一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法。所述方法從定位系統(tǒng)本身出發(fā)，將基站識(shí)別問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)分類問(wèn)題，通過(guò)最小距離分類器實(shí)現(xiàn)基站識(shí)別；利用狀態(tài)預(yù)測(cè)模型估計(jì)移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)而降低了系統(tǒng)的硬件需求；為了在非視距環(huán)境下得到更好的基站識(shí)別效果，使用交互多模型方法來(lái)減輕非視距效應(yīng)，從而得到更為準(zhǔn)確的移動(dòng)臺(tái)目標(biāo)信息。本發(fā)明將位置估計(jì)和基站識(shí)別兩個(gè)不同定位系統(tǒng)功能緊密聯(lián)系起來(lái)，經(jīng)濟(jì)、有效、適用于所有的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。
【專利說(shuō)明】一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信定位【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字電視地面廣播(DTTB)作為一種全新的信息傳輸技術(shù)已經(jīng)于2007年8月在我國(guó)開始廣泛使用。用戶除了能夠接收到有效的視頻音頻信號(hào)外，還可以利用地面數(shù)字電視信號(hào)的載波和數(shù)字碼流測(cè)定從發(fā)射塔到接收端的距離等空間參數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線定位。由于數(shù)字電視信號(hào)在定位上的巨大優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的人開始關(guān)注該定位新技術(shù)。
[0003]數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)為節(jié)約頻譜采用了單頻網(wǎng)技術(shù)，即處在不同地點(diǎn)的同步狀態(tài)下的發(fā)射臺(tái)，在同一時(shí)間以同一頻率發(fā)射同一信號(hào)。該技術(shù)可以大大節(jié)約寶貴的頻率資源，提高頻譜利用率；但是對(duì)定位功能開發(fā)而言，意味著一個(gè)難以回避的體制性難題，即移動(dòng)臺(tái)本身無(wú)法像全球定位系統(tǒng)GPS接收機(jī)和蜂窩網(wǎng)定位系統(tǒng)那樣識(shí)別來(lái)自不同基站的信號(hào)。因此，單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)的基站識(shí)別問(wèn)題將是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。
[0004]目前單頻網(wǎng)絡(luò)基站識(shí)別的方法有:
[0005](1)基于偽隨機(jī)序列注入的基站識(shí)別方法
[0006]該方法解決了美國(guó)高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)ATSC標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電視地面廣播信號(hào)的基站識(shí)別問(wèn)題。在發(fā)射端，一個(gè)16位的Kasami序列，也叫做射頻水印(RFWM)信號(hào)注入到ATSC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)中，同時(shí)要保證注入的信號(hào)對(duì)數(shù)字電視接收不產(chǎn)生任何影響。在接收端，將接收信號(hào)與本地Kasami序列發(fā)生器產(chǎn)生的序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。如果本地序列就是注入到第i臺(tái)發(fā)射機(jī)的RFWM信號(hào)，那么自相關(guān)運(yùn)算就會(huì)會(huì)出現(xiàn)相關(guān)峰值，不同的發(fā)射基站就可區(qū)分。
[0007](2)基于傳輸參數(shù)信令TPS時(shí)分復(fù)用的基站識(shí)別方法
[0008]該方法的主要原理是在發(fā)射端對(duì)TPS采用時(shí)分復(fù)用TDM方式。對(duì)某一信號(hào)幀而言，規(guī)定只有一個(gè)發(fā)射基站發(fā)送TPS信號(hào)，其它的發(fā)射基站均在此信號(hào)幀的TPS對(duì)應(yīng)位置發(fā)送0;在下一信號(hào)幀中，另一發(fā)射基站發(fā)送TPS，其余基站的對(duì)應(yīng)位置均發(fā)送0。以此類推。因此，在發(fā)射端，多個(gè)發(fā)射基站同時(shí)發(fā)送同序列的信號(hào)幀，按約定只有一個(gè)發(fā)射基站發(fā)送TPS;在接收端，對(duì)來(lái)自多個(gè)發(fā)射基站的疊加在一起的相同序號(hào)的信號(hào)幀中，接收機(jī)只檢測(cè)到來(lái)自某一特定發(fā)射基站的TPS信號(hào)。當(dāng)接收機(jī)知道發(fā)射基站和發(fā)送TPS信號(hào)幀結(jié)構(gòu)序號(hào)的參考表時(shí)，就可以識(shí)別出發(fā)射基站。
