一种移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统及方法，属于移动通信技术领域，终端选定服务小区，且进入连接模式之后，发起终端定位需求，网络将通过连接模式配置本小区基站及邻近小区基站的定位参考信号参数。终端根据定位参考信号计算出定位参考信号的到达时间TOA值。然后利用TOA值计算出观察到达时间差OTDOA值。终端收集足够多的定位测量样本OTDOA值，将上报给服务小区基站，由网络计算出终端的具体位置，完成判定静止终端位置是否发生改变。是否发生改变。是否发生改变。

【技术实现步骤摘要】
一种移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统及方法


[0001]本专利技术属于移动通信
，涉及一种移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统及方法。

技术介绍

[0002]观察到达时间差定位方法OTDOA是基于下行链路的终端UE定位技术之一。该技术使用参考信号定时差RSTD或到达时间差TDOA测量，通过使用双曲线理论来执行多点测量或三点测量。RSTD是相邻5G基站gNB和参考gNB(可能是服务小区)之间的相对定时差，如TS 38.215第5.1.29节所定义。对于OTDOA技术，定位参考信号PRS由一组相邻gNB与服务gNB一起发送。在这种情况下，一个gNB充当RSTD测量的参考小区。为了避免RSTD测量中的同步误差，所有gNB同时发送PRS(这意味着来自所有gNB的PRS同步传输)。在UE侧估计来自不同gNB的PRS信号的到达时间TOA。为一组相邻的gNB和参考gNB对计算RSTD值，相邻gNB之间的RSTD值RSTD
j,i
＝TOA
j
‑
TOA
i
为一对gNB获得的每个RSTD值对应于假设UE位于其上的双曲线方程，焦点位于这些gNB处。从一组RSTD值推导出一组双曲线方程，并对方程进行求解以估计UE位置。这个过程被称为多点定位。涉及一个参考gNB和两个相邻gNB的多边定位过程被称为三边测量(即，在2
‑
D中UE定位的最低要求的情况)。
[0003]图1显示了具有一个参考gNB(在这种情况下是服务gNB)和两个相邻gNB的定位场景。基于UE和gNB之间的地理距离，所有gNB发送的PRS信号在不同的定时提前量TOA在UE侧被接收(TOA1,TOA2和TOA3)。从由这三个gNB组成的网络中，从TOA值中获得两个RSTD值。每个RSTD值对应于双曲线方程，假设UE位于该双曲线方程上，可以通过求解这两个双曲线方程，得到UE在二维中的位置。从理论上，只要准确知道三个gNB基站位置，以及三个gNB基站到终端的定时偏差，即RSTD
1,0
和RSTD
2,0
就可以毫无误差计算出终端的位置。但是在实际工程中，在接收端，终端首先进行下行同步，即终端需要完成和参考基站之间的下行定时同步，然后终端将分别通过三个gNB的PRS信号，计算出三个基站PRS到终端的到达时间TOA。下面将存在三个因数影响到终端对TOA的计算精度，当然也就影响到RSTD
1,0
和RSTD
2,0
的精度：
[0004]第一：基站gNB发送PRS参考信号，通过无线电波传输到终端，无线信道存在多径、折射、绕射、散射等因数，导致了终端接收到gNB发送的PRS定位参考信号和真实理论到达定时存在偏差。
[0005]第二：终端接收gNB发送的参考信号，采用相关计算方法，在计算相关时，5G NR帧结构中两个点的时间间隔是固定的，即称为T
c
，这个和5G NR子载波间隔有关系。也就是说5G NR支持最高精度由T
c
长度决定。假设采用5G NR的子载波间隔480KHz，那么T
c
≈0.5ns。假设采用光速计算，约为0.509
×
10
‑9×3×
108＝0.1527米。在同步和相关计算中，理论上会存在前后差一个T
c
，那么每次测量理论上将存在0.6108米的偏差。
[0006]第三：在仿真和实测中，终端测量真实位置和计算得到的位置差距较大，一般达到十几米，和全球定位系统精度差距甚远，无法在实际工程中推广应用。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于针对移动通信网络定位不准确问题，提出了一种移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统及方法，移动终端进行多次位置定位，然后采用运行平均方法，来确定静止物体是否发生移动的方法。终端选定服务小区，且进入连接模式之后，发起终端定位需求，网络将通过连接模式配置本小区基站及邻近小区基站的定位参考信号参数。终端根据定位参考信号计算出定位参考信号的到达时间TOA值。然后利用TOA值计算出观察到达时间差OTDOA值。终端收集足够多的定位测量样本OTDOA值，将上报给服务小区基站，由网络计算出终端的具体位置，完成判定静止终端位置是否发生改变。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一方面本专利技术提供一种移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统，包括设置在终端内的TOA测量模块、OTDOA测量模块和OTDOA保存模块，以及设置在网络侧的定位计算模块；
