[发明专利]一种CSI单接入点定位的天线资源配置与阵列设计方法

权利要求书

1.一种CSI单接入点定位的天线资源配置与阵列设计方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤一：以单接入点各个天线获取的信道状态信息为输入信号，构建基于到达时间差与到达角的单接入点定位观测方程；

步骤二：将单接入点多天线分成分别用于获取到达时间差信息与到达角信息的两组天线，给出天线资源分配策略与约束条件；

步骤三：根据到达时间差信息、到达角信息的获取及定位算法的不同特征，给出不同功能天线位置分布策略与约束条件；

步骤四：根据无线接入点信号强度所允许的最大线缆损耗，给出天线位置分布范围的约束条件；

步骤五：根据定位精度在空间均匀分布与解模糊原理，给出天线摆放方向的策略与约束条件；

步骤六：基于定位观测方程与费雪信息矩阵的行列式，构建单接入点天线资源配置与阵列设计的优化目标函数；

步骤七：基于步骤二到步骤五给定的各类策略与约束条件，通过最大化步骤六的目标函数，寻找最优的单接入点定位天线资源配置与天线摆放位置；

所述步骤二中所述的天线资源分配策略与约束条件，具体如下：

(1)分配给获取到达时间差信息的天线，要么是零个，要么必须至少有两个；

(2)用于到达角估计的天线阵列也可以同时用于获取到达时间差信息，整个阵列等效为一个天线；

(3)分配给获取到达角信息的天线，要么是零个，要么必须至少有两个；

(4)用于到达角估计的天线阵列，可以分成多个不同位置和摆放形式的天线阵列组；

所述步骤三中所述的不同功能天线的位置分布策略与约束条件，具体如下：

(1)用于获取到达时间差信息的天线距离设置为米级别，以保证基于到达时间差信息的定位精度几何因子性能；

(2)用于获取到达角信息的天线阵列相邻天线距离设置为与无线信号波长相当的量级，所述量级为厘米级别，以避免测向模糊问题；

(3)用于获取到达角信息的天线阵列组几何中心之间的距离设置为米级别；

所述步骤四中所述的天线位置分布范围的约束条件，具体如下：

(1)设无线接入点信号强度所允许的最大线缆损耗为L_允许dB，查表获得无线接入点信号频率下允许的最大线缆长度d_允许米；

(2)天线位置分布范围在以接入点主机几何中心为圆心，半径为d_允许米的圆内；

所述步骤五中所述的天线摆放方向的策略与约束条件，具体如下：

(1)用于获取到达角信息的天线阵列都设置成线性阵列，以保证天线阵列测向得以利用空间平滑处理方法；

(2)用于获取到达角信息的各个天线阵列组的法线方向尽可能均匀分布在定位覆盖角度区间内；

(3)对于两种类型的法线方向，包括获取到达时间差信息的天线之间连线的法线方向、用于获取到达角信息的各个天线阵列组自身的法线方向，两种类型各个法线方向相互之间不能平行，且法线之间夹角大，以避免目标位置解算的对称性无法解模糊，所述夹角为这两种类型的法线方向之间的夹角；

所述步骤六中所述的优化目标函数，具体如下：

(1)设单接入点通过天线资源配置能提供m1个到达时间差估计信号，对应的距离差{Δτ₁,Δτ₂,…,Δτ_m1}，m2个到达角估计信号{θ₁,…,θ_m2}，其中方位角θ∈[0，π)，待定位目标位置向量表示为L＝[l_x,l_y]^T∈R²，而单接入点的M个天线位于已知位置s_m＝[s_x,m,s_y,m]^T,m＝1,2,…,M，其中R₂表示二维欧式空间；

(2)根据步骤一获得到达时间差与到达角的定位观测方程：其中是观测矢量，κ＝[Δτ₁,…,Δτ_m1,θ₁,…,θ_m2]^T是对应实际矢量：

θ_m＝arctan(l_y-s_y,m,l_x-s_x,m),m＝1,…,m2；

其中Δτ_m是目标位置到单接入点第m对天线之间的实际距离差，和分别为第m对天线1、天线2与目标位置实际距离，和分别表示第m对天线的天线1和天线2的二维位置向量，arctan(·)为考虑角度象限的反正切函数，ε是观测信号误差矢量，假设其服从彼此独立的零均值高斯分布，协方差矩阵为Q；

(3)构造优化目标函数：

其中，{s_m,m＝1,2,…,M}即为要优化的单接入点各天线位置，L_i＝[l_x,i,l_y,i]^T是定位覆盖区域内均匀选取的位置向量样本点，a(L_i)是根据应用需求设置的L_i样本点的权重，N_L为选取位置向量样本的数量，FIM(L_i)是费雪信息矩阵：

其中[k₁ k₂...k_Nk]^T与[Δτ₁,…,Δτ_m1,θ₁,…,θ_m2]^T一一对应，NK是κ中元素个数。