LTE Release9协议中提出了若干种基于 LTE系统的 UE定位业务， 其 中一种 于 LTE定位参考信号 ( Positioning Reference Signal, PRS ) 的 UE定位方法： 观察时间差 ( Observed Time Difference of Arrival, OTDoA ) 法。 OTDoA 是在通用移动通信系统陆地无线接入网 （Universal Mobile Telecommunications System Terrestrial Radio Access Network, UTRAN )系统 中使用的一种三角定位方法，原理是 UE根据 eNodeB的下行定位参考信号， 测量不同 eNodeB的信号到达 UE的观察时间差； 根据 UE测量结果， 结合 eNodeB的坐标， 并采用合适的位置估算方法， 能够估计出 UE的位置。

一般的， 位置估算方法需要至少考虑多个 eNodeB, 如 3个或 3个以上 eNodeB定位的情况。 UE测量的 eNodeB的数据越多， 测量精度越高， 定位 性能的改善也越明显。 简要的定位示意图可参考图 1， 这里图 1示出的为 3 个 eNodeB定位的情况。

小区间的 PRS接收时间差用 RSTD ( Reference Signal Time Difference ) 表示， 其中 RSTD定义为：

RSTD― T _su bfra _me RX,j― T _su bframeRX,i

其中： 丁^^^^^为！^接收到测量小区 j (邻区） 的某个子帧起始的时刻； 丁^^^！^，为！^接收到小区 i (参考小区） 的相应子帧起始的时刻， 这里， 二个时刻的相对偏差在 ± 1/2 子帧以内。 RSTD 测量结果取值范围是 ± 1/2 子帧长度， 即 [-0.5ms,+0.5ms]。 RSTD定义示意图具体可参考图 2。

传统的系统定时方法通常是将接收信号和本地 序列进行相关， 通过相 关峰的位置来确定信号出现的时刻， 这样虽然可以充分利用发送信号的信 息， 且结果便于处理， 但是运算量大， 消耗的硬件资源较多， 此外由于各 小区时域信号混叠， 在多小区信号功率相差悬殊的情况下弱小区的 时域检 测性能不理想。 发明内容

有鉴于此， 本发明的主要目的在于提供一种基于信道估计 的定位方法 及装置， 能够高效率地实现定位。

为达到上述目的， 本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于信道估计的定位方法， 所述方法包括：

确定测量小区定位参考信号 PRS子帧起始时刻的范围， 并在确定的范 围内按照预先规定的开窗步距对接收到的数据 进行分段， 对分段得到的数 据提取 PRS子帧数据， 进行信道估计；

搜索得到所述信道估计的峰值， 根据所述峰值对应的分段序号以及在 该分段中的位置， 得到 PRS的开窗位置；

根据所述开窗位置提取 PRS子帧数据， 进行信道估计， 并根据得到的 信道估计结果， 得到接收时间差 RSTD。

其中， 所述确定测量小区 PRS子帧起始时刻的范围为：

根据参考小区 RSTD的期望值 ^及所述期望值的不确定度 t„，以及主小 区 PRS 起始时刻 t _Q ， 将所述测量小区 PRS 子帧起始时刻的范围确定为 其中， 所述在确定的范围内按照预先规定的开窗步距 对接收到的数据 进行分段为：

按照开窗步距包含的样点数， 对接收到的数据进行分段。 进一步地， 所述对分段得到的数据提取 PRS子帧数据，进行信道估计： 将提取的 PRS子帧数据中的 PRS信号按符号做快速傅氏变换 FFT后与 本地 PRS序列共轭相乘， 得到 OFDM符号的频域信道估计；

根据 CP模式的不同， 对 OFDM符号进行时域线性插值， 计算得到所 述 PRS子帧的频域信道估计值；

根据所述频域信道估计结果， 进行快速傅氏反变换 IFFT后， 得到所 述 PRS子帧的时域信道估计值。

进一步地， 所述搜索得到所述信道估计的峰值为： 按照预设的搜索窗 宽度， 在得到的信道估计值中搜索最大值；

所述得到 PRS的开窗位置为： 当所述峰值位置 i大于 C/? "/ ² 时， 开 窗位置 WinPos为 expectedRSTD - RSTDUncertainty + k N _FFT - CIRLen + i；

当所述峰值位置 i 小于等于 C/? ^/ ² 时， 开窗位置 VtP^为 expectedRSTD - RSTDUncertainty + kx N _FFT + i；

其中， CIRLm为信道估计长度； expectedRSTD为参考小区 RSTD的期望 值； RSTDUncertainty为所述期望值的不确定度。

进一步地， 所述根据得到的信道估计结果， 得到接收时间差 RSTD为： 根据搜索窗宽度， 在所述峰值位置向前推 _∞2 个样点， 逐样点进行第 一径位置的搜索， 当搜索到第一个同时大于预设的噪声门限和峰 值门限的 样点时， 停止搜索， 确定第一径的位置 FirstPathlndex；

