[发明专利]一种面向通信感知一体化的无线定位方法

说明书

本发明公开了一种面向通信感知一体化的无线定位方法，包括以下步骤：用户设备向基站发射5G NR信号；基站利用发送信号中携带的导频估计出接收信号的信道状态信息矩阵；然后使用MUSIC方法估计出接收信号的DOA以及FTO；基站根据估计出的DOA和FTO，以最小的FTO作为LOS径；基站利用波束成形算法，抑制其他到达方向的信号，计算出LOS方向信号的功率，并根据该功率以及路径损耗模型估计出TOA以此进行粗略的定位。基站根据估计出的DOA利用波束成形技术导向发射感知信号并在估计出的粗略的TOA时间窗口进行回波接收，最后利用回波信号进行精确的时间估计和定位。

技术领域

本发明属于通信感知和无线定位技术领域，具体涉及一种基于5GNR信号的单基站TOA和DOA联合参数估计以及感知信号探测辅助的高精度定位技术。

背景技术

现有的TOA估计主要有利用用户手机和基站之间进行时间戳信息交互，利用不同子载波由于传输时延引起的相位差等方法。但是利用时间戳信息这种方法需要用户手机和基站之间的时间严格同步，并且会受到处理时延的影响；而利用不同子载波由于传输时延引起的相位差这种方法估计的精度较低，并且会受到载波初相不同的影响，不能够满足实际的应用场景。

随着5GNR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，这有利于我们对发射信号经过多径到达基站的到达角度的分辨；并且大规模多路输入多路输出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。

此外通信与感知系统因系统功能及规格等需求的差异，在双工能力以及射频通道的频偏、相噪、非线性等指标需求均有较大的差异。因此系统在设计之初就要平衡好通信和感知需求，全双工等性能。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种面向通信感知一体化的无线定位方法，该通信感知一体化的定位技术可以较好地解决通信与感知系统的全双工能力，利用多天线和波束形成技术能够实现TOA估计。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的一种面向通信感知一体化的无线定位方法包括如下步骤：

步骤1：用户向基站发射第五代新空口5GNR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，然后利用多信号分类MUSIC方法估计出接收信号的到达方向DOA以及小数符号定时偏差FTO；

步骤3：基站根据步骤2得到的DOA和FTO，以最小的FTO作为视距LOS径，利用波束成形方法，抑制其他到达方向的信号，并计算出LOS方向信号的功率；

步骤4：基站根据LOS方向信号功率以及不同场景建立不同的路径损耗模型估计出粗略到达时间TOA；

步骤5：基站根据估计出的DOA，利用波束成形技术导向发射感知信号，并在估计出的粗略TOA的时间窗口进行回波接收，并根据时间戳和感知信号探测时间估计出精确的TOA以及位置；

步骤6：基站根据用户的移动速度不断地调整改变时间窗口以便进行实时感知定位。

其中：

所述步骤2中，利用信道状态信息矩阵估算接收信号的DOA以及FTO的步骤具体包括：对信道状态信息矩阵进行平滑，即在信道状态信息矩阵上选取一个矩阵窗口，并将该矩阵窗口中的元素作为新矩阵的一列，将该矩阵窗口依次从左向右从上至下进行滑动得到新的矩阵，以增加快拍数，提高分辨率，然后利用MUSIC算法以信号子空间与噪声子空间的正交性为基础，划分空间来估算出信号的DOA和FTO。