專利名稱：用于提高定位精度的信道估計(jì)方法
用于提高定位精度的信道估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)定位領(lǐng)域，特別涉及一種用于提高無線定位精度的信道狀態(tài)估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
無線網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同定位技術(shù)使 得在公共場(chǎng)所對(duì)物體和人物的跟蹤、商業(yè)和軍事服務(wù)應(yīng)用程序開發(fā)成為可能。典型例子包括倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存和設(shè)備的跟蹤、醫(yī)院的病人和醫(yī)療設(shè)備的跟蹤，以及消防人員和戰(zhàn)場(chǎng)部隊(duì)的跟蹤等。無線網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)大大降低了部署和維護(hù)成本。使用UWB (超寬帶)、CSS (線性序列擴(kuò)頻)等無線電技術(shù)的TOA(到達(dá)時(shí)間)的測(cè)距方法，可以提供較高的定位精度。對(duì)于一個(gè)典型的無線網(wǎng)絡(luò)，定位性能高度依賴于傳播信道的條件。對(duì)于在LOS(視距傳播)信道狀態(tài)下的測(cè)距，DP是最強(qiáng)路徑，UWB、CSS等無線網(wǎng)絡(luò)能夠提供很聞的測(cè)距精度。不幸的是，在NLOS信道狀態(tài)下的距離測(cè)量面臨更加困難的挑戰(zhàn)，因?yàn)镈P能被檢測(cè)至|J，但卻被削弱或被完全阻斷。在前者的情況下，測(cè)距性能稍微降低，因?yàn)镈P不是最強(qiáng)路徑。在后一種情況下，由于障礙物的過多阻擋，DP嚴(yán)重衰減并被嚴(yán)重阻塞，而測(cè)距精度明顯降低。在此惡劣的條件下，使用最強(qiáng)路徑或使用可識(shí)別的首至波進(jìn)行距離估計(jì)則將得到一個(gè)正偏差。這種正偏差可以是非常大的，因此不利于整體的定位精度，特別是當(dāng)定位算法不加區(qū)別地使用所有可用的測(cè)距測(cè)量值的時(shí)候更加嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種估計(jì)信道傳播狀態(tài)的方法，準(zhǔn)確地估計(jì)與距離測(cè)量值相關(guān)的信道狀態(tài)，并利用信道傳播狀態(tài)的估計(jì)結(jié)果，提高無線網(wǎng)絡(luò)的定位精度。為了達(dá)到本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種信道狀態(tài)識(shí)別算法，該識(shí)別算法結(jié)合了 TOA測(cè)量值和AGC值，并利用先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)信道模型信息來計(jì)算每個(gè)信道狀態(tài)的概率?？梢詫o線網(wǎng)絡(luò)中的信道狀態(tài)分為三類，如下DLOS信道發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的DP通暢，因此在發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間，直接路徑中包含了總的接收信號(hào)功率中的有效部分。2) NLOS-DP信道L0S是被阻礙的，但在發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的DP信號(hào)是衰減的，并可被檢測(cè)到。根據(jù)接收器的靈敏度，一些直接路徑的信號(hào)可以被接收。3) NLOS-NDP通道L0S被阻礙的，在發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的DP信號(hào)被完全阻斷，因此在接收機(jī)處不能被檢測(cè)到能量。在此，這三個(gè)信道狀態(tài)分別表示為Ctl, C1和c2。在實(shí)際配置環(huán)境中，無線網(wǎng)絡(luò)中鏈路往往混合所有三個(gè)信道狀態(tài)。ith和jth兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，我們給定一個(gè)基于TOA的距離估計(jì)值^和AGC測(cè)量值/ ，我們計(jì)算給定信道的條件概率P(GpAgt)，首先我們規(guī)定它是可以利用貝葉斯公式計(jì)算的，
權(quán)利要求
1.一種用于提高定位精度的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)ith和jth，通過基于TOA測(cè)量的距離估計(jì)值》,及AGC測(cè)量值，計(jì)算條件概率AC, 以判斷目前屬于哪種信道傳播狀態(tài)； 獲得信道狀態(tài)估計(jì)后，使用“軟權(quán)重”和“硬權(quán)重”兩種權(quán)重分配方案分配鏈路的權(quán)重值，通過鏈路上的權(quán)重值，計(jì)算出節(jié)點(diǎn)i位置6 =[天，j)J的最小二乘解，以獲得較高精度的定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信道狀態(tài)估計(jì)算法，對(duì)于條件概率的計(jì)算，其特征在于，所述的條件概率AC, \d, ragc)，是可以利用貝葉斯公式計(jì)算的，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的條件概率的計(jì)算方法，對(duì)所述的某給定信道狀態(tài)的出現(xiàn)概率/7(C,卩)的計(jì)算，其特征在于，所述方法中，PiCl p河以類似使用貝葉斯公式得到，即
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的條件概率的計(jì)算方法，對(duì)于路徑損耗模型，其特征在于，該模型描述了距離與功率的關(guān)系，路徑損耗模型PL通常由以下式子給出 PL = P0+10 a Iog10 (d) + X， 式中，Ptl是路徑損耗的基準(zhǔn)距離，通常為lm，a是路徑損耗指數(shù)，X是服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布的遮蔽衰退分量； 對(duì)于NLOS信道，路徑損耗通常適合以下給出的兩式模型
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對(duì)條件概率的計(jì)算方法，對(duì)于的計(jì)算，其特征在于，所述方法中概率分布函數(shù)將會(huì)通過j必來賦權(quán)重，這是一個(gè)由和P(Ck)組成的函數(shù)。在NLOS信道狀態(tài)下，因?yàn)镈P隨著距離的增加而變得越來越容易被阻塞，/Mc1)是彳的單調(diào)遞減函數(shù)，/0|C2)是j的單調(diào)遞增函數(shù)，可以用下式代替計(jì)算
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的權(quán)重分配方法，其特征在于，所述方法為了降低NLOS引起的測(cè)距誤差，提高定位精度，所述方法中包含的“硬”權(quán)重和“軟”權(quán)重分配方法如下 通過比較Mc|tUge)在所有三個(gè)信道狀態(tài)下的概率值，“硬”決策即選擇撮大的那個(gè)信道狀態(tài)，即
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的對(duì)節(jié)點(diǎn)位置4= 的求解，其特征在于，一旦每條鏈路的權(quán)重被決定下來，節(jié)點(diǎn)i，(i G S)的位置6 = 的最小二乘解可以由最小化代價(jià)函數(shù)得至IJ，代價(jià)函數(shù)如下
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于提高定位精度的信道估計(jì)方法。該方法包括利用TOA測(cè)量值及AGC(自動(dòng)增益控制)值，結(jié)合先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)信道模型信息計(jì)算每種信道狀態(tài)的概率；可使用“軟權(quán)重”和“硬權(quán)重”兩種權(quán)重分配方案來利用信道狀態(tài)估計(jì)信息，從而提高定位精度。本發(fā)明通過利用TOA和AGC測(cè)量值，可以有效區(qū)分LOS(視距傳播)、NLOS-DP(非視距傳播-直接路徑可用)及NLOS-NDP(非視距傳播-直接路徑阻斷)三種信號(hào)傳播狀態(tài)，相對(duì)于盲信道定位方法，可有效提高定位精度。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102970257SQ20121052436
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者梁久禎, 鄭棟, 柴志雷 申請(qǐng)人:江南大學(xué)