[发明专利]一种基于分布式天线的室内定位系统及方法

摘要

一种基于分布式天线的无线室内定位系统及方法，系统包含有基站、天线组以及终端，基站通过馈线与室内每个天线连接，天线组分别接收终端发送的sounding信号，基站通过天线组得到终端发送的信号后，进行相应的处理，天线组均采用平面阵列；方法是基站根据接收到的上行sounding信号估计信道并生成预编码矩阵：然后根据预编码矩阵进行波束形成，最后进行终端检测及空间定位：本发明利用分布式天线并结合三维智能波束，实现室内实时空间定位，适用于复杂环境，具有定位精准、实时性好的优点。

主权项

1.一种基于分布式天线组的室内定位系统，包含有基站、天线组DAS_k以及终端Q，其特征在于：基站通过馈线与室内每个天线连接，天线组DAS_k分别接收终端Q发送的sounding信号，基站通过天线组得到终端Q发送的sounding信号后，进行相应的处理；

所述的天线组DAS_k(k＝1,2,…,K)均采用平面阵列，K为天线组数，阵元数为M_k×N_k，M_k为平面天线阵列的行数，N_k为平面天线阵列的列数，阵元间距为d。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式天线组的室内定位系统的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，基站根据接收到的上行sounding信号估计信道并生成预编码矩阵：

1.1)由上行链路信道估计得到天线组DAS_k(k＝1,2,…,K)水平维预编码矩阵H_k,h(k＝1,2,…,K)，则根据下式选择第k天线组的水平维预编码矩阵：

式中，上角标T为转置算子，trace()表示求矩阵的迹，w_i为码字,codebook为码本，∈为属于符号，表示使后面这个式子达到最大值时的w_i取值，上式表示在码本中选择使得目标函数值最大的码字作为预编码矩阵；

1.2)由上行链路信道估计值得到终端到天线组DAS_k(k＝1,2,…,K)的垂直方向的波达角θ_k，则根据下式选择垂直维预编码矩阵：

式中，e为Euler(欧拉)指数，约等于2.718；j为虚数单位λ为无线电波的波长；

1.3)天线组DAS_k(k＝1,2,…,K)针对终端Q的预编码矩阵分别为:

W_k＝W_k,h⊙W_k,v k＝1,2,…,K

式中，W_k,h为天线组DAS_k的水平维预编码矩阵，W_k,v为天线组DAS_k的垂直维预编码矩阵，⊙为Khatri‑Rao积符号；

1.4)基站针对终端Q的预编码矩阵为:

W＝[W₁ W₂ … W_K]

即W₁、W₂、…、W_K分别为预编码矩阵W的列；

第二步，根据预编码矩阵进行波束形成：

假设基站发射信号为s＝[s₁,s₂,…,s_K]，其中信号s₁,s₂,…,s_K分别为天线组DAS_k(k＝1,2,…,K)上发射的信号，则基站的发射信号波束为:

W·s＝[W₁·s₁W₁·s₂…W_K·s_K]

在室内定位时，基站发射信号为天线组序号及天线组位置坐标，采用以下发射方式：

a)天线组DAS_k(k＝1,2,…,K)上发射不同的信号，即分别发射各自的序号和位置信息；

b)天线组DAS_k(k＝1,2,…,K)上发射相同的信号，即全部天线组的序号和位置信息均在每个天线组上发射；

第三步，移动终端检测及空间定位：

通过接收信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication)距离损耗模型求得待定位终端Q与天线组DAS_k(k＝1,2,…,K)之间的距离d_k(k＝1,2,…,K)，分别以天线组DAS_k(k＝1,2,…,K)为圆心，距离d_k(k＝1,2,…,K)为半径得到K个球，实际的待定位终端在这K个球所围成的空间区域中；

3.1)取四个不在同一平面上四个天线组即满足定位需求；

3.2)设终端Q的坐标为(x,y,z)，四个天线组DAS₁、DAS₂、DAS₃和DAS₄的坐标分别为(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)和(x₄,y₄,z₄)；

则利用接收信号强度RSSI距离损耗模型估计出终端Q到各个天线组DAS₁、DAS₂、DAS₃和DAS₄的距离分别为d₁、d₂、d₃和d₄；

3.3)建立三维空间球面方程组：

三维空间以天线组DAS₁、DAS₂、DAS₃和DAS₄的坐标(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)、(x₃,y₃,z₃)和(x₄,y₄,z₄)为球心，分别以d₁、d₂、d₃

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