽非常大，可以使定位精度高。现有的基于毫米波的移动用户定位方法RSS、TDOA和AOA。RSS作MAC层特性，是使用最广泛的能量特性，因为无线技术如WLAN和蜂窝网等都可以很容易的获取RSSI值。然而，RSSI非常不稳定，并且容易受多径效应影响，因此RSSI只适用于环境简单，精度要求不高的场合。在基于TDOA的定位机制中，将两种不同的信号的时间差和实际物理位置映射，在LOS路径环境下，基于时间特性的测距具有非常高的精确度，但是基于时间的测距往往需要额外的精确时间同步设备，并且需要消耗更多的能量。AOA中利用了多个信号角度信息结合三角定位法实现定位，然而和距离参数相比，测量角度消耗更大，更大缺点是信号到达角度的精确度和稳定度容易受到多径影响。

针对现有技术的最大的障碍是无线信号多径效应对产生的影响。本发明基于状态信息的毫米波移动用户定位技术利用了CSI是物理层的一种细粒度的属性值，其描述了频域空间对应每个子载波的振幅和相位，无线信号在发射机和接收机之间传播过程中的衰减情况可以通过CSI反映出来。

发明内容

为了提高定位的精确度和稳定度，本发明提出一种基于信道状态信息的毫米波移动用户定位方法。首先，将获取到的信道状态信息(CSI)先通过反快速傅里叶变换(IFFT)，变换到时域的信道脉冲响应(CIR)，然后将CIR通过滤波器滤出直径分量，即纪录最小到达时延的CSI的时域响应，再将其通过快速傅里叶变换(FFT)在频域上得到新的CSI。接着，由于毫米波的带宽很宽，其频率大约在30GHz～300GHz之间，将其作为载波传输信号可实现信号的带宽很大。虽然毫米波有宽带宽的优势，但是子载波的数量非常多，计算有效的CSI复杂度就变高。故提出一种子载波分组的方法，每个分组中子载波数量等于对相干带宽与每个子载波带宽的商取下整数。其次，对获得的新的CSI进行处理得到有效的CSI(CSIweight)，即对分组后的每个子载波的幅度进行加权平均，而权重与每个子载波的频率和中心频率有关，子载波频率距离中心频率越近权重越大；具体的利用式来实现，CSIweight是用于距离估计的最终输入，N是子载波的组数，f_n是第n组子载波的频率，f₀是中心频率，|Hn|是第n组子载波CSI幅值，权重完全符合子载波频率距离中心频率越近，权重越大。然后，根据CSIweight，利用得出到基站与用户之间的距离。最后，根据用户到多个基站的距离计算出用户位置。

附图说明

图1基于信道状态信息的毫米波移动用户定位方法原理图。

具体实施方式

本发明所述的基于信道状态信息的毫米波移动用户定位方法，包含以下几个步骤：

1.将获取到的CSI先通过IFFT变换到时域的CIR，然后将CIR通过滤波器滤出直径分量，即纪录最小到达时延的CSI的时域响应，再通过FFT变换到频域成为新的CSI。

2.子载波的数量众多，计算有效的CSI复杂度就会变高。故提出一种子载波分组的方法，其中K表示每组子载波的数量，Δf表示每个子载波的带宽，BC为相干带宽，表示下取整。

3.对第1步骤获得的新的CSI进行处理从而得到CSI_eff。即如下式所示：其中，CSIweight是用于距离估计的最终输入，N是子载波的组数，f_n是第n组子载波的频率，f₀是中心频率，|Hn|是第n组子载波CSI幅值。是权重，即子载波频率距离中心频率越近，权重越大。

4.根据CSI_eff得出基站与用户之间的距离d。即如下式所示：其中，C是波速，δ与环境有关的因子，n是路径衰落指数。

5.根据用户到多个基站的距离计算出用户位置。