CN113747565B - 一种天线阵列实现无线终端定位系统 - Google Patents
一种天线阵列实现无线终端定位系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113747565B CN113747565B CN202110886946.2A CN202110886946A CN113747565B CN 113747565 B CN113747565 B CN 113747565B CN 202110886946 A CN202110886946 A CN 202110886946A CN 113747565 B CN113747565 B CN 113747565B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- positioning
- antenna array
- terminal
- base station
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 3
- 241001441724 Tetraodontidae Species 0.000 claims description 2
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/0404—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas the mobile station comprising multiple antennas, e.g. to provide uplink diversity
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/0413—MIMO systems
- H04B7/0456—Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
- H04W12/03—Protecting confidentiality, e.g. by encryption
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明属于定位信息技术领域，尤其是涉及一种天线阵列实现无线终端定位系统，包括定位平台、微基站设备、天线阵列模块和多个监控装置，所述定位平台包括功能配置单元、终端信号统计单元和位置分析单元，所述微基站设备与外部的终端之间持续通信连接，所述天线阵列模块轮询采集各个点位的终端信号强度，且天线阵列模块中设置有定位算法并精确计算出终端位置，所述监控装置包括相机设备，且相机设备实行人脸采集并与IMSI同步定位。本发明采用天线阵列设计，一台基站代替多台基站，进行多点位信号采集；采用天线阵列设计，避免了传统方案中多台基站之间的硬件差异导致的接收信号偏差，并且支持8路天线信号采集，缩减了基站成本。
Description
技术领域
本发明涉及定位信息技术领域，尤其涉及一种天线阵列实现无线终端定位系统。
背景技术
定位技术是无线通信系统中一项重要的技术。无线网络通过射频信号来传输数据，射频信号在传输过程中会发生衰减，因此，距离越远，射频信号的信号强度越小。现有的定位技术利用信号强度与距离的关系，通过扫描无线终端的信号强度，从而判断无线终端的距离，实现定位。由于射频信号是以球面向外扩撒的，无线终端在球面上任意一点发射的射频信号的信号强度到球心的距离都是相同的，因此仅通过信号强度判断无线终端的距离，实现无线终端定位，只能大致的推算出无线终端在一定距离的范围内，无法判断无线终端相对于定位系统的方向，无法准确的定位无线终端的具体物理位置。
此外，射频信号在传输过程中会存在衍射、折射干扰，推算出的距离范围精度不高。然而，传统的多点定位的系统，成本又比较高。
为此，我们提出一种天线阵列实现无线终端定位系统来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种天线阵列实现无线终端定位系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种天线阵列实现无线终端定位系统，包括定位平台、微基站设备、天线阵列模块和多个监控装置，所述定位平台包括功能配置单元、终端信号统计单元和位置分析单元，所述微基站设备与外部的终端之间持续通信连接，所述天线阵列模块轮询采集各个点位的终端信号强度，且天线阵列模块中设置有定位算法并精确计算出终端位置，所述监控装置包括相机设备，且相机设备实行人脸采集并与IMSI同步定位。
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述定位平台部署在PC上使用，且定位平台负责系统的配置、终端信号统计以及位置分析功能，所述定位平台与微基站设备之间采用BLOWFISH加密算法对数据进行加密，所述定位平台内设置有控制单元，且控制单元用于根据用户的设置向天线阵列模块发送设置信息或指令信息，还用于接收来自天线阵列模块的表示定位终端的精确位置信息；所述天线阵列模块中设置有服务单元，且服务单元用于根据来自控制单元的控制信息向定位终端发送工作指令，并接收来自定位终端的精确定位结果，根据定位终端上报的信息，计算定位终端的精确位置并推送到控制单元。
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述天线阵列模块中包括发射天线和多个接收天线，所述微基站设备的输出端与发射天线的输入端连接，多个所述接收天线与微基站设备之间通过切换模块连接。
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，多个所述接收天线分别与不同区域内的相机设备连接，且相机设备负责采集人脸并配合定位算法实现人脸与终端同步定位，所述微基站设备与终端之间采用标准3GPP通信协议并支持4G/5G网络的全频段信号采集，且微基站设备支持连接所有LTE手机及NSA的5G手机。