[0009](3)基于移動(dòng)終端速度的基站識(shí)別算法
[0010]該方法從移動(dòng)終端提供的速度信息出發(fā)，將基站識(shí)別問(wèn)題轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)互聯(lián)問(wèn)題，利用速度信息對(duì)基站時(shí)延的限制關(guān)系，從而得到基站與時(shí)延之間的配對(duì)關(guān)系，完成基站識(shí)別。
[0011](4)基于模糊邏輯的基站識(shí)別方法
[0012]該方法同樣建立在卡爾曼(Kalman)定位方法的基礎(chǔ)之上。其算法的基本思路分為4個(gè)部分:基站-時(shí)延配對(duì)安排；隸屬度計(jì)算和比較；位置估計(jì)；位置驗(yàn)證和反饋。[0013](5)基于視距LOS/非視距NL0S下的基站識(shí)別方法
[0014]該方法利用非視距統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布，且后續(xù)的位置估計(jì)算法能夠提供環(huán)境信息的條件下，利用特定的位置估計(jì)算法提供信道環(huán)境信息，構(gòu)建基站識(shí)別算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法。
[0016]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法，包括步驟如下:
[0017]步驟A，接收機(jī)從接收信號(hào)中估計(jì)出第i個(gè)基站信號(hào)的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值定義為Xi ；將N個(gè)基站信號(hào)的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值組成集合X，X={Xi, i=l, 2...N};根據(jù)集合X構(gòu)建基站到達(dá)時(shí)間測(cè)量值子集；
[0018]步驟B，首先將集合X中的測(cè)量值個(gè)數(shù)與本地基站測(cè)量值集合個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，本地基站測(cè)量值集合存儲(chǔ)于接收機(jī)中；然后從本地基站測(cè)量值集合中選取參與定位的候選基站子集；
[0019]步驟C，分別計(jì)算候選基站子集中的基站到移動(dòng)目標(biāo)的距離，把該距離作為基站的基準(zhǔn)值；
[0020]步驟D，候選基站子集大小與測(cè)量值子集大小保持一致，對(duì)每一個(gè)候選基站子集，計(jì)算測(cè)量子集中每個(gè)測(cè)量值與候選基站子集中對(duì)應(yīng)位置的基站基準(zhǔn)值的歐氏距離之和；查找歐氏距離和最小的基站子集，作為基站識(shí)別結(jié)果；
`[0021]步驟E，對(duì)上述的基站識(shí)別結(jié)果進(jìn)行測(cè)量值平滑；
[0022]步驟F，將平滑的測(cè)量值`用于移動(dòng)目標(biāo)的位置估計(jì)和狀態(tài)預(yù)測(cè)。
[0023]步驟C中，所述基站到移`動(dòng)目標(biāo)的距離為歐氏距離。
[0024]步驟D中，所述歐氏距離求和過(guò)程如下:
[0025]步驟D-1，從所述測(cè)量值子集集合和候選基站子集集合中依次選取子集；
[0026]步驟D-2，根據(jù)子集中元素的對(duì)應(yīng)順序，依次計(jì)算各自對(duì)應(yīng)位置上元素的歐氏距離；
[0027]步驟D-3，將上述計(jì)算的歐氏距離進(jìn)行求和計(jì)算，求和所得的結(jié)果就是該測(cè)量子集和候選子集的歐氏距離和。
[0028]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提出了一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法。所述方法從定位系統(tǒng)本身出發(fā)，將基站識(shí)別問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)分類問(wèn)題，通過(guò)最小距離分類器實(shí)現(xiàn)基站識(shí)別；利用狀態(tài)預(yù)測(cè)模型估計(jì)移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)而降低了系統(tǒng)的硬件需求?’為了在非視距環(huán)境下得到更好的基站識(shí)別效果，使用交互多模型方法來(lái)減輕非視距效應(yīng)，從而得到更為準(zhǔn)確的移動(dòng)臺(tái)目標(biāo)信息。本發(fā)明將位置估計(jì)和基站識(shí)別兩個(gè)不同定位系統(tǒng)功能緊密聯(lián)系起來(lái)，經(jīng)濟(jì)、有效、適用于所有的數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明的基站識(shí)別方法的總體框圖。
