一種適用于位置變化檢測(cè)的方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及位置變化檢測(cè)問(wèn)題，尤其涉及一種適用于位置變化檢測(cè)的方法及其裝 置，屬于無(wú)線傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前檢測(cè)位置變化的方法主要分為兩種：一是在室外借助于全球定位系統(tǒng)（GPS) 輔助檢測(cè)，二是在室內(nèi)通過(guò)部署無(wú)線局域網(wǎng)接入點(diǎn)（AP)和定位卡來(lái)輔助檢測(cè)。這兩種方法 實(shí)際應(yīng)用中都存在一定的局限性，首先，借助全球定位系統(tǒng)需要將裝置置于室外環(huán)境下，并 確保天線接收面向上，且上方無(wú)金屬物遮擋，對(duì)應(yīng)用的環(huán)境條件要求比較苛刻，此外，GPS的 定位精度約為10米左右，不能滿足檢測(cè)分米級(jí)別的位置變化的要求；其次，雖然通過(guò)部署 無(wú)線局域網(wǎng)和定位卡在室內(nèi)檢測(cè)精度能夠到達(dá)分米級(jí)別的要求，但部署成本比較高，系統(tǒng) 功耗也比較高，無(wú)法適用于狹小隱蔽場(chǎng)景。
[0003] 本發(fā)明所涉及的位置變化檢測(cè)裝置主要適用的是對(duì)位置變化比較敏感、需要檢測(cè) 分米級(jí)別位置變化的場(chǎng)景，如對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、城市基礎(chǔ)設(shè)施、建筑設(shè)施、室內(nèi)重要設(shè)施、和 物聯(lián)網(wǎng)中各類傳感器等位置變化的檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是需要提供一種基于自發(fā)自收機(jī)制的多天線干擾抵 消、峰值包絡(luò)檢測(cè)與相對(duì)閾值檢測(cè)相結(jié)合的方法及其裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)位置變化敏感場(chǎng)景中 分米級(jí)別位置變化的檢測(cè)，這里所述的場(chǎng)景包括GPS信號(hào)無(wú)法覆蓋的場(chǎng)景和室內(nèi)場(chǎng)景中重 要物品位置變化的檢測(cè)，如對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、城市基礎(chǔ)設(shè)施、建筑設(shè)施、室內(nèi)重要設(shè)施、和物 聯(lián)網(wǎng)中各類傳感器等位置變化的檢測(cè)。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明首先設(shè)計(jì)了一種適用于位置變化檢測(cè)的系統(tǒng)幀結(jié) 構(gòu)和導(dǎo)頻圖樣，包括：
[0006] 所述系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)頻圖樣是基于正交頻分復(fù)用（OFDM)原理設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)以幀 為單位，幀在時(shí)域上由四個(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成，分別為同步OFDM符號(hào)、信道抵消測(cè)量OFDM符 號(hào)、解調(diào)OFDM符號(hào)和數(shù)據(jù)OFDM符號(hào)，在頻域上由K個(gè)子載波構(gòu)成，為保證位置變化檢測(cè)的 精度需要達(dá)到分米級(jí)別，子載波數(shù)目K應(yīng)大于或者等于72。
[0007] 所述導(dǎo)頻圖樣涉及到兩個(gè)發(fā)射天線端口，分別為端口 0和端口 1，兩者在導(dǎo)頻成分 的組成上是相同的，包括同步導(dǎo)頻、解調(diào)導(dǎo)頻、信道抵消測(cè)量導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)導(dǎo)頻四種，與現(xiàn)有 導(dǎo)頻圖樣相比，本發(fā)明導(dǎo)頻圖樣中引入了信道抵消測(cè)量導(dǎo)頻，用于測(cè)量周?chē)鸁o(wú)線信號(hào)的變 化以實(shí)現(xiàn)對(duì)位置變化的檢測(cè)。
