具有多天線系統(tǒng)基于定位的波束成形方法
【專利摘要】本發(fā)明提出具有降低成本的精確3D定位方法。UE從多個(gè)基站接收PRS。該多個(gè)基站包含服務(wù)基站以及兩個(gè)相鄰基站。UE估計(jì)用于TOA以及TDOA測量的多個(gè)LOS路徑以及對應(yīng)PRS的索引。然后UE基于來自服務(wù)基站的PRS的已估計(jì)LOS路徑，而估計(jì)該UE的俯仰角。最后，系統(tǒng)(或者UE，或者網(wǎng)絡(luò)，依賴于坐標(biāo)在哪里)可以基于TDOA測量以及俯仰角而計(jì)算UE位置。
【專利說明】
具有多天線系統(tǒng)基于定位的波束成形方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請依據(jù)35U.S.C.§119要求2013年12月26日遞交的，申請?zhí)枮?1/920,833標(biāo)題 為"具有多天線系統(tǒng)基于位置的波束成形方案（A Localization-based Beamforming Scheme for Systems with Multiple Antennas)"美國臨時(shí)申請案的優(yōu)先權(quán)，上述申請的 標(biāo)的在此合并作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 所掲露實(shí)施例一般有關(guān)于無線通信系統(tǒng)，W及更具體地有關(guān)于多天線的系統(tǒng)利用 波束成形(beamforming)的3維（3D)定位(positioning)。
【背景技術(shù)】
[0004] 近些年來無線移動(dòng)通信系統(tǒng)迅速演進(jìn)。在2GW及3G系統(tǒng)之后，現(xiàn)在第四代（4th generation，4G)無線通信系統(tǒng)已經(jīng)開始運(yùn)作。在4G系統(tǒng)中，多入多出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)傳輸技術(shù)已經(jīng)起到重要作用。透過在發(fā)送器W及接收器上使用多 個(gè)天線，系統(tǒng)可靠性W及信道容量可W有效提高。當(dāng)發(fā)送器可W從接收器的反饋中獲得信 道狀態(tài)信息（化ancel State Info;rmation,CSI)，可W執(zhí)行（conduct)MIMO預(yù)編碼方案。透 過此方式，信道容量可W被進(jìn)一步提高。已經(jīng)在最新的無線通信標(biāo)準(zhǔn)中提出MIMO預(yù)編碼技 術(shù)，諸如微波存取全球互通（Worldwide Interoperability for Microwave Access, Wimax)、3GPP LTEW及3GPP LTE-A。
[0005] 近來，已經(jīng)提出具有大量天線(massive number of antenna)的MIMO技術(shù)（或者大 規(guī)模MIMO)。在發(fā)送器/接收器端具有大量天線，可W很容易地補(bǔ)償小尺度信道衰落(small-scale channel fading)。即使最簡單的匹配濾波 (match filtering, MF) 可 W 完成運(yùn)個(gè)工 作。在此情況下，系統(tǒng)可W獲得如AWGN環(huán)境中相同效能，即使信道實(shí)際上在衰落。大規(guī)模 MIMO有其他優(yōu)勢。例如，可W獲得更高多用戶分集(multiuser diversity)，W及可W容許 臨時(shí)關(guān)閉幾個(gè)RF設(shè)備。
[0006] 利用大規(guī)模天線的方式之一為波束成形(beamforming)。透過波束成形，接收器側(cè) 的信道對干擾加噪聲的比（signal to inte;rference plus noise ratio,SINR)可W被有 效提高。但是，波束成形中主要問題是如何決定波束方向。傳統(tǒng)的波束成形可W利用掃描方 案W獲得方向信息，W及通常其需要長延遲時(shí)間W及需要高開銷。運(yùn)個(gè)問題在大規(guī)模天線 陣列部署在BS時(shí)更為明顯。運(yùn)是因?yàn)锽S需要掃描服務(wù)區(qū)域中的全部區(qū)域，然后從UE的反饋 中決定波束方向。掃描花費(fèi)了大量時(shí)間，W及對應(yīng)來自UE的反饋開銷高。