[0030]圖2是本發(fā)明中最小距離分類器用于基站識(shí)別的流程圖。[0031]圖3是本發(fā)明在不固定的基站集合下的基站識(shí)別分析。
[0032]圖4是本發(fā)明在不同條件下的累積分布函數(shù)⑶F。
[0033]圖5是本發(fā)明在不同駕駛噪聲下的累積分布函數(shù)。
[0034]圖6是本發(fā)明在不同移動(dòng)臺(tái)速度下的累積分布函數(shù)。
[0035]圖7是第p個(gè)測(cè)量子集和第q個(gè)候選基站子集的歐氏距離之和的計(jì)算過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法。
[0037]如圖1所示，本發(fā)明一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法，由于非視距NL0S減輕算法位置估計(jì)算法是常見的算法，狀態(tài)預(yù)測(cè)模型也是雷達(dá)信號(hào)處理中的常規(guī)技術(shù)。下面將具體描述最小距離分類器用于基站識(shí)別。
[0038]最小距離分類器用于基站識(shí)別的流程圖如圖2所示。假設(shè)得到的Τ0Α測(cè)量值和接收機(jī)中存儲(chǔ)的先驗(yàn)的DTV基站數(shù)目分別為N和M，具體的實(shí)施步驟如下:(1)根據(jù)得到的Τ0Α測(cè)量值數(shù)目，獲得所有可能的測(cè)量值子集。N個(gè)Τ0Α測(cè)量值，可以得到N!個(gè)測(cè)量子集。
[0039](2)如果N=M，終止基站集合選擇，轉(zhuǎn)(3)。對(duì)于基站集合選擇，我們需要從Μ個(gè)基站中選出Ν個(gè)基站。，將其排成與測(cè)量子集相同維數(shù)的向量，向量?jī)?nèi)各元素的排序方法不同不會(huì)影響識(shí)別性能。根據(jù)排列組合原理，得到C卜候選的基站子集。本步驟用于解決由于定位目標(biāo)移動(dòng)造成的基站不確定性。
[0040](3)對(duì)于每一個(gè)候選的基站子集，計(jì)算子集中每一個(gè)基站的預(yù)測(cè)測(cè)量值。對(duì)第j候選基站集合中的第i基站而言，預(yù)測(cè)測(cè)量值為
【權(quán)利要求】
1.一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法，其特征在于，包括步驟如下:步驟A，接收機(jī)從接收信號(hào)中估計(jì)出第i個(gè)基站信號(hào)的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值定義為Xi dfN個(gè)基站信號(hào)的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值組成集合X，X={xi, i=l, 2...N};根據(jù)集合X構(gòu)建基站到達(dá)時(shí)間測(cè)量值子集；步驟B，首先將集合X中的測(cè)量值個(gè)數(shù)與本地基站測(cè)量值集合個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，本地基站測(cè)量值集合存儲(chǔ)于接收機(jī)中；然后從本地基站測(cè)量值集合中選取參與定位的候選基站子集;步驟C，分別計(jì)算候選基站子集中的基站到移動(dòng)目標(biāo)的距離，把該距離作為基站的基準(zhǔn)值；步驟D，候選基站子集大小與測(cè)量值子集大小保持一致，對(duì)每一個(gè)候選基站子集，計(jì)算測(cè)量子集中每個(gè)測(cè)量值與候選基站子集中對(duì)應(yīng)位置的基站基準(zhǔn)值的歐氏距離之和；查找歐氏距離和最小的基站子集，作為基站識(shí)別結(jié)果；步驟E，對(duì)上述的基站識(shí)別結(jié)果進(jìn)行測(cè)量值平滑；步驟F，將平滑的測(cè)量值用于移動(dòng)目標(biāo)的位置估計(jì)和狀態(tài)預(yù)測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法，其特征在于，步驟C中，所述基站到移動(dòng)目標(biāo)的距離為歐氏距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單頻網(wǎng)定位系統(tǒng)中的基站識(shí)別方法，其特征在于，步驟D中，所述歐氏距離求和過(guò)程如下:步驟D-1，從所述測(cè)量值子集集合和候選基站子集集合中依次選取子集；步驟D-2，根據(jù)子集中元素的對(duì)應(yīng)順序，依次計(jì)算各自對(duì)應(yīng)位置上元素的歐氏距離；步驟D-3，將上述計(jì)算的歐氏距離進(jìn)行求和計(jì)算，求和所得的結(jié)果就是該測(cè)量子集和候選子集的歐氏距離和。
【文檔編號(hào)】G01S5/02GK103744051SQ201310672142
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】顏俊, 朱衛(wèi)平, 葉新榮, 康彬 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)