[0008] 所述同步導(dǎo)頻在頻域上是連續(xù)的，是基于Gold碼序列生成的，用于在時(shí)間同步階 段中檢測(cè)系統(tǒng)幀頭和保持時(shí)間同步。
[0009] 所述解調(diào)導(dǎo)頻在頻域上是連續(xù)的，是由Zadoff-Chu序列構(gòu)成的，用于在系統(tǒng)幀號(hào) 解析階段中解調(diào)數(shù)據(jù)導(dǎo)頻上承載的信息。
[0010] 所述信道抵消測(cè)量導(dǎo)頻在頻域上是連續(xù)的，是由ZadofT-Chu序列構(gòu)成的，用于在 多天線干擾抵消階段中信道狀態(tài)信息的測(cè)量和多發(fā)射天線間的干擾抵消，以及為后續(xù)的位 置變化檢測(cè)提供干擾抵消后的信道狀態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0011] 所述數(shù)據(jù)導(dǎo)頻承載的系統(tǒng)幀號(hào)（SFN)信息，需要經(jīng)過(guò)添加CRC校驗(yàn)比特、信道編 碼、調(diào)制等操作后映射到數(shù)據(jù)導(dǎo)頻上，用于在多天線干擾抵消階段中用于控制接收側(cè)與發(fā) 射側(cè)之間的幀時(shí)序。
[0012] 所述發(fā)射天線端口 0和端口 1在初始階段中承載的抵消測(cè)量導(dǎo)頻是相同的，而在 多天線干擾抵消階段，發(fā)射天線端口 0承載的抵消測(cè)量導(dǎo)頻保持不變，而發(fā)射天線端口 1承 載的抵消測(cè)量導(dǎo)頻隨著作用于其上的信道干擾抵消系數(shù)發(fā)生變化，最終在接收天線端口達(dá) 到干擾抵消的效果。
[0013] 本發(fā)明檢測(cè)位置變化的方法，其實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0014] 1.發(fā)射側(cè)參照系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)與導(dǎo)頻圖樣，根據(jù)導(dǎo)頻圖樣的數(shù)據(jù)導(dǎo)頻中的幀號(hào)控制信 號(hào)的生成。
[0015] 2.接收側(cè)使用本地同步導(dǎo)頻序列與接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，檢測(cè)出系統(tǒng)幀頭，并 實(shí)現(xiàn)接收側(cè)與發(fā)射側(cè)的時(shí)間同步。
[0016] 3.接收側(cè)借助解調(diào)導(dǎo)頻，使用信道估計(jì)算法計(jì)算出信道響應(yīng)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)導(dǎo)頻進(jìn) 行頻域均衡、解調(diào)、譯碼等步驟解析出系統(tǒng)幀號(hào)。
[0017] 4.接收側(cè)利用信道抵消測(cè)量導(dǎo)頻實(shí)現(xiàn)多天線干擾抵消，分為初始抵消和迭代抵消 兩步來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0018] 1)初始抵消：采用發(fā)射天線分時(shí)發(fā)射來(lái)分別測(cè)量不同發(fā)射天線端口到接收天線 端口的信道響應(yīng)，并計(jì)算得到各自的信道干擾抵消系數(shù)，再分別作用于對(duì)應(yīng)的發(fā)射天線端 口，從而抵消多根發(fā)射天線端口到接收天線端口的大部分干擾信號(hào)。
[0019] 2)迭代抵消：采用發(fā)射天線同時(shí)發(fā)射來(lái)分別測(cè)量全部發(fā)射天線端口到接收天線 端口的信道響應(yīng)，據(jù)此計(jì)算不同發(fā)射天線端口到接收天線端口的信道響應(yīng)，并更新各自的 信道干擾抵消系數(shù)，再分別作用于對(duì)應(yīng)的發(fā)射天線端口，迭代執(zhí)行直到多根發(fā)射天線端口 到接收天線端口的信道響應(yīng)趨于零，即收斂為止。
[0020] 5.發(fā)射側(cè)同時(shí)發(fā)射信號(hào)，接收側(cè)測(cè)量信道響應(yīng)并判斷位置是否發(fā)生變化，依次進(jìn) 行峰值包絡(luò)檢測(cè)和相對(duì)閾值檢測(cè)這兩步來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0021] 1)峰值包絡(luò)檢測(cè)：多天線干擾抵消完成后，通過(guò)對(duì)信道響應(yīng)的幅值進(jìn)行濾波，獲 得其峰值包絡(luò)，若峰值包絡(luò)的持續(xù)時(shí)間和最大值的乘積大于設(shè)定的閾值H1，則執(zhí)行相對(duì)閾 值檢測(cè)，否則，認(rèn)為位置未發(fā)生變化而無(wú)需執(zhí)行相對(duì)閾值檢測(cè)。
