[发明专利]一种基于单射频链路的低功耗蓝牙无线定位方法

说明书

本发明提供一种基于单射频链路的低功耗蓝牙无线定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，基于CFO对相位的影响建立数学模型，分析CFO对异步天线阵列产生的影响；步骤S2，基于接收信号的包内符号将CFO的范围进行缩小，缩小的CFO的范围满足包间符号估计范围的要求；步骤S3，基于天线切换模式构建虚拟同步天线阵列，并通过接收信号的包间符号对缩小后的CFO的范围进行细化；步骤S4，基于虚拟同步天线阵列抵消剩余CFO对不同天线接收的信号相位的影响，从而精确低功耗蓝牙无线定位。

技术领域

本发明属于无线定位领域，涉及一种基于单射频链路的低功耗蓝牙无线定位方法。

背景技术

无线定位是指在无线通信网络中，通过对接收到的无线电波的特征参数进行测量，利用测量到的无线信号数据，采用特定的算法对发射器所处的地理位置进行估计，提供准确的终端位置信息和服务。无线定位技术在购物导航、安全监控、增强现实和健康监测等诸多应用中发挥至关重要的作用。近年来，由于蓝牙的低功耗特性及其在生活中的广泛引用，例如洗衣机、冰箱等家用电器和手机、耳机等便携式设备，基于低功耗蓝牙(BLE)的无线定位技术变得越来越流行。

测量信号的到达角度(AOA)是无线定位中一种常用的定位方法。这种方法需要在信号接收处采用专门的天线阵列来测量特定信号的来源方向。通过测量不同天线之间接收信号的相位差，从而计算出信号的到达角度。对于一个接收天线阵列来讲，AOA测量可以得出特定发射器所在方向，当两个接收天线阵列同时测量同一发射器所发出的信号时，两个基站各自测量AOA所得的方向直线的焦点就是移动站所在的位置。

无线定位的精度很大程度上取决于天线阵列的大小，天线阵列越大，定位精度越高。现有的定位设备通常只有几个射频链，每一个射频链路都连接到一个天线元件，从而限制了阵列的大小。对于只有单个射频链路的定位设备，其定位精度往往更低，为了克服小天线阵尺寸的限制，一种很有前途的方法是采用射频开关来创建一个比射频链路有更多天线的大型虚拟天线阵列。通过在相干时间内异步打开多个接收天线阵列中的每个天线，模拟多输入多输出(MIMO)平台，可以有效提高基于BLE的无线定位精度。

载波频偏(CFO)表示振荡器在发射器和接收器之间的频率不匹配，从而会在接收信号的相位中引入了一个额外的相位，并且这个相位会随着时间积累而增加。这对通过测量信号AOA来定位的方法显然是有很大影响的，对于具有多个同步射频链的定位设备，其中至少有一个射频链路总是连接到一个天线，以产生CFO校准的参考信号，这样CFO诱导的相位偏移就可以被抵消。对于由单一射频链路构成的异步天线阵列，这种参考天线是不存在的，异步激活天线上的相位偏移除了由信号发射源到接收信号天线阵列的距离影响外，主要由 CFO产生，这对只有单一射频链的定位设备转化为强大的MIMO平台进行准确的定位带来了巨大的困难。

发明内容

为解决上述问题，提供一种基于CFO校准方法精确低功耗蓝牙无线定位，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种基于单射频链路的低功耗蓝牙无线定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，基于CFO对相位的影响建立数学模型，分析CFO对异步天线阵列产生的影响；步骤S2，基于接收信号的包内符号将CFO的范围进行缩小；步骤S3，基于天线切换模式构建虚拟同步天线阵列，并通过接收信号的包间符号对缩小后的 CFO的范围进行细化；步骤S4，基于虚拟同步天线阵列抵消剩余CFO 对不同天线接收的信号相位的影响，从而精确低功耗蓝牙无线定位，其中，缩小后的CFO的范围满足包间符号估计范围的要求。

本发明提供的基于单射频链路的低功耗蓝牙无线定位方法，还可以具有这样的技术特征，其中，在步骤S1中，数学模型的建立过程包括以下步骤：建立信号传输过程的数学模型，表达式如下：