面向LTE终端定位的时延估计算法研究及仿真实现

摘要

随着移动互联网和智能终端的快速发展，基于位置的服务（LBS）已广泛应用于人们的生活中。为了满足用户日益增长的位置服务需求，长期演进（LTE）引入了专用于时延估计的定位参考信号（PRS），并制定了新的定位协议。以时延估计为基础的观测到达时间差定位方法，定位精度适中，对环境和终端要求较低，成为 LTE定位系统主要备选方法。但其精度往往受时延估计精度的影响，因此研究 LTE时延估计技术具有重要的意义。
　　本文主要对高斯白噪声信道和多径信道下的 LTE时延估计技术展开深入研究，主要工作如下：
　　（1）总结基于 OFDM信号的时延估计技术以及 LTE时延估计技术的国内外研究现状，分析LTE系统在时延估计中所具有的优势以及面临的问题。介绍LTE时延估计基础知识，包括 LTE定位架构、定位协议、定位方法以及用于时延估计的 LTE下行链路物理资源。
　　（2）对高斯白噪声信道下的时延估计算法进行研究。若直接利用时域相关对定位参考信号的时延进行估计，则会存在以下两个问题：周期性旁瓣，缩短测距的不模糊距离，当移动台与基站之间的距离较大时，则会出现测距模糊问题，导致较大估计误差；时延估计精度受系统采样间隔的限制。本文将基于子载波相位差的时延估计算法、基于最大似然的时延估计算法以及基于差分相关的时延估计算法应用于 LTE时延估计中，并对这三种算法的整数时延估计方法进行改进，即在频域上以循环前缀长度作为滑动步长对接收信号做滑动相关，迅速找到定位参考信号的粗略起始时刻。在此基础上，重新确定滑动窗并取出滑动窗内的接收信号，与本地定位参考信号做时域相关，估计整数倍时延。另外，本文还并推导了定位参考信时延估计的克拉美罗下界（CRLB）。仿真结果表明，这三种算法的时延估计精度均不受限于系统采样间隔，且能够有效地解决周期性旁瓣带来的测距模糊问题。
　　（3）对多径信道下的时延估计算法进行研究。首先将相关法、两步相关法应用于 LTE时延估计中。然后将基于自适应阈值的首达路径检测算法与联合的最大似然估计算法相结合，给出了一种整数时延估计与小数时延估计相结合的时延估计算法，即在时域上利用基于自适应阈值的首达路径检测算法估计整数时延，并在频域上采用联合的最大似然估计算法进行小数时延估计。仿真结果表明，文中所给的算法时延估计误差要低于相关法和两步相关法。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景和意义

§1.2 无线定位技术概述

§1.3 时延估计技术研究现状

§1.4 LTE终端定位研究切入点分析

§1.5 论文的主要工作与章节安排

第二章 LTE时延估计研究基础

§2.1 引言

§2.2 LTE定位架构

§2.3 LTE定位协议

§2.4 LTE定位方法

§2.5 用于时延估计的LTE下行链路物理资源

§2.6 本章小结

第三章 高斯白噪声信道下时延估计算法研究

§3.1 引言

§3.2 研究模型

§3.3 问题分析

§3.4 基于子载波相位差的时延估计算法

§3.5 基于最大似然的时延估计算法

§3.6 基于差分相关的时延估计算法

§3.7 上述三种高斯白噪声信道下的时延估计算法性能比较

§3.8 本章小结

第四章 多径信道下时延估计算法研究

§4.1 引言

§4.2 研究模型

§4.3 问题分析

§4.4 相关法

§4.5 两步相关法

§4.6 一种整数时延估计与小数时延估计相结合的时延估计算法

§4.7 上述三种多径信道下的时延估计算法性能比较

§4.8 本章小结

第五章 总结与展望

§5.1 总结

§5.2 展望

致谢

参考文献

作者攻读硕士期间的主要研究成果