定位方法及装置与流程

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及定位方法及装置。


背景技术：

2.3gpp定义了多种通过测量3gpp无线通讯系统的自身定位参考信号的终端(ue)定位方法，例如观察到达时间差(observed time difference of arrival，otdoa)，上行链路观察到达时间差(uplink observed time difference of arrival，utdoa)等等。这些方法的特点是基于无线通讯系统自身的定位参考信号(positioning reference signal，prs)定位，可在接收不到网络外部参考信号的环境里工作。但这些定位方法的共同问题是定位精度较低。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了定位方法及装置，用以提高定位精度。
4.在定位服务器侧，本技术实施例提供的一种定位方法，包括：
5.通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度；其中，所述定位测量值中包括：所述接收端利用对定位参考信号的发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs进行测量得到的相位测量值，所构造得到的相位测量值；
6.通过所述整周模糊度确定终端位置。
7.通过该方法，通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度；其中，所述定位测量值中包括：所述接收端利用对定位参考信号的发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs进行测量得到的相位测量值，所构造得到的相位测量值；通过所述整周模糊度确定终端位置，从而可以提高定位精度，避免了较小波长造成ekf无法收敛的问题。
8.可选地，通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度，具体包括：通过所述构造得到的相位测量值，以及到达时间toa测量值，确定第一整周模糊度；利用扩展卡尔曼滤波器ekf对所述第一整周模糊度进行计算，确定第二整周模糊度；利用所述第二整周模糊度，确定第三整周模糊度；
9.通过所述第三整周模糊度确定终端位置。
10.可选地，对于第m个基站，目标终端i和参考终端j，当所述发送端通过第一载波频率和第二载波频率分别发送第一c-prs和第二c-prs时，通过如下公式确定所述第一整周模糊度
[0011][0012]
其中，λ1是第一c-prs的载波波长，λ2是第二c-prs的载波波长，prs的载波波长，是以第一载波频率周期为单位的相位单差分测量值，是以
第二载波频率周期为单位的相位单差分测量值，表示以米为单位的单差分到达时间toa测量值，是单差分toa测量误差，是单差分toa测量误差，与分别是第一载波和第二载波的单差分相位测量误差。
[0013]
可选地，将参数输入ekf，确定第二整周模糊度其中，是第m个基站的载波的第二整周模糊度。
[0014]
可选地，通过如下公式确定第m个基站的第一载波的第三整周模糊度和第二载波的第三整周模糊度
[0015][0016][0017]
在接收端侧，本技术实施例提供的一种定位方法，包括：
[0018]
接收定位参考信号的发送端发送的定位参考信号，所述定位参考信号中包括所述发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0019]
对所述定位参考信号进行测量，得到定位测量值，所述定位测量值中包括通过对所述c-prs进行测量得到的相位测量值进行构造得到的相位测量值；
[0020]
将所述定位测量值发送给定位服务器，用于对终端进行定位。
[0021]
在发送端侧，本技术实施例提供的一种定位方法，包括：
[0022]
发送定位参考信号的配置信息，所述定位参考信号中包括至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0023]
发送所述定位参考信号。
[0024]
在定位服务器侧，本技术实施例提供的一种定位装置，包括：
[0025]
存储器，用于存储程序指令；
[0026]
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行：
[0027]
通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度；其中，所述定位测量值中包括：所述接收端利用对定位参考信号的发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs进行测量得到的相位测量值，所构造得到的相位测量值；
[0028]
通过所述整周模糊度确定终端位置。
[0029]
可选地，通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度，具体包括：通过所述构造得到的相位测量值，以及到达时间toa测量值，确定第一整周模糊度；利用扩展卡尔曼滤波器ekf对所述第一整周模糊度进行计算，确定第二整周模糊度；利用所述第二整周模糊度，确定第三整周模糊度；
[0030]
通过所述第三整周模糊度确定终端位置。
[0031]
可选地，对于第m个基站，目标终端i和参考终端j，当所述发送端通过第一载波频率和第二载波频率分别发送第一c-prs和第二c-prs时，通过如下公式确定所述第一整周模
糊度
[0032][0033]
其中，λ1是第一c-prs的载波波长，λ2是第二c-prs的载波波长，prs的载波波长，是以第一载波频率周期为单位的相位单差分测量值，是以第二载波频率周期为单位的相位单差分测量值，表示以米为单位的单差分到达时间toa测量值，是单差分toa测量误差，是单差分toa测量误差，与分别是第一载波和第二载波的单差分相位测量误差。
[0034]