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述定位算法采用天线阵列控制算法，所述天线阵列控制算法在3GPP4G LTE/5GNR系统中支持8个接收天线，且天线阵列控制算法的目的是通过确定阵元的激励幅度、相位、阵元位置等参数，使天线阵的方向图满足一定的要求，所述天线阵列控制算法的辐射特性取决于阵列阵元数目、分布形式、单元间距、激励幅度和相位。
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述单元间距在设计天线时需首先确保阵元间距大于λ/2，否则会产生栅瓣，消耗主瓣功率，并且可将阵元的位置误差看成是一个随机变量，将位置误差等效成相位误差进行处理；所述激励幅度时在激励均匀分布的基础上为满足更高的要求获得更低的副瓣电平，更好的方向性系数，并且可以对阵元的激励幅度采用不同的加权方式；所述相位通常采用移相的方式来实现，可以将其看成一个随机变量，满足一定的概率分布并具体分析相位误差对于波束指向的影响。
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述位置误差是假设单元位置误差的概率密度服从某种分布，并且假设单元位置误差是独立的，给出单元位置误差方差与副瓣电平的关系；通常假设二维面阵中共有M·N个阵列，沿x方向为1～M，沿y方向为1～N，
单元间距为(dx,dy,dz)，定义相对误差如下：
则其对应的阵因子可写为：
式中u,v,k的定义如下：
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述在LTE系统中通常采用基于码本的预编码矩阵计算，在接收端根据估计所得的CSI进行量化后发送对应的码本信息帮助基站选择场景，获得的预编码矩阵更加精确。
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述定位平台中还设置有存储单元，且存储单元中设置有用于收集多个定位终端位置信息的数据库。
与现有技术相比，本一种天线阵列实现无线终端定位系统的优点在于：
(1)安全性高
本发明中的定位平台与微基站设备之间采用BLOWFISH加密算法对数据进行加密；基站与终端之间采用标准3GPP通信协议。
(2)创新性强
本发明采用天线阵列设计，一台基站代替多台基站，进行多点位信号采集；采用天线阵列设计，避免了传统方案中多台基站之间的硬件差异导致的接收信号偏差。
(3)适用性强
本发明采用3GPP标准通信协议，支持4G网络的全频段信号采集；支持连接所有LTE手机及NSA的5G手机。
(4)成本低
本发明采用天线阵列设计，支持8路天线信号采集，缩减了基站成本。
附图说明
图1为本发明提出的一种天线阵列实现无线终端定位系统的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例
参照图1，一种天线阵列实现无线终端定位系统，包括定位平台、微基站设备、天线阵列模块和多个监控装置，定位平台包括功能配置单元、终端信号统计单元和位置分析单元，微基站设备与外部的终端之间持续通信连接，天线阵列模块轮询采集各个点位的终端信号强度，且天线阵列模块中设置有定位算法并精确计算出终端位置，监控装置包括相机设备，且相机设备实行人脸采集并与IMSI同步定位。
其中，定位平台部署在PC上使用，且定位平台负责系统的配置、终端信号统计以及位置分析功能，定位平台与微基站设备之间采用BLOWFISH加密算法对数据进行加密，定位平台内设置有控制单元，且控制单元用于根据用户的设置向天线阵列模块发送设置信息或指令信息，还用于接收来自天线阵列模块的表示定位终端的精确位置信息；天线阵列模块中设置有服务单元，且服务单元用于根据来自控制单元的控制信息向定位终端发送工作指令，并接收来自定位终端的精确定位结果，根据定位终端上报的信息，计算定位终端的精确位置并推送到控制单元。
其中，天线阵列模块中包括发射天线和多个接收天线，微基站设备的输出端与发射天线的输入端连接，多个接收天线与微基站设备之间通过切换模块连接。
进一步的，多个接收天线分别与不同区域内的相机设备连接，且相机设备负责采集人脸并配合定位算法实现人脸与终端同步定位，微基站设备与终端之间采用标准3GPP通信协议并支持4G/5G网络的全频段信号采集，且微基站设备支持连接所有LTE手机及NSA的5G手机，具体的，定位算法采用天线阵列控制算法，天线阵列控制算法在3GPP4G LTE/5GNR系统中支持8个接收天线，且天线阵列控制算法的目的是通过确定阵元的激励幅度、相位、阵元位置等参数，使天线阵的方向图满足一定的要求，天线阵列控制算法的辐射特性取决于阵列阵元数目、分布形式、单元间距、激励幅度和相位。
更具体的，单元间距在设计天线时需首先确保阵元间距大于λ/2，否则会产生栅瓣，消耗主瓣功率，并且可将阵元的位置误差看成是一个随机变量，将位置误差等效成相位误差进行处理；激励幅度时在激励均匀分布的基础上为满足更高的要求获得更低的副瓣电平，更好的方向性系数，并且可以对阵元的激励幅度采用不同的加权方式；相位通常采用移相的方式来实现，可以将其看成一个随机变量，满足一定的概率分布并具体分析相位误差对于波束指向的影响；进一步，位置误差是假设单元位置误差的概率密度服从某种分布，并且假设单元位置误差是独立的，给出单元位置误差方差与副瓣电平的关系；通常假设二维面阵中共有M·N个阵列，沿x方向为1～M，沿y方向为1～N，
单元间距为(dx,dy,dz)，定义相对误差如下：
则其对应的阵因子可写为：
式中u,v,k的定义如下：
