[發(fā)明專利]OFDM通信體制雙向高精度測距系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010609940.6
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111884972A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)平;劉田;張毅;余湋;袁田
• 申請（專利權(quán)）人: 西南電子技術(shù)研究所(中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所)
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;G01S11/08
• 代理公司: 成飛(集團(tuán))公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發(fā)明公開了一種OFDM通信體制雙向高精度測距系統(tǒng)，屬于測控通信領(lǐng)域，包括：需要進(jìn)行雙向距離測量的節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B，在雙向測距中，節(jié)點(diǎn)A基于正交頻分多路復(fù)用OFDM波形發(fā)射測量時隙1，并記錄發(fā)射時刻，節(jié)點(diǎn)B接收測量時隙1，對測量參考信號進(jìn)行精確的OFDM分?jǐn)?shù)倍符號時偏估計(jì)，得到節(jié)點(diǎn)B接收測量時隙1的精確時刻；同理，節(jié)點(diǎn)B基于OFDM波形發(fā)射測量時隙2，并將測量時隙1接收時刻和測量時隙2發(fā)射時刻填入MAC頭后面的時間戳信息域；節(jié)點(diǎn)A接收測量時隙2，對測量參考信號進(jìn)行精確的OFDM分?jǐn)?shù)倍符號時偏估計(jì)，節(jié)點(diǎn)A對測量時隙2的數(shù)據(jù)信道進(jìn)行解調(diào)和MAC數(shù)據(jù)包解析，利用雙向測距原理得到真實(shí)距離的測量值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測控通信領(lǐng)域，具體涉及到一種廣泛應(yīng)用于數(shù)字傳輸和通信系統(tǒng)中基于正交頻分多路復(fù)用(OFDM)參考信號的雙向高精度測距系統(tǒng)。

技術(shù)背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于位置的服務(wù)將日益進(jìn)入大眾應(yīng)用和公共服務(wù)領(lǐng)域。因此需要一種既可以達(dá)到高容量通信需求，又能滿足高精度測量需求的通信體制。

目前通過無線電進(jìn)行測距/定位的方法，源頭上都是來自雷達(dá)技術(shù)，主要的算法手段就兩種，TOF/TDOA算法，是基于飛行的，就是光速來乘時間來測距，距離知道了，自然可以計(jì)算出相對的位置坐標(biāo)；AOA算法基于場強(qiáng)角度的，通過智能天線的接收信號來判斷信源的方向，多幾個方向角，也是可以推算出相對位置坐標(biāo)。例如，LTE/5G蜂窩網(wǎng)利用SRS測量就是基于飛行的算法，即基站采用參考信號進(jìn)行時延的測量，再換算為距離信息。

正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM),是一種通過多個載波進(jìn)行信息傳輸?shù)恼{(diào)制方式,它可以被看作是一種調(diào)制技術(shù),也可以被看作是一種復(fù)用技術(shù)。它把整個信道分成N個并行的子信道,每個子信道的頻譜相互正交,大大提高了信道的頻譜利用率。OFDM調(diào)制的基本思想是將串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換變?yōu)镹路速率較低的數(shù)據(jù)流，用串并轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)流再分別去調(diào)制N路子載波。信息的速率變?yōu)樵瓉韨鬏斔俾实?/N，OFDM信號的符號周期長度變?yōu)樵瓉黹L度的N倍，可以增強(qiáng)抵抗信道中時延拓展的能力，能夠很好地對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。基于OFDM波形的LTE/5G技術(shù)已經(jīng)成為無線蜂窩網(wǎng)的主流技術(shù)。基于OFDM波形的通信體制的優(yōu)勢：通信容量大、頻譜效率高、多址方式豐富(時分、頻分、碼分)，調(diào)度靈活，適應(yīng)多用戶場景。

LTE/5G中的參考信號(Reference Signal，RS)，就是常說的“導(dǎo)頻信號”，是由發(fā)射端提供給接收端用于信道估計(jì)或信道探測的一種己知信號。在5G協(xié)議中，下行參考信號包括PDSCH DMRS、CSI-RS等，上行參考信號包括PUSCH DMRS、SRS等。

基于OFDM波形的通信體制下，測距的方法單一：基站采用參考信號(PRACH或SRS)，對UE的空口傳輸時延進(jìn)行估計(jì)，然后折算為距離。方式1采用PRACH信號：接收機(jī)利用接收的PRACH序列與本地ZC序列進(jìn)行相關(guān)后的時延譜，對UE的空口傳輸時延進(jìn)行估計(jì)。方式2采用SRS信號：接收機(jī)利用SRS信道估計(jì)后的時延譜，對UE的空口傳輸時延進(jìn)行估計(jì)。

當(dāng)前測距方法存在的問題：

(1)現(xiàn)有基于OFDM波形通信體制的測距方法中，利用參考信號測距無法達(dá)到高精度的需求。以SRS參考信號為例，利用SRS信道估計(jì)后的時延譜，對UE的空口傳輸時延進(jìn)行估計(jì)。測距精度分析：上行帶寬：20MHz，上行RB數(shù)：50RB，子載波間隔：30KHz，時延譜采樣間隔：折算為距離精度：16.667m。

(2)現(xiàn)有基于OFDM波形通信體制的參考信號測距方法采用單向測距，無法消除兩個通信節(jié)點(diǎn)的時鐘偏差導(dǎo)致的測量誤差。

針對上述問題，目前基于OFDM波形的LTE/5G技術(shù)尚無一套合適的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容