可选地，所述处理器将参数输入ekf，确定第二整周模糊度其中，是第m个基站的载波的第二整周模糊度。
[0035]
可选地，所述处理器通过如下公式确定第m个基站的第一载波的第三整周模糊度和第二载波的第三整周模糊度
[0036][0037][0038]
在接收端侧，本技术实施例提供的一种定位装置，包括：
[0039]
存储器，用于存储程序指令；
[0040]
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行：
[0041]
接收定位参考信号的发送端发送的定位参考信号，所述定位参考信号中包括所述发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0042]
对所述定位参考信号进行测量，得到定位测量值，所述定位测量值中包括通过对所述c-prs进行测量得到的相位测量值进行构造得到的相位测量值；
[0043]
将所述定位测量值发送给定位服务器，用于对终端进行定位。
[0044]
在发送端侧，本技术实施例提供的一种定位装置，包括：
[0045]
存储器，用于存储程序指令；
[0046]
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行：
[0047]
发送定位参考信号的配置信息，所述定位参考信号中包括至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0048]
发送所述定位参考信号。
[0049]
在定位服务器侧，本技术实施例提供的另一种定位装置，包括：
[0050]
整周模糊度确定单元，用于通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度；其中，所述定位测量值中包括：所述接收端利用对定位参考信号的发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs进行测量得到的相位测量值，所构造得
到的相位测量值；
[0051]
位置确定单元，用于通过所述整周模糊度确定终端位置。
[0052]
在接收端侧，本技术实施例提供的另一种定位装置，包括：
[0053]
接收单元，用于接收定位参考信号的发送端发送的定位参考信号，所述定位参考信号中包括所述发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0054]
定位测量单元，用于对所述定位参考信号进行测量，得到定位测量值，所述定位测量值中包括通过对所述c-prs进行测量得到的相位测量值进行构造得到的相位测量值；
[0055]
发送单元，用于将所述定位测量值发送给定位服务器，用于对终端进行定位。
[0056]
在发送端侧，本技术实施例提供的另一种定位装置，包括：
[0057]
第一发送单元，用于发送定位参考信号的配置信息，所述定位参考信号中包括至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0058]
第二发送单元，用于发送所述定位参考信号。
[0059]
本技术另一实施例提供了一种计算设备，其包括存储器和处理器，其中，所述存储器用于存储程序指令，所述处理器用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述任一种方法。
[0060]
本技术另一实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行上述任一种方法。
附图说明
[0061]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0062]
图1为本技术实施例提供的两种情况下的c-prs示意图；
[0063]
图2为本技术实施例提供的应用快速搜索载波相位定位整周模糊度方法的定位流程示意图；
[0064]
图3为本技术实施例提供的定位服务器侧的定位方法的流程示意图；
[0065]
图4为本技术实施例提供的接收端侧的定位方法的流程示意图；
[0066]
图5为本技术实施例提供的发送端侧的定位方法的流程示意图；
[0067]
图6为本技术实施例提供的定位装置的结构示意图；
[0068]
图7为本技术实施例提供的定位服务器侧的定位装置的结构示意图；
[0069]
图8为本技术实施例提供的接收端侧的定位装置的结构示意图；
[0070]
图9为本技术实施例提供的接收端侧的定位装置的结构示意图。
具体实施方式
[0071]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0072]
针对目前3gpp定义的、通过测量无线通讯系统本身参考信号来确定ue位置方法的定位精确度较低的问题，本技术实施例提出基于3gpp无线电通讯系统自身的载波信号相位测量值的ue定位方法。在这种方法里，3gpp线通讯系统中信号的发送端(例如基站(bs)或ue或车辆)不仅发送prs，而且还发送用于载波相位定位的载波定位参考信号(carrier phase positioning reference signal，c-prs)。接收端通过接收prs和c-prs，获得定位测量值，包括到达时间/到达时间差(toa/tdoa)和载波相位测量值。这种方法利用3gpp无线通讯系统自身发送定位参考信号和载波参考信号定位，可在gnss卫星信号弱或接收不到时工作，高精度地确定ue的位置。
[0073]
为了便于描述，本技术实施例中所述的定位参考信号prs代表所有可用于测量toa的参考信号，例如它包括可用于传统otdoa/utdoa定位的prs,cis-rs,srs等。
[0074]
扩展卡尔曼滤波(extended kalman filter，ekf)是一种高效的递推滤波器，可以在非线性模型条件下对目标状态进行最优估计。ekf算法通常应用于定位领域。在全球导航卫星系统定位中，它被广泛用于估计整周模糊度及其方差。基于ekf的整周模糊度估计普遍用于卫星定位领域。但是现有ekf方案只使用单频点载波相位测量值，ekf算法在用户移动速度较大，以及测量噪声较大的场景中会出现无法正确估计整周模糊度的情况。基于此情况，本技术实施例提出了将多载频(子载频)组合为虚拟载波的方法应用于ekf算法中，进一步提高ekf算法的稳定性和精度。