[0007] 基于位置（location-based)波束成形方案可W用于克服上述問題。概念為，如果 BS知道UE位置，其知道朝哪個(gè)方向波束成形。首先，BS的覆蓋范圍分為多個(gè)區(qū)域。然后UE估 計(jì)自己的位置，W及上報(bào)自己的區(qū)域索引給BS。最后，BS基于已上報(bào)信息執(zhí)行（conduct)波 束成形。在LTE-A系統(tǒng)中，也可W應(yīng)用相似的基于位置的波束成形方案。透過應(yīng)用LTE-A所定 義的參考信號，UE可W利用基于觀察到到達(dá)時(shí)間差（Observed-Time-Difference-Of- Arri vaI，OTDOA)算法估計(jì)自己的位置。然后肥反饋位置信息給他們的服務(wù)基站。基于反饋， BS可W計(jì)算波束方向W及然后執(zhí)行(conduct)波束成形。
[0008]現(xiàn)存基于OTDOA定位算法具有某些缺陷。首先，其需要用于S維（3D)定位的四個(gè) ENB。上述四個(gè)ENB提供S個(gè)范圍差(range dif f erence)，其中該S個(gè)范圍差代表解出S個(gè) 參數(shù)的S個(gè)相互獨(dú)立的雙曲線化yperbola)方程式:UE在3D中的位置或者坐標(biāo)[x，y，z]。第 二，ENB典型地部署在相似高度，例如，地面上25米。但是，為了獲得良好的幾何精度因子 (Geometrical Dilution Of Precision,GDOP)，第四個(gè)ENB需要部署在相對高的位置，運(yùn)樣 引入了額外的成本。
[0009]尋求具有降低成本(reduced cost)W及滿意估計(jì)精確度的3D定位方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提出具有降低成本的精確3D定位方法。UE從多個(gè)基站接收多個(gè)定位參考信 號(Positioning Reference Signal,PRS)。該多個(gè)基站包含服務(wù)基站W(wǎng)及兩個(gè)相鄰基站。 肥估計(jì)多個(gè)直達(dá)（line-〇f-sight，L0S)路徑W及對應(yīng)的PRS索引，W得到到達(dá)時(shí)間（Time Of ArrivaLTOA)W及到達(dá)時(shí)間差（Time Difference of Arrival,TDOA)測量。然后肥基于來 自服務(wù)基站的已估計(jì)LOS路徑而估計(jì)肥的俯仰角（elevation angle)。最后，如果肥知道多 個(gè)基站的坐標(biāo)，肥基于TDOA測量W及俯仰角而計(jì)算肥位置。如果肥不知道多個(gè)基站的坐標(biāo)， 然后肥發(fā)送T0A/TD0A測量W及俯仰角給服務(wù)基站。然后服務(wù)基站能夠基于已接收信息相應(yīng) 地計(jì)算肥位置。
[OCm]在一個(gè)實(shí)施例中，來自服務(wù)基站的PRS的LOS路徑為，使用已計(jì)算闊值，透過應(yīng)用信 道抽頭歸零(tap zeroing)方式的已估計(jì)信道脈沖響應(yīng)(CIR)的第一路徑。服務(wù)基站使用多 天線，將波束成形矢量，應(yīng)用在一個(gè)子帖中含有PRS傳輸?shù)腛FDM符號，其中每個(gè)OFDM符號的 波束成形矢量均有所不同。服務(wù)基站的PRS傳輸U(kuò)E基于對應(yīng)一個(gè)子帖中多個(gè)OFDM符號的多 個(gè)LOS路徑測量，而估計(jì)俯仰角。
[0012]下面詳細(xì)描述其他實(shí)施例W及有益效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的 保護(hù)范圍W權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0013]圖IA為根據(jù)一個(gè)新穎方面，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中基于位置（localization-based)的波 束成形方案示意圖。
[0014]圖IB為3D場景中，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基于位置波束成形方案示意圖。
[001引圖2為根據(jù)一個(gè)新穎方面，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中使用TX波束成形，的3D基于OTDOA定位 方案的示意圖。