[0022] 2)相對(duì)閾值檢測(cè)：取峰值包絡(luò)前后設(shè)定時(shí)間窗內(nèi)的信道響應(yīng)，并分別計(jì)算得到兩 者的統(tǒng)計(jì)量，若兩統(tǒng)計(jì)量之間的變化超過(guò)設(shè)定的閾值H2,則認(rèn)為位置已經(jīng)發(fā)生變化并給出 告警，否則，認(rèn)為位置未發(fā)生變化。
[0023] 6.利用同步導(dǎo)頻序列進(jìn)行同步跟蹤，以保持時(shí)間同步，但若對(duì)數(shù)據(jù)導(dǎo)頻的解析連 續(xù)出錯(cuò)，則認(rèn)為系統(tǒng)的時(shí)間同步丟失，需要重新執(zhí)行步驟2~4 ;否則，僅執(zhí)行步驟5。
[0024] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明首先設(shè)計(jì)了一種適用于位置變化檢測(cè)的裝置，包 括：
[0025] (1) -個(gè)接收天線端口和至少兩個(gè)發(fā)射天線端口：接收天線端口和發(fā)射天線端口 與射頻處理模塊以有線方式相連；
[0026] (2)位置變化檢測(cè)模塊：根據(jù)接收天線端口和發(fā)射天線端口周?chē)鸁o(wú)線信道的變 化，用于檢測(cè)位置是否發(fā)生變化；
[0027] 其特征在于，該裝置進(jìn)一步包括：
[0028] (1)系統(tǒng)幀生成和發(fā)射模塊：用于生成系統(tǒng)幀，并通過(guò)所述發(fā)射天線端口發(fā)射到 無(wú)線空間中；
[0029] (2)時(shí)間同步模塊：在初始階段用于時(shí)間同步的捕獲，在跟蹤階段用于維持時(shí)間 同步；
[0030] (3)系統(tǒng)幀號(hào)解析模塊：用于接收并解析出系統(tǒng)幀號(hào)，系統(tǒng)幀號(hào)在多天線干擾抵 消階段中用于控制接收側(cè)與發(fā)射側(cè)之間的幀時(shí)序；
[0031] (4)多天線干擾抵消模塊：用于根據(jù)不同發(fā)射天線端口到達(dá)接收天線端口的信道 響應(yīng)計(jì)算得到信道干擾抵消系數(shù)，再將其作用于相應(yīng)的發(fā)射天線端口，最終通過(guò)迭代抵消 運(yùn)算，使得多根發(fā)射天線端口到接收天線端口的信道響應(yīng)趨于零；
[0032] (5)峰值包絡(luò)檢測(cè)和相對(duì)閾值檢測(cè)模塊：用于根據(jù)迭代抵消后的信道響應(yīng)判斷出 位置是否已發(fā)生變化。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果為：
[0034] 本發(fā)明具有成本低、檢測(cè)精度高、適用范圍廣等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)位置變化敏感場(chǎng) 景中分米級(jí)別位置變化的檢測(cè)，包括GPS信號(hào)無(wú)法覆蓋的場(chǎng)景和室內(nèi)場(chǎng)景中重要物品位置 變化的檢測(cè)，如對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、城市基礎(chǔ)設(shè)施、建筑設(shè)施、室內(nèi)重要設(shè)施、和物聯(lián)網(wǎng)中各類 傳感器等位置變化的檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí) 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0036] 圖1位置變化檢測(cè)算法處理流程圖；
[0037] 圖2適用于檢測(cè)位置變化的系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖；
[0038] 圖3適用于檢測(cè)位置變化的系統(tǒng)導(dǎo)頻圖樣圖；
[0039] 圖4發(fā)射側(cè)信號(hào)生成處理流程圖；
[0040] 圖5多天線干擾抵消算法處理流