[0075]
其中，所述整周模糊度是利用载波相位技术定位时的一个重要的未知参数，本技术实施例可以快速准确的求解这个参数，继而进行用户位置确定。例如：
[0076][0077]
其中，是发射端和接收端之间的几何距离，c是光速，b
r
和b
t
分别是接收机和发射机的时钟偏移，是以载波周期为单位的相位测量值，λ是c-prs的载波波长，是未知的整周模糊度，是相位测量误差。
[0078]
基于无线通信载波相位测量的ue定位基本方法包括：
[0079]
发送端(bs或ue)在预配置或预定义载波频率发送prs和c-prs。c-prs通常可以是正弦载波信号也可以是一个载波的不同子载波。
[0080]
对于下行定位方法，例如otdoa，bs为发送端。各bs在预配置或预定义载波频率发送prs和c-prs。相邻不同小区将在不同的子载波中发送c-prs；
[0081]
对于上行定位方法，例如utdoa，ue为发送端。ue还在预配置或预定义载波频率发送prs和c-prs。不同ue将在不同的子载波中发送c-prs；
[0082]
接收端(bs或ue)根据prs和c-prs配置信息测量prs和c-prs；prs测量的定位测量值可包括toa/tdoa(tdoa又称为rstd)等；以及由c-prs测量到的载波相位测量值(cp)；
[0083]
接收端(bs或ue)将定位测量值(toa/tdoa/cp等)报送到无线通讯系统中的某个定位服务器。定位服务器根据prs和c-prs配置信息，如各小区的发送天线的位置，以及接收端提供的定位测量值来高精度地确定ue的位置。
[0084]
使用toa和相位测量值进行定位可有以下几种基本方式：
[0085]
非差分方式：直接使用toa和相位测量值计算ue位置而不使用差分技术。
[0086]
差分方式：首先对toa和相位测量值进行差分，消除测量值中的一些共同的偏差，然后用于差分后toa和相位测量值计算ue位置。差分方式又有单差分和双差分两种。
[0087]
单差分方式：选某个发送端(或接收端)作为参考端，然后将由其它发送端(或接收端)相关的测量值与由参考端相关的测量值进行差分。单差分的目的是消除某一端(接收端或发送端)的测量偏差。例如，用于otdoa定位的rstd测量值即为ue与各个bs所相关的toa测量值与该ue与某参考bs所相关的toa测量值进行差分所获得的，其差分目的是消除ue时钟偏移对定位的影响。
[0088]
双差分方式：对单差分方式后的测量值再次差分，以同时消除与发送端和接收端有关的测量误差，例如bs和ue的时钟偏移。例如，双差分技术可用于下行定位的场景。这时，有多个发送端(基站)和两个接收端，其中一个接收端为位置已知的参考接收端。另一个接收端为位置未知的ue。这时，两个接收端同时接基站所发送的定位信号，利用双差分技术去消除两个接收端的测量值中与发送机和接收机有关的共同误差，然后精确地计算出未知位置接收端的位置。
[0089]
但是，基于载波相位的终端位置解算算法存在两个主要缺点：
[0090]
第一，在于通过线性组合，虚拟载波的测量噪声较大，若整周模糊度搜索到错误整周值，则会对定位造成较大的影响；
[0091]
第二，使用单频点进行整周模糊度估计时，由于波长较短，使得整周模糊度在数值上表现很大，从而造成ekf算法难以收敛到正确的整周模糊度，导致算法失效。
[0092]
因此，本技术实施例提供了一种多载频的扩展卡尔曼滤波器终端位置定位方法及装置。利用多载频的组合，构成较大的虚拟波长，并且使用ekf算法进行整周模糊度估计。在估计完毕后，再换算回真实载波相位的整周模糊度，从而提高定位精度。即避免了较小波长造成ekf无法收敛的问题，也解决了虚拟波长直接估计整周模糊度误差较大的问题。
[0093]
其中，方法和装置是基于同一申请构思的，由于方法和装置解决问题的原理相似，因此装置和方法的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。
[0094]
本技术实施例提供的技术方案可以适用于多种系统，尤其是5g系统。例如适用的系统可以是全球移动通讯(global system of mobile communication，gsm)系统、码分多址(code division multiple access，cdma)系统、宽带码分多址(wideband code division multiple access，wcdma)通用分组无线业务(general packet radio service，gprs)系统、长期演进(long term evolution，lte)系统、lte频分双工(frequency division duplex，fdd)系统、lte时分双工(time division duplex，tdd)、通用移动系统(universal mobile telecommunication system，umts)、全球互联微波接入(worldwide interoperability for microwave access，wimax)系统、5g系统以及5g nr系统等。这多种系统中均包括终端设备和网络设备。
[0095]
本技术实施例涉及的终端设备，可以是指向用户提供语音和/或数据连通性的设备，具有无线连接功能的手持式设备、或连接到无线调制解调器的其他处理设备。在不同的系统中，终端设备的名称可能也不相同，例如在5g系统中，终端设备可以称为用户设备(user equipment，ue)。无线终端设备可以经ran与一个或多个核心网进行通信，无线终端设备可以是移动终端设备，如移动电话(或称为“蜂窝”电话)和具有移动终端设备的计算机，例如，可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置，它们与无线
