[發明專利]寬帶大規模MIMO系統無線定位方法和系統

有效

• 申請號: 201710810657.8
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107592611B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 高西奇;孫曉宇;韓偉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00;H04B7/0413
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

1.一種寬帶大規模MIMO系統無線定位方法，包括：

離線階段，基站配合離線采樣移動終端測量小區覆蓋范圍內特征點的位置指紋信息，并存儲到數據庫中；

在線階段，基站側通過將待定位移動終端的位置指紋信息與數據庫進行比對，計算待定位移動終端的位置坐標；

其特征在于，所述位置指紋信息由基站從上行鏈路信道估計結果中提取的角度時延域信道能量矩陣構成；

定義角度時延域信道能量矩陣為

其中⊙表示Hadamard乘積，表示求期望，即統計平均，用一段時間內的樣本平均或加權平均代替；

所述位置指紋信息，衡量其相似性的準則為聯合角度時延相似性系數；

所述聯合角度時延相似性系數，其計算方法為，定義錯位因子n，錯位步長L，n為區間(-L+1,L-1)內的整數，依次將第一個位置指紋信息中各列向量與第二個位置指紋信息中對應列之后第n個列向量取內積，并將所得內積求和，將不同錯位因子下所得和的最大值作為兩個位置指紋信息的聯合角度時延相似性系數。

2.根據權利要求1所述的一種寬帶大規模MIMO系統無線定位方法，其特征在于，所述寬帶大規模MIMO系統采用帶循環前綴的正交頻分復用，即OFDM調制方式，在上行信道訓練中，小區中各移動終端在一個或多個連續OFDM符號的多個子載波上同時發送上行導頻信號，基站依據接收到的導頻信號進行小區中各移動終端的上行鏈路信道估計。

3.根據權利要求1所述的一種寬帶大規模MIMO系統無線定位方法，其特征在于，所述離線階段，在小區覆蓋范圍內以間隔劃定特征點，所述間隔采用1m或者2m或者5m，移動終端在小區覆蓋范圍內移動，并在每個特征點停留，測量該特征點的位置指紋信息，并將其與對應的位置坐標存入數據庫中。

4.根據權利要求1所述的一種寬帶大規模MIMO系統無線定位方法，其特征在于，所述離線階段，對數據庫中位置指紋信息進行分級聚類，分級聚類過程分為兩級：首先，根據位置指紋信息的角度域特征，計算其中心角，并根據中心角將數據庫中位置指紋信息進行初級分類；其次，對于同一中心角分組內的位置指紋信息，根據聯合角度時延相似性系數，采用K均值聚類方法對其進行聚類，分成若干子類，對任一子類，將其包含的所有位置指紋信息的均值作為該子類的特征位置指紋信息。

5.根據權利要求1所述的一種寬帶大規模MIMO系統無線定位方法，其特征在于，所述在線階段，基站將待定位移動終端的位置指紋信息與數據庫進行分級比對，確定待定位移動終端的對應特征點集合，分級比對過程分為三級：首先，根據待定位移動終端位置指紋信息的角度域特征，計算其中心角，確定與之匹配的初級分類；其次，在初級分類范圍內，根據待定位移動終端位置指紋信息與各子類特征位置指紋信息的聯合角度時延相似性系數，確定與待定位移動終端最相近的若干子類，組成特征點池；最后，特征點池范圍內，根據待定位移動終端位置指紋信息與各特征點位置指紋信息的聯合角度時延相似性系數，確定K個最相近的特征點，組成特征點集合。

6.根據權利要求1所述的一種寬帶大規模MIMO系統無線定位方法，其特征在于，所述在線階段，基站計算待定位移動終端的位置坐標，采用加權K最近鄰算法，待定位移動終端的位置坐標由其在數據庫中聯合角度時延相似性系數最大的K個特征點的位置坐標加權計算得到，其中第k個特征點對應的權重系數計算方法為，用第k個特征點與待定位移動終端的聯合角度時延相似性系數除以全部K個特征點與待定位移動終端的聯合角度時延相似性系數之和。

7.根據權利要求1所述的一種寬帶大規模MIMO系統無線定位方法，其特征在于，所述位置指紋信息由基站從上行鏈路信道估計結果中提取的角度時延域信道能量矩陣構成，其詳細過程為，基站利用大規模MIMO系統的空間角度分辨力和寬帶系統的時延分辨力，將移動終端通過上行信道訓練獲得的上行鏈路信道狀態信息轉化為角度時延域信道響應矩陣；基站將角度時延域信道響應矩陣中各元素與其自身耦合，并對連續若干次樣本取平均或加權平均，獲得該移動終端對應的角度時延域信道能量矩陣，并將其作為位置指紋信息。