[0016] 圖3為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的肥W及基站的簡化方塊示意圖。
[0017] 圖4A為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，新穎的3D基于OTDOA定位算法的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0018] 圖4B為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中新穎的3D基于OTDOA定位算法的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0019] 圖5為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，3D OTDOA定位信號模型的示意圖。
[0020] 圖6為來自服務(wù)小區(qū)、第一相鄰小區(qū)W及第二相鄰小區(qū)的不同化信道的示意圖。 [0021 ]圖7為LOS路徑測量的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0022] 圖8為修改的3D OTDOA雅可比(Jacobian)矩陣的示意圖。
[0023] 圖9為根據(jù)一個(gè)新穎方面，實(shí)現(xiàn)具有降低成本的精確3D定位算法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面詳細(xì)參考本發(fā)明的一些實(shí)施例，參考【附圖說明】本發(fā)明的例子。
[0025] 圖IA為根據(jù)一個(gè)新穎方面，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)100中基于位置的波束成形方案的示意 圖。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)100為LTE網(wǎng)絡(luò)，包含基站BSlOl W及用戶設(shè)備肥IIIdLTE-A系統(tǒng)中，基于位 置(localization-based)的波束成形方案可W用于增強(qiáng)具有降低開銷的系統(tǒng)效能。在圖IA 的例子中BSlOl的覆蓋范圍分為四個(gè)區(qū)域，1、2、3W及4。祀111估計(jì)自己的位置W及將自己 的區(qū)域索引（例如，區(qū)域#2)上報(bào)給BS101。然后BSlOl基于已上報(bào)位置信息而執(zhí)行(conduct) 波束成形。由于對于基于位置服務(wù)化〇。曰1：；[0]1-8曰36(1561'￥；[。6，1^35)的增長需求，位置信息 典型地來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)。但是，GNSS 信號條件在城市環(huán)境是不穩(wěn)定的。因此，蜂窩系統(tǒng)W及WiFi接入點(diǎn)已經(jīng)被用于補(bǔ)足 (complement)無縫LBS的覆蓋范圍。舉例說明，LTE已經(jīng)定義了參考信號，允許UE使用基于 OTDOA算法W估計(jì)自己的位置。
[0026] 圖IB為3D場景的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)150中，基于位置的波束成形方案示意圖。移動(dòng)通信 網(wǎng)絡(luò)150包含BS151W及UE161。在圖IB的例子中，肥161的位置分為水平W及垂直。UE161將 自己的位置索引上報(bào)給BS151用于定位。上報(bào)的通信開銷在3D場景中增加。進(jìn)一步說，UE需 要四個(gè)ENB(例如，BS151到BS154)用于3D定位。為了獲得良好的GD0P，也需要第四個(gè)ENB部署 在相對高的位置。但是，典型地，ENB部署在相對相似高度，例如25米，高位置部署因此引入 了額外成本。