接入网交换语言和/或数据。例如，个人通信业务(personal communication service，pcs)电话、无绳电话、会话发起协议(session initiated protocol，sip)话机、无线本地环路(wireless local loop，wll)站、个人数字助理(personal digital assistant，pda)等设备。无线终端设备也可以称为系统、订户单元(subscriber unit)、订户站(subscriber station)，移动站(mobile station)、移动台(mobile)、远程站(remote station)、接入点(access point)、远程终端设备(remote terminal)、接入终端设备(access terminal)、用户终端设备(user terminal)、用户代理(user agent)、用户装置(user device)，本技术实施例中并不限定。
[0096]
本技术实施例涉及的网络设备，可以是基站，该基站可以包括多个小区。根据具体应用场合不同，基站又可以称为接入点，或者可以是指接入网中在空中接口上通过一个或多个扇区与无线终端设备通信的设备，或者其它名称。网络设备可用于将收到的空中帧与网际协议(internet protocol，ip)分组进行相互转换，作为无线终端设备与接入网的其余部分之间的路由器，其中接入网的其余部分可包括网际协议(ip)通信网络。网络设备还可协调对空中接口的属性管理。例如，本技术实施例涉及的网络设备可以是全球移动通信系统(global system for mobile communications，gsm)或码分多址接入(code division multiple access，cdma)中的网络设备(base transceiver station，bts)，也可以是带宽码分多址接入(wide-band code division multiple access，wcdma)中的网络设备(nodeb)，还可以是长期演进(long term evolution，lte)系统中的演进型网络设备(evolutional node b，enb或e-nodeb)、5g网络架构(next generation system)中的5g基站，也可是家庭演进基站(home evolved node b，henb)、中继节点(relay node)、家庭基站(femto)、微微基站(pico)等，本技术实施例中并不限定。
[0097]
下面结合说明书附图对本技术各个实施例进行详细描述。需要说明的是，本技术实施例的展示顺序仅代表实施例的先后顺序，并不代表实施例所提供的技术方案的优劣。
[0098]
本技术实施例提供的技术方案中，发送端发送两个(或多个)不同频率的c-prs，接收端基于两个(或多个)相位测量值构造虚拟相位测量值，定位服务器通过ekf对终端进行多周期的位置跟踪，从而快速搜索出虚拟相位值的虚拟整周模糊度，并进一步计算出真实整周模糊度和实际的相位测量值，最终计算出ue位置。
[0099]
其中，不同频率的c-prs可以在不同的载波上，也可以是同一个载波的不同子载波。例如：频分双工(fdd)模式下，也可以采用带宽(bw)＝100mhz载波的第一个和最后一个资源单元(re)来发送c-prs，或者是bw＝100mhz载波的第一个re和最后一个re的prs作为c-prs。
[0100]
如图1所示，情况1(case1)表示了选取同一载波，不同子载波作为c-prs的情况。情况2(case2)表示了选取不同频率的载波作为c-prs的情况。
[0101]
具体方案概述如下：
[0102]
发送端：利用3gpp无线通讯系统可配置自身发送的载波参考信号(c-prs)的特点，配置了两个或多个载波频率发送c-prs(或同一个载波的不同子载波作为c-prs)。
[0103]
接收端：利用由两个(或多个)载波频率发送的c-prs所测量的载波相位测量值，构造出一个具有很长虚拟波长的虚拟相位测量值；在ofdm系统，fdd模式下，选择2个(或多个)不同位置的子载波进行虚拟波长的构造。
[0104]
定位服务器端：
[0105]
第一，根据接收端上报的虚拟波长和虚拟相位测量值，进行进一步计算。利用虚拟相位测量值的虚拟波长的很长的特点，大大地减少虚拟整周模糊度的搜索空间。通过到达时间(time of arrival，toa)和虚拟相位测量值，快速搜索虚拟整周模糊度(可以称为第一整周模糊度)；
[0106]
第二，将接收端上报的虚拟相位测量值，以及快速搜索到的虚拟整周模糊度，输入至ekf算法模块，并最终输出虚拟整周模糊度(可以称为第二整周模糊度)。
[0107]
第三，利用最终输出的虚拟整周模糊度(即第二整周模糊度)，计算出真实整周模糊度(可以称为第三整周模糊度)；然后，利用真实整周模糊度和实际的相位测量值计算出ue位置。
[0108]
其中，关于实际的相位测量值，例如：
[0109][0110]
上式中即为非差分相位测量值，后续的单差分相位测量值也是根据非差分测量值计算得到的，是接收端ue侧使用锁相环测量得到的。
[0111]
本技术实施例提出的快速确定整周模糊度的方法将适用于上述“非差分”，“单差分”和“双差分”的各种方式。由于ekf算法使用单差分载波相位测量值进行整周期模糊度计算，因此本技术实施例以单差分为例进行说明。具体地，例如：
[0112]
假设由两个载波频率发送c-prs，第一载波发送第一c-prs，第二载波发送第二c-prs，差分时快速搜索载波相位定位的方法包括：
[0113]
步骤1：接收端获取单差分toa测量值和单差分相位测量值；
[0114]
以第m基站为例，目标ue i和参考ue j的测量值的单差分为例，单差分运算后的toa测量值(又也被称为tdoa)和相位测量值为：
[0115][0116][0117][0118]
其中，表示以米为单位的单差分toa测量值，是发射端和ue以及参考ue的单差分几何距离，c是光速，接收机和发射机的单差分时钟偏移，是以第一载波频率周期为单位的相位单差分测量值，是以第二载波频率周期为单位的相位单差分测量值，λ1是第一c-prs的载波波长，λ2是第二c-prs的载波波长，与分别是第一载波和第二载波的单差分未知整周模糊度，是单差分toa测量误差，与分别是第一载波和第二载波的单差分相位测量误差。