根据阵列信号处理，天线阵列在接收信号过程中可以被当做集中式MIMO雷达，可以通过合成虚拟孔径的方式获得更多的角度分辨率，另外覆盖范围不变时增加天线数目可以降低天线口发射功率，继而可以降低对设备功放线性范围的要求。若单天线发射功率不变，采用多天线发射相当于总的发射功率增加，从而增加覆盖范围。
其中，在LTE系统中通常采用基于码本的预编码矩阵计算，在接收端根据估计所得的CSI进行量化后发送对应的码本信息帮助基站选择场景，获得的预编码矩阵更加精确，通过采用的微基站设备虚拟分区CSI-RS测量也是一种简化的基于虚拟扇区波束的CSI测量方案，根据CSI选择最优波束。
另外，定位平台中还设置有存储单元，且存储单元中设置有用于收集多个定位终端位置信息的数据库，能够对数据进行存储，便于PC设备的调用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种天线阵列实现无线终端定位系统，其特征在于，包括定位平台、微基站设备、天线阵列模块和多个监控装置，所述定位平台包括功能配置单元、终端信号统计单元和位置分析单元，所述微基站设备与外部的终端之间持续通信连接，所述天线阵列模块轮询采集各个点位的终端信号强度，且天线阵列模块中设置有定位算法并精确计算出终端位置，所述监控装置包括相机设备，且相机设备实行人脸采集并与IMSI同步定位；所述天线阵列模块中包括发射天线和多个接收天线，所述微基站设备的输出端与发射天线的输入端连接，多个所述接收天线与微基站设备之间通过切换模块连接；多个所述接收天线分别与不同区域内的相机设备连接，且相机设备负责采集人脸并配合定位算法实现人脸与终端同步定位，所述微基站设备与终端之间采用标准3GPP通信协议并支持4G/5G网络的全频段信号采集，且微基站设备支持连接所有LTE手机及NSA的5G手机；所述定位算法采用天线阵列控制算法，所述天线阵列控制算法在3GPP4G LTE/5GNR系统中支持8个接收天线，且天线阵列控制算法的目的是通过确定阵元的激励幅度、相位、阵元位置参数，使天线阵的方向图满足要求，所述天线阵列控制算法的辐射特性取决于阵列阵元数目、分布形式、单元间距、激励幅度和相位；位置误差是假设单元位置误差的概率密度服从某种分布，并且假设单元位置误差是独立的，给出单元位置误差方差与副瓣电平的关系；假设二维面阵中共有M·N个阵列，沿x方向为1～M，沿y方向为1～N，
单元间距为(dx,dy,dz)，定义相对误差如下：
则其对应的阵因子可写为：
式中u,v,k的定义如下：
2.根据权利要求1所述的一种天线阵列实现无线终端定位系统，其特征在于，所述定位平台部署在PC上使用，且定位平台负责系统的配置、终端信号统计以及位置分析功能，所述定位平台与微基站设备之间采用BLOWFISH加密算法对数据进行加密，所述定位平台内设置有控制单元，且控制单元用于根据用户的设置向天线阵列模块发送设置信息或指令信息，还用于接收来自天线阵列模块的表示定位终端的精确位置信息；所述天线阵列模块中设置有服务单元，且服务单元用于根据来自控制单元的控制信息向定位终端发送工作指令，并接收来自定位终端的精确定位结果，根据定位终端上报的信息，计算定位终端的精确位置并推送到控制单元。
3.根据权利要求1所述的一种天线阵列实现无线终端定位系统，其特征在于，所述LTE手机中LTE系统采用基于码本的预编码矩阵计算，在接收端根据估计所得的CSI进行量化后发送对应的码本信息帮助基站选择场景，获得的预编码矩阵更加精确。
4.根据权利要求1所述的一种天线阵列实现无线终端定位系统，其特征在于，所述定位平台中还设置有存储单元，且存储单元中设置有用于收集多个定位终端位置信息的数据库。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110886946.2A CN113747565B (zh) | 2021-08-03 | 2021-08-03 | 一种天线阵列实现无线终端定位系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110886946.2A CN113747565B (zh) | 2021-08-03 | 2021-08-03 | 一种天线阵列实现无线终端定位系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113747565A CN113747565A (zh) | 2021-12-03 |
| CN113747565B true CN113747565B (zh) | 2024-05-17 |
Family
ID=78729983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110886946.2A Active CN113747565B (zh) | 2021-08-03 | 2021-08-03 | 一种天线阵列实现无线终端定位系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113747565B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108989985A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-11 | 东莞市普灵思智能电子有限公司 | 单节点室内高精度定位系统及定位方法 |
| CN112887899A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-06-01 | 清华大学 | 一种基于单基站软位置信息的定位系统及定位方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110201357A1 (en) * | 2010-02-12 | 2011-08-18 | David Garrett | Method and system for refining a location of a base station and/or a mobile device based on signal strength measurements and corresponding transmitter and/or receiver antenna patterns |