[0027] 圖2為根據(jù)一個(gè)新穎方面，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)200中，使用TX波束成形，3D基于OTDOA的 定位方案的示意圖。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)200包含服務(wù)ENB201、兩個(gè)相鄰ENB202 W及ENB203，W及 肥211。在傳統(tǒng)的3D OTDOA，四個(gè)ENB提供S個(gè)范圍差，其中該S個(gè)范圍差代表S個(gè)相互獨(dú)立 的雙曲線方程式，W解出S個(gè)參數(shù):UE在3D中的位置(x，y，z)。既然多個(gè)天線為4G通信系統(tǒng) 中的基本需求，那么他們可W被用于在高程域(elevation domain)估計(jì)肥信息。一旦高程 發(fā)射角(Angle of Departure,AoD)a被估計(jì)，那么第S個(gè)參數(shù)Z可W被從x，y, W及a推導(dǎo)出。 所W，TX波束成形不需要第四個(gè)ENB的幫助。
[0028] 在圖2的例子中，只需要S個(gè)ENB，一個(gè)服務(wù)基站ENB201W及兩個(gè)相鄰基站ENB202 W 及 ENB203。ミ個(gè)ENB 的坐標(biāo)分別為(xl，yl，zl)、（X2，y2，Z2)W及(X3，y3，Z3)，W及從肥21巧リ ミ個(gè)ENB的距離分別表示為di，d2W及d3。ミ個(gè)ENB提供兩個(gè)范圍差（例如，山-(12^及(11-(13)， 其表示基于TDOA測量的兩個(gè)相互獨(dú)立的雙曲線方程式。此外，服務(wù)ENB201配置有用于TX波 束成形的天線陣列221。透過估計(jì)來自服務(wù)ENB的LOS路徑，可W相應(yīng)估計(jì)AoDa。所W，S個(gè)未 知參數(shù)(x，y，z)可W推導(dǎo)出兩個(gè)未知參數(shù)xW及y，其中，上述兩個(gè)未知參數(shù)可W從基于TDOA 測量的兩個(gè)范圍差的兩個(gè)相互獨(dú)立雙曲線方程式而解出。垂直坐標(biāo)Z W及其他兩個(gè)坐標(biāo)X， y，W及AoDa之間的關(guān)系可W表示為：
[0029]
[0030] 圖3為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的基站ENB301W及用戶設(shè)備肥311的簡化方塊示意圖。基 站ENB301包含存儲器302，處理器303，控制W及配置模塊304，波束成形模塊305，定位模塊 306, W及禪接到天線陣列310的收發(fā)器308。相似地，用戶設(shè)備肥311包含存儲器312,處理器 313,控制W及配置模塊314,定位模塊315,信道估計(jì)模塊316,測量模塊317W及禪接到天線 320的收發(fā)器318。在圖3的例子中，ENB301為多天線基站，例如天線310包含多個(gè)天線A1-A4， 用于實(shí)施TX波束成形。在發(fā)送方向，收發(fā)器將從處理器接收信號轉(zhuǎn)換為RF信號W及發(fā)送給 天線。在接收方向，處理器處理從收發(fā)器接收的基頻信號W及調(diào)用不同功能模塊W實(shí)施各 種功能W及無線裝置所支持的實(shí)施例。
[0031] 不同模塊為功能模塊，可W被實(shí)現(xiàn)W及配置為軟件固件、硬件或者上述幾者的組 合。功能模塊，當(dāng)被處理器303W及313實(shí)施時(shí)（透過存儲器302W及312中包含的程序指令 309W及319時(shí)），彼此互動(dòng)，允許無線裝置實(shí)施增強(qiáng)3D定位。舉例說明，服務(wù)ENB的波束成形 模塊實(shí)施波束成形，用于發(fā)送PRS給肥，測量模塊在已接收波束已成形PRS上，實(shí)施無線信號 測量，信道估計(jì)模塊，使用窄帶PRS信號估計(jì)信道響應(yīng)，W及定位模塊提取LOS路徑，用于 T0A/TD0A測量W及評估AoD估計(jì)，W及最終計(jì)算肥位置。請注意，如果肥知道基站的絕對位 置，肥位置可W在肥側(cè)，透過定位模塊315計(jì)算。否則，如果肥不知道ENB坐標(biāo)，肥位置可W在 ENB側(cè)，透過定位模塊305而計(jì)算。
[0032] 圖4A為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)400中，新穎3D OTDOA定位算法一個(gè)實(shí)施例的示意圖。移動(dòng)通 信網(wǎng)絡(luò)400包含服務(wù)基站ENB401，W及多個(gè)相鄰基站（圖未示），W及用戶設(shè)備肥411。對于新 穎3D OTDOA定位，基本假設(shè)為：1)至少S個(gè)基站同時(shí)發(fā)送PRS給目標(biāo)裝置肥411;2)基站的位 置(例如，他們的坐標(biāo))廣播給肥411W及因此被UE411知道;3)假設(shè)存在用于OTDOA的LOS路 徑，W及UE411可W估計(jì)基站發(fā)送的PRS信號的到達(dá)時(shí)間的差值，W及4)服務(wù)ENB401透過使 用天線陣列402發(fā)送自己的PRS給肥411，而應(yīng)用TX波束成形。
[0033] 基于上述假設(shè)，3D基于OTDOA定位算法實(shí)施如下。首先，肥411透過天線412而接收 S個(gè)基站發(fā)送的PRS。然后，透過LOS路徑估計(jì)模塊413，肥411估計(jì)已接收PRS的LOS路徑(例 如，延遲索引），W得到TOAW及TDOA測量。然后，透過俯仰角估計(jì)模塊414，UE411從服務(wù)ENB 提取已估計(jì)LOS路徑，用于AoDa估計(jì)。最后，基于T0A/TD0A測量W及AoDa，透過修正3D OTDOA 模塊415，肥411應(yīng)用修正3D OTDOA算法計(jì)算自己的位置[X，y，Z ]。請注意對于肥側(cè)，圖3的定 位模塊315可W包含全部=個(gè)模塊413、414W及415。
[0034] 圖4B為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)450中，新穎3D基于OTDOA定位算法的另一個(gè)實(shí)施例的示意 圖。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)450包含服務(wù)基站ENB451 W及多個(gè)相鄰基站（圖未示），W及用戶設(shè)備 UE461。網(wǎng)絡(luò)450實(shí)際上與圖4A所示網(wǎng)絡(luò)400相同。但是，網(wǎng)絡(luò)450中，UE461不知道基站的坐 標(biāo)。因此肥461不能計(jì)算自己的坐標(biāo)。3D OTDOA定位算法可W修正如下:肥461反饋T0A/TD0A 測量W及AoDa給自己的服務(wù)ENB451，W及ENB451基于UE反饋信息，透過修正OTDOA模塊455 計(jì)算肥坐標(biāo)[x，y，z]。請注意從ENB側(cè)，圖3的定位模塊305可能包含用于坐標(biāo)計(jì)算的只有一 個(gè)修正3D OTDOA模塊455。
[0035] 圖5為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)500中，用在3D OTDOA定位的信號模型的示意圖。移動(dòng)通信網(wǎng) 絡(luò)500包含具有天線陣列502的服務(wù)基站ENB501，W及具有一個(gè)天線512的用戶設(shè)備UE511。 服務(wù)基站ENB501 W及兩個(gè)其他相鄰基站（圖未示）同時(shí)發(fā)送PRS給UE511。假設(shè)PRS為窄帶 (narrowband)無線信號W及ENB501配置有天線陣列502。在(FDM系統(tǒng)中，由于多徑傳播，透 過兩個(gè)或者多個(gè)路徑，無線信道到達(dá)接收天線。多徑的起因包括大氣波管（atmospheric ducting)、電離層反射（ionos地eric reflection) W及折射(refraction)，W及水體W及 陸地物體的反射，例如山峰W及建筑。多徑的影響包含干擾W及信號的相移（phase shifting)。透過不同路徑到達(dá)的信號的幅度具有一個(gè)瑞利分布(Raylei曲dist;r;Lbution) 的分布，瑞利分布作為瑞利衰落而被熟知。一個(gè)成分，典型地LOS路徑成分，首先到達(dá)，W及 主導(dǎo)如線521所描繪的分布。其他具有衰落的成分(NLOS路徑)在稍晚時(shí)間到達(dá)，W及如線 522所描繪。
[0036] 在圖5的例子中，PRS從天線陣列502所發(fā)出，W及在化中被天線512所接收。從 ENB50巧IlURSl 1的時(shí)刻Tl的DL信迸晌巧h(n)表示如下：
[0037]
[003引 （J)O = Q
[0039] 其中
[0040] -L是與電磁路徑數(shù)量等效的已接收脈沖的數(shù)量。
[0041] -1為路徑索引，其中1 = 0為LOS路徑，ho為用于LOS路徑的信道，W及(60 = (1為用于 LOS路徑的AoD。
[0042] -d)功路徑 1 的AoD。
[0043] -a( d) 1)為路徑1的天線響應(yīng)。
[0044] -a(c〇h〇表示LOS路徑的已接收脈沖的幅度W及相位。
[0045] -a( (61化1，1辛0表示路徑1的已接收脈沖的幅度W及相位。