[0119]
其中，上标“ij”表示单差分运算是相对两个接收端i和j测量值之间进行的，下标
表示第m个发送定位参考信号的基站，即
[0120][0121]
如果假设bs是发射端，ue是接收端，则在单个差分方式中基站的时钟偏差被消除。
[0122]
参考接收机(参考ue)：一个(也可有多个)参考ue接收基站发送的无线参考信号，以获取toa和载波相位参考测量值。参考ue测量得到的toa和载波相位参考测量值，将与目标ue测量得到的toa和载波相位测量值一起，构成用于载波相位定位的差分测量值。参考ue的接收天线位置已知。
[0123]
目标ue接收机(目标ue)：目标ue也接收基站发送的无线参考信号，获取toa和载波相位测量值。目标ue测量得到的toa和载波相位测量值，将与参考ue测量得到的toa和载波相位参考测量值一起，构成用于载波相位定位的差分测量值，以确定待求解的目标ue位置。
[0124]
步骤2：接收端构造具有较长虚拟波长的虚拟单差分相位测量值；
[0125]
分别用λ2/(λ
2-λ1)和-λ1/(λ
2-λ1),乘以上述等式(2)和(3)的等号两边，然后将它们加在一起，同样可以形成虚拟单差分相位测量值
[0126][0127]
其中，λ
v
,n
v,m
和w
v,m
分别是载波虚拟波长、虚拟整周模糊度和虚拟相位测量误差，且有：
[0128][0129][0130][0131][0132]
步骤3：定位服务器快速计算虚拟整周模糊度n
v
(即第一次计算的整周模糊度，简称第一整周模糊度)；
[0133]
由上述等式(1)可以得到将带入上述等式(5)，可得以下虚拟整周模糊度的关系式：
[0134][0135]
本技术实施例中，选择c-prs传输频率f1和f2时所需考虑的因素：
[0136]
选择c-prs传输频率f1和f2时，同样应同时考虑虚拟波长λ
v
和虚拟测量误差应将两个频率f1和f2配置得较相近以产生较长的λ
v
。但f1和f2的配置不能太接近，以避免使虚拟相位测量误差过大。假设单差分相位测量误差和是相对独立的零均值高斯噪声，协方差为σ2,即将得到
在正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，ofdm)系统，fdd模式下，也可以选择2个不同位置的子载波进行虚拟波长的构造。并且需要考虑的因素与上述相同。
[0137]
步骤4：定位服务器使用虚拟和真实相位测量值进行整周模糊度确定，具体包括下面的步骤4a和步骤4b；
[0138]
步骤4a：定位服务器使用虚拟相位测量值，进行虚拟整周模糊度(即第二次计算的整周模糊度，简称第二整周模糊度)确定；
[0139]
在获得之后，将虚拟单差分测量值虚拟波长λ
v
、toa测量值等参数联合起来，进行整周模糊度确定。具体使用ekf进行整周模糊度的确定，将基于ekf进行整周模糊度确定的输入值设为虚拟载波相位测量值，以及虚拟整周模糊度后，与现有技术的差异之处在于：
[0140]
1、初始状态向量的改变：
[0141]
现有的ekf状态向量是：
[0142][0143]
其中：
[0144]
δr＝(δx,δy,δz)
t
为3d ue位置误差；
[0145]
δv＝(δv
x
,δv
y
,δv
z
)
t
为3d ue速度误差；
[0146]
为单差分整数模糊度，表示定位ue i,参考ue j相对于基站m的模糊度单差分形式。
[0147]
如果仅考虑2d定位，ekf状态向量x将不包括δz和δv
z
。
[0148]
ue位置误差δr定义为:
[0149][0150]
其中r
b
＝(x
b
,y
b
,z
b
)
t
和分别表示真实的目标ue位置和估计的目标ue位置。ue速度误差δv定义为:
[0151][0152]
其中v
b
＝(v
x
,v
y
,v
z
)
t
和分别表示真实的目标ue速度和估计的目标ue速度。
[0153]
本技术实施例中的ekf状态向量为：
[0154]
[0155]
为虚拟单差分整数模糊度，表示定位ue i,参考uej相对于基站m的模糊度单差分形式。
[0156]
2、将ekf算法中的波长λ替换为虚拟波长λ
v
。
[0157]
3、修改初始化协方差矩阵；
[0158]
现有的协方差矩阵为：
[0159][0160]
其中，p
δx
(0),p
δy
(0)分别为x轴toa最大定位误差，和y轴toa最大定位误差。分别为x轴最大速度估计误差，和y轴最大速度估计误差。σ为单载波时的相位测量噪声的标准差。
[0161]
本技术实施例中更新后的协方差矩阵为：
[0162][0163][0164]
为虚拟载波的标准差。λ
v
为载波的虚拟波长。
[0165]
4、测量噪声矩阵r；
[0166]
现有的测量噪声矩阵为：
[0167][0168][0169]
其中，e[w
y
]＝0；r
t
和r
l
分别表示测量噪声w
t
和w
l
的协方差矩阵；
[0170]
定位ue i到基站m的toa测量噪声，(单位：米)；
[0171]
定位ue i到基站m的相位测量噪声(单位：米)；
[0172]
参考ue j到基站m的toa测量噪声，(单位：米)；
[0173]
参考ue j到基站m的相位测量噪声单位：米)。
[0174]
其中，
[0175]
r
t
＝dr
′
t
d
t
；r
l
＝dr
′
l
d
t
[0176][0177][0178][0179]
本技术实施例中的噪声测量噪声矩阵为：
[0180][0181][0182]
其中，e[w
y
]＝0；r
t
和分别表示测量噪声w
t
和的协方差矩阵。波浪符号～代表将原差分载波测量误差替换为虚拟载波测量误差。
[0183]
r
t
＝dr
′
t
d
t
；
[0184][0185][0186][0187]
其中，为ue虚拟载波测量误差的标准差。其大小为为ue虚拟载波测量误差的标准差。其大小为为ue虚拟载波测量误差的标准差。其大小为为参考ue虚拟载波测量误差的标准差。依上式同理可得。
[0188]