-
2021
- 2021-08-03 CN CN202110886946.2A patent/CN113747565B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108989985A (zh) * | 2018-08-29 | 2018-12-11 | 东莞市普灵思智能电子有限公司 | 单节点室内高精度定位系统及定位方法 |
| CN112887899A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-06-01 | 清华大学 | 一种基于单基站软位置信息的定位系统及定位方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 单脉冲平面缝隙阵列天线设计和误差分析;王伟等;《无线电工程》;19960430(第02期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113747565A (zh) | 2021-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kutty et al. | Beamforming for millimeter wave communications: An inclusive survey | |
| US10511370B2 (en) | Method for beam management for wireless communication system with beamforming | |
| JP5350490B2 (ja) | ビームフォーミング方法、無線通信システム及びコンピュータプログラム | |
| CN102484310B (zh) | 用于天线阵控制的无线网络元件和方法 | |
| US10763941B2 (en) | Method and apparatus for line-of-sight antenna array | |
| EP3952129A1 (en) | Measurement reporting method and apparatus | |
| JP5139462B2 (ja) | セルラー無線ネットワーク内におけるマルチアンテナの配備によって得られる容量および有効範囲の利得を近似し最適化する方法 | |
| CN114144977B (zh) | 波束赋形方法、装置、无线接入网设备及可读存储介质 | |
| CN108155958A (zh) | 大规模mimo天线阵列远场校准系统 | |
| CN114025425B (zh) | 一种智能超表面辅助的无线通信与感知定位一体化方法 | |
| CN114026927B (zh) | 一种角度定位的方法、装置以及设备 | |
| KR20170036722A (ko) | 무선 시스템들에서의 적응적 빔 배치를 위한 방법 | |
| Zou et al. | Beamforming codebook design and performance evaluation for 60GHz wireless communication | |
| CN115278526A (zh) | 终端定位方法、装置、电子设备及存储介质 | |
| Migliore et al. | Power reduction estimation of 5G active antenna systems for human exposure assessment in realistic scenarios | |
| US20230114713A1 (en) | Radio frequency (rf)-based ranging and imaging in a wireless communications circuit, particularly for a wireless communications system (wcs) | |
| CN113747565B (zh) | 一种天线阵列实现无线终端定位系统 | |
| CN112118530B (zh) | 基于wifi信道状态信息的定位系统及方法 | |
| WO2017076311A1 (en) | System and method for large scale multiple input multiple output beamforming | |
| CN112730998B (zh) | 基于近场的大规模阵列天线ota测试方法及系统 | |
| Tsoulos et al. | Adaptive antennas for microcellular and mixed cell environments with DS-CDMA | |
| CN113691329A (zh) | 一种基于多通道接收机的天线测试系统及方法 | |
| CN218959128U (zh) | 一种自动实现车载管控设备定位终端方向的系统 | |
| KR102190255B1 (ko) | 핑거프린트 기반의 빔포밍 협력 통신 시스템 및 방법 | |
| Kumar et al. | 2D active antenna array design for mMIMO to improve spectral and energy efficiency |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |