[发明专利]一种虚拟小区与宏小区协作的室内定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于速度抉择的虚拟小区与宏小区协作的室内定位方法，其特征在于，该方法针对的室内定位系统包含：至少一个宏基站P_mac、一个包含至少三个微基站P_mic1、P_mic2、P_mic3的虚拟小区，及虚拟小区服务的终端U_v；所述宏基站和微基站作为节点，该系统中包含宏基站在内的至少有四个节点P_i(i＝1,2,……,L；L≥4)不在同一平面上；其中，所述微基站的覆盖半径小于所述宏基站的覆盖半径；所述终端U_v所属虚拟小区中的微基站P_mic1、P_mic2、P_mic3共享终端U_v的数据，该终端U_v为待定位移动终端；该方法包含：

(S100)设定所述终端U_v处于所述宏基站P_mac覆盖范围中，根据所述终端U_v与微基站的相对位置和信道条件建立虚拟小区，选择至少3个微基站P_mic1、P_mic2、P_mic3组成虚拟小区；

(S200)估计所述宏基站P_mac到所述终端U_v的信道矩阵H_mac,v，估计所述宏基站P_mac到各宏终端U_macj的信道矩阵H_mac,macj，估计所述虚拟小区中微基站P_mic1、P_mic2、P_mic3分别到所述终端U_v的信道矩阵H_mic1,v,H_mic2,v,H_mic3,v；

(S300)根据终端移动速度从分区预编码码本中选择预编码码字，构造分层预编码，包括：表层预编码w_表和里层预编码w_里，所述虚拟小区的终端U_v的表层预编码相同，预编码w为表层预编码w_表和里层预编码w_里的乘积，为w＝w_表·w_里；所述宏小区中终端U_v的分层预编码w_mac,v＝w_mac,v,表·w_mac,v,里，所述虚拟小区中终端U_v的分层预编码w_mic,v＝w_mic,v,表·w_mic,v,里；

(S400)根据分层预编码进行波束形成；

(S500)终端检测及空间定位：通过RSSI距离损耗模型求得终端U_v与各节点P_i(i＝1,2,……,L；L≥4)之间的距离l_i(i＝1,2,……,L；L≥4)，设微基站P_mic1、P_mic2、P_mic3对应节点P_i(i＝1,2,3)，宏基站对应节点P₄，分别以各节点P_i(i＝1,2,3,4)为圆心，距离l_i(i＝1,2,3,4)为半径得到四个球i(i＝1,2,3,4)，终端U_v在这四个球所围成的空间区域中，确定以四个节点P₁、P₂、P₃和P₄的坐标为顶点的三棱锥外接球球心坐标，求出这四个球球心与三棱锥外接球球心连线与球面的交点，共四个内侧交点G_i，设其坐标为(x_gi,y_gi,z_gi)(i＝1,2,3,4)，求此四个内侧交点G_i的加权质心，作为终端U_v的位置坐标；

其中，在加权质心计算时，加权因子μ_i(i＝1,2,3,4)取速度的倒数，为：

所述终端U_v的三维坐标，为：

在步骤(S300)中，所述表层预编码w_表的构造方法，包含：

设定终端U_v与宏基站P_mac的相对移动速度v_mac,v≥v₀，终端U_v分别与微基站P_mic1,P_mic2,P_mic3的相对移动速度v_mic1,v,v_mic2,v,v_mic3,v，v_mic1,v≈v_mic2,v≈v_mic3,vv₀；

根据相对移动速度v_mac,v≥v₀，在高速码本表中搜索，估计得到宏小区中基于终端U_v的表层预编码w_mac,v,表，为：

式(1)中，codebook为码本，w_c为码本表codebook中的一个码字，∈为属于符号，表示取得最大值时w_c的取值；表示宏小区中终端U_v的信漏噪比；

根据相对移动速度v_mic1,v≈v_mic2,v≈v_mic3,vv₀，在低速码本表中搜索，估计得到虚拟小区中基于终端U_v的表层预编码w_mic,v,表：

式(2)中，H_mic,v为虚拟小区中微基站P_mic1,P_mic2,P_mic3基于终端U_v的聚合信道，且H_mic,v＝[H_mic1,v,H_mic2,v,H_mic3,v]；vecmax[]表示大特征根对应的特征矢量；上角标*表示共轭转置；

在步骤(S300)中，所述里层预编码w_里的构造方法，包含：

设经过表层预编码，宏基站P_mac到终端U_v的等效信道为估计等效信道的零空间，取零空间的列作为里层预编码；

根据相对移动速度v_mac,v≥v₀，v₀为设定的移动终端在室内移动的临界速度，在码本表codebook中的高速码本表搜索，依次用码本表codebook中码字w_c与等效信道按式(4)计算，估计得到宏小区P_mac基于终端U_v的里层预编码w_mac,v,里，为：

式(3)中，vecmin[]表示小特征根对应的特征矢量；

设经过表层预编码，虚拟基站到终端U_v之间的等效信道为根据移动速度v_mic1,v≈v_mic2,v≈v_mic3,vv₀，在码本表codebook中的低速码本表搜索，得到虚拟小区基于终端U_v的里层预编码w_mic,v,里，为：