在经过ekf算法计算后，得到虚拟整周模糊度(即第二整周模糊度)
[0189]
步骤4b：定位服务器计算真实相位的整周模糊度(即第三次计算的整周模糊度，简称第三整周模糊度)；
[0190]
以到第m个基站的虚拟载波相位模糊度为例，在获得之后，同样也可以使用进一步搜索或然后用和/或以进行更精确的定位。可以通过使用上述方程式(2)和(6)来搜索；而可以通过使用上述方程式(3)和(6)来搜索。例如，由式(2)和(6)可得：
[0191][0192]
式(7)表示在获得(即第三整周模糊度)之后，的搜索空间可以大大减
少，并主要取决于合理选择c-prs传输频率f1和f2时，可使虚拟测量误差的范围与波长λ1基本相近。
[0193]
步骤5：定位服务器使用真实相位的整周模糊度(即第三整周模糊度)进行定位；
[0194]
重复上述步骤4，以传输频率f1为例，通过步骤4，可以得到一系列真实相位的整周模糊度结合相位测量值进行最终的终端的位置计算，例如使用最小二乘法或chan[2]算法进行位置计算。
[0195]
例如，图2示出了本技术实施例提供的应用快速搜索载波相位定位整周模糊度方法的定位流程，具体包括：
[0196]
步骤1、发送端(bs或ue)除了配置发送传统的prs之外，还根据本技术实施例的要求，配置了两个或多个载波频率发送载波相位定位的载波相位参考信号(c-prs)；在fdd模式下，也可以采用例如bw＝100mhz载波的第一个和最后一个re来发送c-prs。发送端(bs或ue)将prs和c-prs的配置信息告诉定位服务器；
[0197]
对于基于下行链路参考信号的ue定位方法，例如otdoa，bs为发送端；
[0198]
对于基于上行链路参考信号的ue定位方法，例如utdoa，ue为发送端；
[0199]
选择c-prs传输频率时应同时考虑虚拟波长和虚拟测量误差。为了有效地使用虚拟相位测量来搜索虚拟整周模糊度，虚拟测量误差应比toa测量误差小一个数量级。在满足这种条件下，可尽量增加虚拟波长以减少虚拟整周模糊度的搜索空间。
[0200]
步骤2、定位服务器将prs和c-prs的配置信息告诉prs和c-prs的接收端(bs或ue)；
[0201]
步骤3、发送端(bs或ue)按照prs和c-prs的配置信息，发送prs和c-prs，其中c-prs在两个或多个载波频率发送；
[0202]
步骤4、接收端按照prs和c-prs的配置信息，接收prs和c-prs，获得toa和载波相位测量值；
[0203]
步骤5、接收端将测量prs和c-prs后所得的定位测量值报告给定位服务器。若接收端是ue，接收端所报告的定位测量值可以是没有经过差分的toa和载波相位测量值，也可以是经过单差分后的tdoa和单差分载波相位测量值；
[0204]
步骤6和步骤7：首先定位服务器利用本技术实施例提供的方法，快速搜索整周模糊度，然后进行ue定位。
[0205]
若用单差分方式定位，利用上述快速搜索单差分方式确定整周模糊度。其具体步骤包括：
[0206]
用由两个或多个载波(或多个子载波)频率发送的c-prs所测量的单差分后的相位测量值，构造虚拟单差分相位测量值(如式(5))：
[0207]
用tdoa测量值和虚拟单差分相位测量值，确定虚拟整周模糊度搜索空间，搜索虚拟整周模糊度(式(6))；
[0208]
使用ekf算法对虚拟整周模糊度进行跟踪，最终输出虚拟整周模糊度。利用虚拟整周模糊度，继续搜索真实整周模糊度(式(7))。然后，利用真实整周模糊度和实际的相位测量值计算ue位置。
[0209]
上述实施例仅描述了一个定位周期用户进行定位的过程，同理，实际上可以适用于多个定位周期，进行用户的运动轨迹跟踪。并且由于ekf算法的特性，进行多周期的用户
轨迹跟踪，更有助于精确的确定整模糊度，从而进一步提高定位精度。
[0210]
综上所述，本技术实施例提供的技术方案中，ekf利用虚拟相位测量值的虚拟波长很长的特点，通过toa和虚拟相位测量值，对虚拟整周模糊度进行多个测量周期的跟踪，从而快速准确的确定虚拟整周模糊度。利用虚拟整周模糊度，快速搜索真实整周模糊度。然后，利用真实整周模糊度和实际的相位测量值计算ue位置。
[0211]
由于本技术实施例“构造”的虚拟相位测量值的虚拟波长比实际波长可大一个数量极，因此提高了使用ekf算法进行整周模糊度估计时的稳定性，避免了由于波长较短，ekf无法正确搜索整周模糊度的问题。
[0212]
在ekf进行整周模糊度估计后，本技术实施例将虚拟载波的整周期模糊度反算回单载波的形式进行定位，从而大大减少了定位误差，避免了构成虚拟载波时增大测量误差的问题。
[0213]
参见图3，本技术实施例提供的定位服务器侧的定位方法包括：
[0214]
s101、通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度；其中，所述定位测量值中包括：所述接收端利用对定位参考信号的发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs进行测量得到的相位测量值，所构造得到的相位测量值(即虚拟单差分相位测量值)；
[0215]
s102、通过所述整周模糊度确定终端位置。
[0216]
可选地，通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度，具体包括：通过所述构造得到的相位测量值，以及到达时间toa测量值，确定第一整周模糊度(即快速搜索到的虚拟相位测量值)；利用扩展卡尔曼滤波器ekf对所述第一整周模糊度进行计算，确定第二整周模糊度(即ekf输出的虚拟相位测量值)；利用所述第二整周模糊度，确定第三整周模糊度(即真实的相位测量值)；
[0217]
通过所述第三整周模糊度确定终端位置。
[0218]
可选地，对于第m个基站，目标终端i和参考终端j，当所述发送端通过第一载波频率和第二载波频率分别发送第一c-prs和第二c-prs时，通过如下公式确定所述第一整周模糊度
[0219][0220]
其中，λ1是第一c-prs的载波波长，λ2是第二c-prs的载波波长，prs的载波波长，是以第一载波频率周期为单位的相位单差分测量值，是以第二载波频率周期为单位的相位单差分测量值，表示以米为单位的单差分到达时间toa测量值，是单差分toa测量误差，是单差分toa测量误差，与分别是第一载波和第二载波的单差分相位测量误差。
[0221]
其中，所述第一载波，即发送第一c-prs的载波；所述第二载波，即发送第二c-prs的载波，这两个载波的频率不同。
[0222]
可选地，将参数输入ekf，确定第二整周模糊度其中，是第m个基站的载波的第二整周模糊度。
[0223]
可选地，通过如下公式确定第m个基站的第一载波的第三整周模糊度和第二载波的第三整周模糊度
[0224][0225][0226]
参见图4，本技术实施例提供的接收端侧的定位方法包括：
[0227]
s201、接收定位参考信号的发送端发送的定位参考信号，所述定位参考信号中包括所述发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0228]
s202、对所述定位参考信号进行测量，得到定位测量值，所述定位测量值中包括通过对所述c-prs进行测量得到的相位测量值进行构造得到的相位测量值；
[0229]
s203、将所述定位测量值发送给定位服务器，用于对终端进行定位。
[0230]
参见图5，本技术实施例提供的发送端侧的定位方法包括：
[0231]
s301、发送定位参考信号的配置信息，所述定位参考信号中包括至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0232]
s302、发送所述定位参考信号。
[0233]
参见图6，本技术实施例提供的定位装置包括：存储器520和处理器500，其中，所述存储器520用于存储程序指令，所述处理器500用于调用所述存储器520中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述任一种方法。
[0234]
收发机510，用于在处理器500的控制下接收和发送数据。
[0235]
其中，在图6中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器500代表的一个或多个处理器和存储器520代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机510可以是多个元件，即包括发送机和接收机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器500负责管理总线架构和通常的处理，存储器520可以存储处理器500在执行操作时所使用的数据。
[0236]
处理器500可以是中央处埋器(cpu)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，cpld)。
[0237]
若所述定位装置是用户设备，则还可以包括与总线架构相连的用户接口，针对不同的用户设备，用户接口还可以是能够外接内接需要设备的接口，连接的设备包括但不限于小键盘、显示器、扬声器、麦克风、操纵杆等。
[0238]
具体地，若所述定位装置作为定位服务器侧的装置(也可以是定位服务器本身)，则处理器500，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行：
[0239]
通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度；其中，所述定位测量值中包括：所述接收端利用对定位参考信号的发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs进行测量得到的相位测量值，所构造得到的相位测量值；
[0240]
通过所述整周模糊度确定终端位置。
[0241]
可选地，通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度，具体包括：通过所述构造得到的相位测量值，以及到达时间toa测量值，确定第一整周模糊度；利用扩展卡尔曼滤波器ekf对所述第一整周模糊度进行计算，确定第二整周模糊度；利用所述第二整周模糊度，确定第三整周模糊度；
[0242]
通过所述第三整周模糊度确定终端位置。
[0243]
可选地，对于第m个基站，目标终端i和参考终端j，当所述发送端通过第一载波频率和第二载波频率分别发送第一c-prs和第二c-prs时，通过如下公式确定所述第一整周模糊度
[0244][0245]
其中，λ1是第一c-prs的载波波长，λ2是第二c-prs的载波波长，prs的载波波长，是以第一载波频率周期为单位的相位单差分测量值，是以第二载波频率周期为单位的相位单差分测量值，表示以米为单位的单差分到达时间toa测量值，是单差分toa测量误差，是单差分toa测量误差，与分别是第一载波和第二载波的单差分相位测量误差。
[0246]
可选地，所述处理器500将参数输入ekf，确定第二整周模糊度其中，是第m个基站的载波的第二整周模糊度。
[0247]
可选地，所述处理器500通过如下公式确定第m个基站的第一载波的第三整周模糊度和第二载波的第三整周模糊度
[0248][0249][0250]
若所述定位装置作为接收端侧的装置(也可以是接收端本身，接收端可以是基站也可以是终端)，则处理器500，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行：
[0251]
接收定位参考信号的发送端发送的定位参考信号，所述定位参考信号中包括所述发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0252]
对所述定位参考信号进行测量，得到定位测量值，所述定位测量值中包括通过对所述c-prs进行测量得到的相位测量值进行构造得到的相位测量值；
[0253]
将所述定位测量值发送给定位服务器，用于对终端进行定位。
[0254]
若所述定位装置作为发送端侧的装置(也可以是发送端本身，发送端可以是基站也可以是终端)，则处理器500，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行：