[0010]所述TOA测量模块用于将终端在本地生成的定位参考信号，和接收到小区基站发送的定位参考信号进行计算，搜索最大相关峰值位置，基于服务小区下行帧定时计算出小区基站发送定位参考信号的到达时间TOA；
[0011]所述OTDOA测量模块用于根据接收来自不同小区基站的定位参考信号的到达时间TOA，计算各小区之间的观察到达时间差值OTDOA；
[0012]所述OTDOA保存模块用于保存测量到的所有OTDOA值，同时保存计算OTDOA值的小区基站标识；
[0013]所述定位计算模块采用运行平均方法，所有基站精确位置，以及每个时刻的两个观察到达时间差OTDOA值，计算出终端具体位置。
[0014]进一步，TOA测量模块中，如果终端同一时刻测量到多余3个小区基站的TOA值，则依次取相关峰最大的3个小区基站的TOA值。
[0015]进一步，所述OTDOA测量模块中，终端根据接收来自不同小区基站的定位参考信号的到达时间，假设第1个小区基站参考信号到达时间为TOA1，第2个邻近小区参考信号到达时间为TOA2，第3个邻近小区参考信号到达时间为TOA3，计算出小区基站1和2的观察到达时间差值为OTDOA
1,2
＝TOA1‑
TOA2，计算出小区基站1和3的观察到达时间差值为OTDOA
1,3
＝TOA1‑
TOA3。
[0016]进一步，所述OTDOA保存模块中，每个测量时刻保存两个OTDOA值，以及对应小区基站标识，成为一个定位测量样本；终端收集N个定位测量样本时，将收集定位测量样本上报给网络。
[0017]另一方面，本专利技术提供一种移动通信网络中利用多次采样的高精度定位方法，包括以下步骤：
[0018]S1：终端附近小区基站严格保持同步状态；
[0019]S2：终端进入连接模式，网络配置给终端服务小区基站及邻近小区基站的定位参考信号参数；
[0020]S3：终端在本地生成小区基站的定位参考信号，和接收到来自小区基站的定位参考信号进行相关计算，记录相关峰值及相对于当前服务小区的到达时间差OTDOA；
[0021]S4：每个测量时刻，根据每个邻近小区基站的定位参考信号都可以得到一个TOA
值，
[0022]终端保留定位参考信号最大相关峰的3个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统，其特征在于：包括设置在终端内的TOA测量模块、OTDOA测量模块和OTDOA保存模块，以及设置在网络侧的定位计算模块；所述TOA测量模块用于将终端在本地生成的定位参考信号，和接收到小区基站发送的定位参考信号进行计算，搜索最大相关峰值位置，基于服务小区下行帧定时计算出小区基站发送定位参考信号的到达时间TOA；所述OTDOA测量模块用于根据接收来自不同小区基站的定位参考信号的到达时间TOA，计算各小区之间的观察到达时间差值OTDOA；所述OTDOA保存模块用于保存测量到的所有OTDOA值，同时保存计算OTDOA值的小区基站标识；所述定位计算模块采用运行平均方法，所有基站精确位置，以及每个时刻的两个观察到达时间差OTDOA值，计算出终端具体位置。2.根据权利要求1所述的移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统，其特征在于：TOA测量模块中，如果终端同一时刻测量到多余3个小区基站的TOA值，则依次取相关峰最大的3个小区基站的TOA值。3.根据权利要求1所述的移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统，其特征在于：所述OTDOA测量模块中，终端根据接收来自不同小区基站的定位参考信号的到达时间，假设第1个小区基站参考信号到达时间为TOA1，第2个邻近小区参考信号到达时间为TOA2，第3个邻近小区参考信号到达时间为TOA3，计算出小区基站1和2的观察到达时间差值为OTDOA
1,2
＝TOA1‑
TOA2，计算出小区基站1和3的观察到达时间差值为OTDOA
1,3
＝TOA1‑
TOA3。4.根据权利要求1所述的移动通信网络中利用多次采样的高精度定位系统，其特征在于：所述OTDOA保存模块中，每个测量时刻保存两个OTDOA值，以及对应小区基站标识，成为一个定位测量样本；终端收集N个定位测量样本时，将收集定位测量样本上报给网络。5.一种移动通信网络中利用多次采样的高精度定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：终端...

【专利技术属性】
技术研发人员：段红光，任晓宁，郑建宏，罗一静，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：