[发明专利]基于深组合辅助的5G多径间歇性跟踪装置和方法

权利要求书

1.基于深组合辅助的5G多径间歇性跟踪装置，其特征在于：采用深组合的方式辅助5G信号的多径跟踪，避免由于信号缺失和路径消亡带来的观测缺失下的多径跟踪环路失效的情况，包括5G基站、信号处理单元、多径估计单元、多径跟踪单元、深组合单元和多径关联单元；

所述的5G基站用于产生5G信号并输出给信号处理单元；

所述的信号处理单元用于处理5G信号，输出信号处理结果给多径跟踪单元的窄相关模块，输出频域信号给多径跟踪单元的路径判决模块和多径估计单元；

所述的多径估计单元用于估计信号的多径参数信息，对输入的信号处理单元的信号处理结果，或者对输入的多径关联单元的多径参数信息，判断路径数目是否改变，执行多径估计算法，输出多径参数信息给多径跟踪单元的跟踪模块；所述多径估计单元在跟踪过程之前的初始化阶段，输入信号处理单元的信号处理结果，执行多径估计算法，输出多径参数信息给多径跟踪单元的跟踪模块；在跟踪过程中，输入多径关联单元的多径参数信息，判断路径数目是否改变；若增加，继续输入信号处理单元的信号处理结果，执行多径估计算法，输出增加路径的多径参数信息给多径跟踪单元的跟踪模块；若不变，无输出；若减少，执行多径估计算法，输出减少路径的多径参数信息给多径跟踪单元的跟踪模块；

所述的多径跟踪单元包括窄相关模块、跟踪模块和路径判决模块；

该窄相关模块用于对信号处理单元的信号处理结果进行窄相关以及求和操作，获得窄相关结果向量并输出给多径跟踪单元的跟踪模块；该窄相关模块的处理流程为：

利用本地信号构造一组等间距的窄相关器作为观测，即乘一组e指数的相位，其本地信号和窄相关器输出有：

其中，表示基带5G信号的第个OFDM符号的信号经过DFT后的频域信号，代表计算索引为的窄相关器的输出中间变量，，表示相关范围的下界和上界，为窄相关器间距，窄相关器个数为个，这里且，表示窄相关；是以时间为单位的，是5G信号处理模块处理后的输出信号，其表示在时域区间连续的相关函数中等间距地取个离散采样点；

该跟踪模块用于对多径估计单元的多径参数信息执行跟踪算法，跟踪多径时延信息，并传输给多径跟踪单元的路径判决模块和多径关联单元；

该路径判决模块用于路径数目判决；对信号处理单元输入的频域信号执行路径判决算法，并在多径跟踪单元的跟踪模块输入的多径时延信息中，判断适合的路径数目和对应的多径时延参数，输出路径数目和对应的多径参数信息给多径关联单元，该路径判决模块的处理流程为，计算t时刻的不同路径数目的路径数目判别因子：

其中，为t时刻先验估计路径数目，为整数，表示向上向下计算多个路径数目判别因子，为路径数目变更的惩罚因子，为路径数目过高的惩罚因子，同时残余信号权重为：

其中残余信号为接收到的信号扣除当前估计到的信号：

其中，表示该变量的先验条件，表示t时刻估计到的与路径数目对应的对真实信号的估计值，由条路径对应的多径参数计算得到；

当t时刻先验估计路径数目高于当前时刻的路径数目时，即时，使用最大似然模块从残余信号中重新估计条最可能的路径，并计算条路径的路径数目判别因子；

当t时刻先验估计路径数目低于当前时刻的路径数目时，即时，从上一时刻估计到的路径中多次并且不重复地选择条路径之和计算，计算剩下条路径的残余信号能量，重复次，并依次记录进残余信号能量数组；残余信号能量最小的条路径之和即组成当前应估计到的信号，并计算条路径的路径数目判别因子；计算结束后，获得一个路径数目判别因子数组，认为路径数目判别因子最小的时候的路径数目为当前时刻的后验估计路径数目：

并将计算条路径时用到的多径参数信息和路径数目同时输出给多径关联单元；

所述的深组合单元包括惯导模块、时延估计模块和位置解算模块；

该惯导模块用于获取终端的速度和加速度信息，并输出给深组合单元的时延估计模块和位置解算模块；

该时延估计模块用于对深组合单元的惯导模块输入的速度和加速度信息和位置解算模块输入的位置信息，估计观测缺失下的多径时延信息，输出该多径时延信息给多径关联单元，输出首径时延信息给信号处理单元，辅助基带跟踪环路进行定时同步；所述时延估计模块处理如下流程：

假设深组合单元的位置解算模块输入的位置信息包括M个基站坐标、第m个基站对应的N个虚拟基站坐标、k时刻解算得到终端位置坐标；则在第m个基站的k时刻，时延估计模块会估计到N+1个时延参数，估计到的时延参数中间量为：

其中，c表示光速；经过加权滤波，第m个基站的k时刻的时延参数为：

其中，k时刻时延参数的改变量，为加权滤波因子，取值区间为；

输出多径时延信息给多径关联单元，输出首径时延给信号处理单元，辅助基带跟踪环路进行定时同步；

该位置解算模块用于对输入的多径关联单元的多径时延信息和深组合单元的惯导模块的速度和加速度信息，解算终端位置和虚拟基站位置，输出位置信息给深组合单元的时延估计模块，该基站位置固定不变并且事先知道；

所述的多径关联单元用于对每个时刻来自多径跟踪单元的跟踪模块的多径参数信息、来自多径跟踪单元的路径判决模块的路径数目和对应的多径参数信息和来自深组合单元的时延估计模块的多径时延信息，对多径参数信息进行分类并存储，根据路径数目判断是否观测缺失，并输出多径参数信息给多径估计单元辅助路径估计，输出多径时延信息给深组合单元的位置解算模块，并输出每个时刻的多径时延参数作为跟踪结果，所述多径关联单元根据路径数目判断是否观测缺失的步骤是：

假设k时刻，接收到多径跟踪单元的跟踪模块输入的多径参数信息为：，其中、和分别表示第条路径的幅度、时延和时延参数的改变量，取值的集合等于集合，为跟踪模块的路径数目；k时刻，接收到多径跟踪单元的多径判决模块输入的路径数目为和对应的多径参数信息为：，其中、和分别表示第条路径的幅度、时延和时延参数的改变量，取值的集合属于集合；的每个元素在中都能找到；

（1）若跟踪模块的路径数目等于多径判决模块输入的路径数目，即，判断未发生观测缺失，则输出多径参数信息为：；

（2）若跟踪模块的路径数目大于多径判决模块输入的路径数目，即，判断发生观测缺失；若发生5G下行信号间断的情况，则输出深组合单元的时延估计模块输入的多径时延信息给深组合单元的位置解算模块；若发生首达径消亡的情况，即跟踪模块输入的多径参数信息的第0条路径的参数无法在多径判决模块输入的多径参数信息中找到，则为了实现首达径的间歇性跟踪，采用深组合单元的时延估计模块的多径时延信息和上一个时刻首达径参数，输出的多径参数信息为：，其中，是指k-1时刻的首径幅度、是第m个基站的k时刻的首径时延参数、是k-1时刻首径时延参数的改变量、是k时刻接收到多径跟踪单元的多径判决模块输入的路径数目为对应的多径参数信息；

（3）若跟踪模块的路径数目小于多径判决模块输入的路径数目，即，则输出的多径参数信息为：，输出多径参数信息给多径估计单元的同时，启动多径估计单元，并重新估计条路径参数。