[0255]
发送定位参考信号的配置信息，所述定位参考信号中包括至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0256]
发送所述定位参考信号。
[0257]
参见图7，本技术实施例提供的定位服务器侧的另一定位装置包括：
[0258]
整周模糊度确定单元11，用于通过定位参考信号的接收端提供的定位测量值，确定整周模糊度；其中，所述定位测量值中包括：所述接收端利用对定位参考信号的发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs进行测量得到的相位测量值，所构造得到的相位测量值；
[0259]
位置确定单元12，用于通过所述整周模糊度确定终端位置。
[0260]
参见图8，本技术实施例提供的接收端侧的另一定位装置包括：
[0261]
接收单元21，用于接收定位参考信号的发送端发送的定位参考信号，所述定位参考信号中包括所述发送端至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0262]
定位测量单元22，用于对所述定位参考信号进行测量，得到定位测量值，所述定位测量值中包括通过对所述c-prs进行测量得到的相位测量值进行构造得到的相位测量值；
[0263]
发送单元23，用于将所述定位测量值发送给定位服务器，用于对终端进行定位。
[0264]
参见图9，本技术实施例提供的接收端侧的另一定位装置包括：
[0265]
第一发送单元31，用于发送定位参考信号的配置信息，所述定位参考信号中包括至少通过两个载波频率发送的载波定位参考信号c-prs；
[0266]
第二发送单元32，用于发送所述定位参考信号。
[0267]
需要说明的是，本技术实施例中对单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0268]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0269]
本技术实施例提供了一种计算设备，该计算设备具体可以为桌面计算机、便携式计算机、智能手机、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，pda)等。该计算设备可以包括中央处理器(center processing unit，cpu)、存储器、输入/输出设备等，
输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏等，输出设备可以包括显示设备，如液晶显示器(liquid crystal display，lcd)、阴极射线管(cathode ray tube，crt)等。
[0270]
存储器可以包括只读存储器(rom)和随机存取存储器(ram)，并向处理器提供存储器中存储的程序指令和数据。在本技术实施例中，存储器可以用于存储本技术实施例提供的任一所述方法的程序。
[0271]
处理器通过调用存储器存储的程序指令，处理器用于按照获得的程序指令执行本技术实施例提供的任一所述方法。
[0272]
本技术实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述本技术实施例提供的装置所用的计算机程序指令，其包含用于执行上述本技术实施例提供的任一方法的程序。
[0273]
所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(mo)等)、光学存储器(例如cd、dvd、bd、hvd等)、以及半导体存储器(例如rom、eprom、eeprom、非易失性存储器(nand flash)、固态硬盘(ssd))等。
[0274]
本技术实施例提供的方法可以应用于终端设备，也可以应用于网络设备。
[0275]
其中，终端设备也可称之为用户设备(user equipment，简称为“ue”)、移动台(mobile station，简称为“ms”)、移动终端(mobile terminal)等，可选的，该终端可以具备经无线接入网(radio access network，ran)与一个或多个核心网进行通信的能力，例如，终端可以是移动电话(或称为“蜂窝”电话)、或具有移动性质的计算机等，例如，终端还可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置。
[0276]
网络设备可以为基站(例如，接入点)，指接入网中在空中接口上通过一个或多个扇区与无线终端通信的设备。基站可用于将收到的空中帧与ip分组进行相互转换，作为无线终端与接入网的其余部分之间的路由器，其中接入网的其余部分可包括网际协议(ip)网络。基站还可协调对空中接口的属性管理。例如，基站可以是gsm或cdma中的基站(bts，base transceiver station)，也可以是wcdma中的基站(nodeb)，还可以是lte中的演进型基站(nodeb或enb或e-nodeb，evolutional node b)，或者也可以是5g系统中的gnb等。本技术实施例中不做限定。
[0277]
上述方法处理流程可以用软件程序实现，该软件程序可以存储在存储介质中，当存储的软件程序被调用时，执行上述方法步骤。
[0278]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0279]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0280]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0281]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0282]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。