[0046] 圖6為從服務(wù)小區(qū)、第一相鄰小區(qū)IW及第二相鄰小區(qū)2到UE的不同化信道的示意 圖。在使用PRS估計(jì)信道之后，用于每一化信道的LOS路徑可W從T0A/TD0A估計(jì)和評估AoD估 計(jì)中提取。在圖6的例子中，服務(wù)基站配置有多個(gè)天線W及將TX波束成形用于PRS傳輸。所 W，使用TX波束成形的已測量LOS路徑可W表示為：
[0047]
[004引
[0049] k:測量索引 (OFDM符號索引）
[0050] Wk:測量k上的波束成形矢量
[00引]Nt: TX天線數(shù)量
[0化2]
[0053] LOS路徑測量的品質(zhì)對于定位效能有大影響。如果LOS路徑索引錯(cuò)誤，那么錯(cuò)誤的 LOS路徑可能被用于隨后的AoD估計(jì)。既然LOS路徑索引正確，LOS路徑測量的SNR對于AoD估 計(jì)是重要的。為了得到更好信道估計(jì)W及LOS路徑索引，不止估計(jì)LOS路徑的路徑索引，聯(lián)合 估計(jì)全信道路徑W及對應(yīng)索引。更具體地，可W使用"壓縮感知(compressive sensing)"概 念，因?yàn)榕c頻域的參考信號數(shù)量相比，可用信道路徑在時(shí)域相對稀疏(sparse)。
[0054] 圖7為LOS路徑測量的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在圖7的例子中，LOS路徑為已估計(jì)CIR 的第一路徑。已經(jīng)估計(jì)CIR意味著上述段落中表示的信道估計(jì)，例如"壓縮感知 (compressive sensing)"概念用于估計(jì)CIR。在已估計(jì)CIR中，存在一些具有小功率的噪聲 抽頭，如圖7的左側(cè)示意圖所示。信道抽頭歸零(tapzeroing)為將運(yùn)些具有已計(jì)算闊值的噪 聲抽頭歸零。該闊值為對應(yīng)噪聲功率。所W，可W提取第一LOS路徑，如圖7的右側(cè)示意圖所 /J、- O
[0055] 更具體地，噪聲功率估計(jì)W及頻域的SNR估計(jì)可W基于下列方程式而實(shí)施：
[0化6]
[0化7]
[0化引
[0化9] :信道估計(jì)上的噪聲功率
[0060] CT/;:信道功率
[0061 ] :信道加噪聲功率
[0062] P:信道與估計(jì)噪聲功率的比
[0063] 既然信道對估計(jì)噪聲功率比，W及信道估計(jì)上的噪聲功率都為未知，我們可W透 過如下方法估計(jì)他們：
[0064]
[00 化]
[0066] 6,::已估計(jì)CIR
[0067] F:采樣矩陣，從完整的FFT矩陣而重建
[006引 % :PRS上的初始信道估計(jì)
[0069] G:初始信道估計(jì)上的子空間追蹤(subspace pursuit)的增益
[0070] LOS路徑測量之后，LOS路徑索引可W用于得到每一 PRS的對應(yīng)TOA測量，其中TOA測 量可W被用于進(jìn)一步得到服務(wù)基站W(wǎng)及兩個(gè)相鄰基站發(fā)出的PRS之間的TD0A。舉例說明，請 回來參考圖6,時(shí)間t0、tm及t2表示分別來自服務(wù)小區(qū)，相鄰小區(qū)m及相鄰小區(qū)2的PRS的 TOA測量。然后to, tl W及t2之間的時(shí)間差被用于得到TDOA測量。進(jìn)一步說，AoD估計(jì)可W基 于LTE 0抑M化中LOS路徑測量而實(shí)施。在LTE中，ENBW及肥彼此根據(jù)預(yù)定無線帖格式，透過 發(fā)送W及接收無線信號中承載的數(shù)據(jù)而進(jìn)行通信。每一無線帖包含10個(gè)子帖，W及每個(gè)子 帖包含8個(gè)OFDM符號。所W，在一個(gè)子帖中有8個(gè)測量。測量矢量m的概率密度函數(shù)稱為P (m)。 在估計(jì)理論中，P(m)有時(shí)稱作似然（1化elihood)函數(shù)。如果概率密度為高斯型(Gaussian)， 運(yùn)個(gè)函數(shù)可W透過自己的平均值yW及方差O 2而決定。典型地，p(m)可W表達(dá)為如下形式：
[0071]
[0072] 為了解運(yùn)個(gè)似然函數(shù)，可W用兩個(gè)方式。第一方式為最大似然（maximum likelihood,ML)解法，W及第二個(gè)是最小均方差(minimum mean square error,MMSE)解 法。
[0073] ML 解法：
[0074]
[0075]
[0076]
[0077]
