[发明专利]一种高精度单基站室内定位方法

说明书

本发明公开了一种高精度单基站室内定位方法，包括以下步骤：用户向基站发射5GNR信号；基站估计出接收信号的信道状态信息矩阵，将信道状态信息矩阵进行平滑；然后使用MUSIC方法计算接收信号的DOA以及同步时间；基站根据估计出来的DOA和同步时间，以最小的同步时间作为LOS径，其余的作为NLOS径。基站利用波束形成算法，将接收波束方向指向到LOS径入射方向，然后用户利用不同的载频发射信号；收到信号后，基站进行精确的定时同步，然后进行信道状态信息估计；基站利用多次估计出的信道状态信息，使用中国剩余定理计算出信号TOA，最后运用几何拓扑进行单基站定位。

技术领域

本发明属于定位技术领域，具体涉及一种基于5G NR信号的单基站TOA和DOA联合高精度定位。

背景技术

传统的单基站定位技术主要有基于深度学习的指纹库定位方法，TOA和DOA联合定位方法，接收信号强度(Received signal strength,RSS)和DOA联合定位方法等。其中，对于TOA的估计是重点也是解决的难点。现有的估计TOA的方法主要有利用用户手机和基站接收信号的时间戳以及利用子载波间相位差进行估计。但是利用用户手机和基站接收信号的时间戳这种方法需要用户手机和基站之间的时间严格同步，并且这两种方法对于TOA的估计精度很低，导致无法进行定位。而基于单基站的指纹库的定位方法定位精度低，同时指纹库需要实时更新以进行实时定位。

随着5G NR技术投入商用，天线规模大幅度增加，因此对于DOA的估计精度会大幅度提高，并且大规模多路输入多路输出(Massive multiple input multiple output,Massive MIMO)对于波束形成技术的应用提供了条件，有利于本发明对TOA的估计。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于5G NR信号的单基站TOA和DOA联合的高精度定位方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高精度单基站室内定位方法，包括如下步骤：

步骤1：用户向基站发射第五代(Fifth generation,5G)新波形(New radio,NR)信号；

步骤2：基站估计出接收信号的信道状态信息矩阵，将信道状态信息矩阵进行平滑，然后使用多信号分类(Multiple signal classification,MUSIC)方法计算出接收信号的到达方向(Direction of arrival,DOA)以及同步时间；

步骤3：基站根据步骤2得到的到达角和同步时间，以最小的同步时间作为视距(Line of sight,LOS)径，其余的作为非视距(Non-light of sight,NLOS)径，利用波束形成算法，将基站接收波束方向指向到LOS入射方向；

步骤4：用户再次发射信号，基站对接收信号进行精确的定时同步，然后进行信道状态信息估计；

步骤5：用户在不同的载频上再次发射信号，针对不同的载频信号，基站进行定时同步，然后进行信道状态信息估计；

步骤6：基站利用步骤4和步骤5估计得到的信道状态信息，计算出信号的到达时间(Time of arrival,TOA)；

步骤7：基站根据步骤2得到的DOA和步骤6得到的TOA，以及几何拓扑，进行单基站定位，确定待定位目标的位置。

进一步的，所述步骤2中，利用信道状态信息矩阵估算信号的DOA和同步时间的步骤具体包括：对信道状态信息矩阵进行平滑以增加快拍数，提高分辨率，然后利用MUSIC算法但并不仅限于MUSIC算法来估算出信号的DOA和同步时间。