[0078] 波束成形矢量W為獨(dú)特的（distinct), W及在解該方程式之前為肥所知。在一個(gè)例 子中，使用8X8FFT矩陣，W及在此情況下，該矩陣幾個(gè)列被提取出來，Nt含M=8。
[00巧]ML解可W透過最大期望化xpec化tion-Maximization，EM)算法而解出，其中，EM算 法為在丟失變量情況下迭代達(dá)到ML解的有效算法。LOS信道ho運(yùn)里被當(dāng)做丟失變量。算法 包含E步驟W及M步驟。
[0080] E 步驟：
[i
[i
[i
[i
[i S t
[0086] 請回來參考圖2,在TDOA估計(jì)W及AoD估計(jì)之后，肥準(zhǔn)備好使用兩個(gè)未知參數(shù)xW及 y，而解出自己的位置目= [x，y，z]T'其中Z被x，yW及AoDa所代替。為了簡化，使用迭代最小平 方方法W得到最大似然解：
[0087]
[0088] 其中
[0089] -R為到每一個(gè)基站的距離差
[0090] -d為到每一個(gè)基站的距離
[0091] -H 為化 CObian 矩陣
[0092] -k為迭代索引
[0093]
[0094]
[00M]圖8為修正3D OTDOA雅可比矩陣的示意圖。用于肥的位置的非線性函數(shù)目=[x，y, z]T可W透過第一級泰勒級數(shù)展開而解出，線性化成本函數(shù)，W及在每次迭代得到最小平方 解。
[0096]
[0097]
[009引
[0099] 圖9為根據(jù)一個(gè)新穎方面，使用降低成本，實(shí)施精確3D基于OTDOA定位算法的方法 流程示意圖。在步驟901中，肥從多個(gè)基站收到多個(gè)PRS?；景?wù)基站W(wǎng)及兩個(gè)相鄰基 站。步驟902中，肥估計(jì)多個(gè)LOS路徑W及對應(yīng)PRS索引W得到TOA W及TDOA測量。步驟903中， 肥基于來自服務(wù)基站的已估計(jì)LOS路徑，而估計(jì)俯仰角。步驟904中，如果肥知道多個(gè)基站的 坐標(biāo)，UE基于TDOA測量W及俯仰角而計(jì)算肥位置。否則，如果UE不知道多個(gè)基站的坐標(biāo)，然 后肥發(fā)送T0A/TD0A測量W及俯仰角給服務(wù)基站。服務(wù)基站然后能夠基于已接收信息相應(yīng)地 計(jì)算肥位置。
[0100] 雖然本發(fā)明聯(lián)系特定實(shí)施例用于說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不W此為限制。相應(yīng)地， 所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神范圍內(nèi)可W對所掲示實(shí)施例的多個(gè)特征進(jìn)行潤飾 修改W及組合，本發(fā)明保護(hù)范圍W權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種方法，包含： (a) 無線通信網(wǎng)絡(luò)中，透過用戶設(shè)備UE從多個(gè)基站接收多個(gè)定位參考信號PRS; (b) UE估計(jì)多個(gè)直達(dá)LOS路徑以及多個(gè)PRS的索引以得到到達(dá)時(shí)間TOA以及到達(dá)時(shí)間差 TDOA測量； (c) 基于來自服務(wù)基站的PRS的已估計(jì)多個(gè)LOS路徑，估計(jì)該UE的俯仰角；以及 (d) 如果該UE知道該多個(gè)基站的位置，基于該TOA/TDOA測量以及該俯仰角計(jì)算UE位置。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包含： 如果該UE不知道該多個(gè)基站的位置，發(fā)送該TOA/TDOA測量以及該俯仰角給該服務(wù)基 站。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該多個(gè)基站包含該服務(wù)基站以及兩個(gè)相鄰基 站。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，來自該服務(wù)基站的該P(yáng)RS的LOS路徑為已估計(jì) 信道脈沖響應(yīng)CIR的第一路徑。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用多個(gè)天線中不同的波束成形矢量，而應(yīng) 用來自該服務(wù)基站在多個(gè)OFDM符號上的PRS傳輸。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，來自該服務(wù)基站的該P(yáng)RS的L0S路徑與該波束 成形矢量以及天線響應(yīng)相關(guān)，其中該天線響應(yīng)為與該UE的該俯仰角相關(guān)。7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該UE基于該多個(gè)L0S路徑的測量而估計(jì)該俯 仰角，其中該多個(gè)L0S路徑的測量對應(yīng)一個(gè)子幀的多個(gè)OFDM符號。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該UE估計(jì)該俯仰角，透過使用最大期望，解該 多個(gè)L0S路徑的測量的最大似然函數(shù)。9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，透過解出三維UE坐標(biāo)[X，y，z ]而計(jì)算該UE位 置，以及其中垂直坐標(biāo)z為以坐標(biāo)X以及y，以及與該服務(wù)基站位置相關(guān)的該俯仰角所表示。10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該計(jì)算包含解該UE位置的最大似然函數(shù)。11. 一種用戶設(shè)備，包含： 接收器，在無線通信網(wǎng)絡(luò)中從多個(gè)基站接收多個(gè)定位參考信號PRS; 信道估計(jì)模塊，估計(jì)多個(gè)直達(dá)L0S路徑以及對應(yīng)該多個(gè)PRS的索引，以得到到達(dá)時(shí)間T0A 以及到達(dá)時(shí)間差TD0A測量； 俯仰角估計(jì)模塊，基于來自服務(wù)基站的PRS的已估計(jì)L0S路徑而估計(jì)該用戶設(shè)備的俯仰 角；以及 定位模塊，如果該用戶設(shè)備知道多個(gè)基站的位置，基于該TOA/TDOA測量以及該俯仰角 而計(jì)算用戶設(shè)備位置。12. 如權(quán)利要求11所述的用戶設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包含： 發(fā)送器，發(fā)送該TOA/TDOA測量以及該俯仰角給該服務(wù)基站，如果該用戶設(shè)備不知道該 多個(gè)基站的位置。13. 如權(quán)利要求11所述的用戶設(shè)備，其特征在于，該多個(gè)基站包含該服務(wù)基站以及兩個(gè) 相鄰基站。14. 如權(quán)利要求11所述的用戶設(shè)備，其特征在于，來自該服務(wù)基站的該P(yáng)RS的L0S路徑為 已估計(jì)CIR的第一路徑。15. 如權(quán)利要求11所述的用戶設(shè)備，其特征在于，使用多個(gè)天線中不同波束成形矢量， 而應(yīng)用來自該服務(wù)基站在多個(gè)OFDM符號上的PRS傳輸。16. 如權(quán)利要求15所述的用戶設(shè)備，其特征在于，來自該服務(wù)基站的該P(yáng)RS的L0S路徑與 該波束成形矢量以及天線響應(yīng)相關(guān)，其中該天線響應(yīng)與該用戶設(shè)備的該俯仰角相關(guān)。17. 如權(quán)利要求15所述的用戶設(shè)備，其特征在于，該用戶設(shè)備基于多個(gè)L0S路徑測量估 計(jì)該俯仰角，其中該多個(gè)L0S路徑測量對應(yīng)一個(gè)子幀中的多個(gè)OFDM符號。18. 如權(quán)利要求17所述的用戶設(shè)備，其特征在于，該用戶設(shè)備使用最大期望，透過解該 多個(gè)L0S路徑的最大似然函數(shù)，而估計(jì)該俯仰角。19. 如權(quán)利要求11所述的用戶設(shè)備，其特征在于，該用戶設(shè)備位置透過解三維用戶設(shè)備 坐標(biāo)[x，y，z]而進(jìn)行計(jì)算，以及其中垂直坐標(biāo)由坐標(biāo)X以及y，以及與該服務(wù)基站位置相關(guān)的 該俯仰角表示。20. 如權(quán)利要求19所述的用戶設(shè)備，其特征在于，該計(jì)算包含解該用戶設(shè)備位置的最大 似然函數(shù)。
【文檔編號】H04B7/06GK105850055SQ201480068213
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月26日
【發(fā)明人】吳文榕, 王運(yùn)凱
【申請人】聯(lián)發(fā)科技（新加坡）私人有限公司