^ RSTD = WinPos _{cell j} - WinPos _cell ^ FirstPathlndex^ _j - FirstPathIndex _{cell i} i† 算得到所述 RSTD的值；

其中， >7/¾ „ .为测量小区的开窗位置； ,为参考小区的开窗 位置； FirstPathIndex _{ceU j} 为测量小区的第一径位置； FirstPathlndex _{cell i} 为参考 'J、 区的第一径位置。

其中， 所述确定第一径的位置为： 当所述同时大于预设的噪声 门限和峰值门限的样点的位置 FirstPathlndex'大于 CIRLenl l 时， 所述第一径的位置 FirstPathlndex为 FirstPathlndex '- CIRLen .

当所述同时大于预设的噪声 门限和峰值门限的样点的位置 FirstPathlndex'小于等于 CIRLen II时， 所述第一径的位置 FirstPathlndex为 FirstPathlndex '。

一种基于信道估计的定位装置， 所述装置包括： PRS 子帧提取位置确 定模块、 PRS子帧数据处理模块、 RSTD计算模块； 其中，

所述 PRS 子帧提取位置确定模块， 用于确定测量小区定位参考信号 PRS子帧起始时刻的范围， 根据所述 PRS子帧数据处理模块搜索到的峰值 对应的分段序号以及在该分段中的位置， 得到 PRS的开窗位置

所述 PRS子帧数据处理模块， 用于在所述确定的范围内按照预先规定 的开窗步距对接收到的数据进行分段， 用于对分段得到的数据提取 PRS子 帧数据， 进行信道估计； 搜索得到所述信道估计模块信道估计的峰值； 并 根据所述 PRS子帧提取位置确定模块确定的开窗位置提取 PRS子帧数据， 进行信道估计；

所述 RSTD计算模块， 用于根据所述信道估计模块对所述开窗位置提 取的 PRS子帧数据的信道估计结果， 得到 RSTD。

其中，所述 PRS子帧提取位置确定模块，具体用于根据参考 小区 RSTD 的期望值 ^及所述期望值的不确定度 t„， 以及主小区 PRS起始时刻 t _Q ， 将所 述测量小区 PRS子帧起始时刻的范围确定为 [t _Q + t _d _ t _u ，t ₀ + t _d + t _u ]。

其中， 所述 PRS子帧数据处理模块， 具体用于按照开窗步距包含的样 点数， 对接收到的数据进行分段。

其中， 所述 PRS子帧数据处理模块， 具体用于将提取的 PRS子帧数据 中的 PRS信号按符号做快速傅氏变换 FFT后与本地 PRS序列共轭相乘，得 到 OFDM符号的频域信道估计； 根据 CP模式的不同， 对 OFDM符号进行 时域线性插值， 计算得到所述 PRS子帧的频域信道估计值； 根据所述频域 信道估计结果，进行快速傅氏反变换 IFFT后，得到所述 PRS子帧的时域信 道估计值。

其中， 所述 PRS子帧数据处理模块， 具体用于按照预设的搜索窗宽度， 在得到的信道估计值中搜索最大值；

所述 PRS 子帧提取位置确定模块， 具体用于当所述峰值位置 i 大于 CIRLen l l 时 ， 开 窗 位 置 WinPos 为 expectedRSTD - RSTDUncertainty + k N _FFT - CIRLen + i； 当所述峰值位置 i小于等 于 CIRLen l l时， 开窗位置 WinPos为 expectedRSTD _ RSTDUncertainty + N _FFT + i； 其中， CIRLm为信道估计长度； expectedRSTD为参考 '〗、区 RSTD的期望值； RSTDUncertainty为所述期望值的不确定度。

其中， 所述 RSTD计算模块， 具体用于根据搜索窗宽度， 在所述峰值 位置向前推 _∞2 个样点， 逐样点进行第一径位置的搜索， 当搜索到第一个 同时大于预设的噪声门限和峰值门限的样点时 ， 停止搜索， 确定第一径的 位 置 FirstPathlndex ； 根 据

RSTD = WinPos _{cell j} - WinPos _cell ^ FirstPathlndex^,「 FirstPathlndex _{cell i} i† ^'J ff 述 RSTD的值； 其中， .为测量小区的开窗位置； WinP _{OScd! t} 为参考 小区的开窗位置； FirstPathlndex^ .为测量小区的第一径位置； FirstPathlndex _{cell t} 为参考小区的第一径位置。

其中， 所述 RSTD计算模块， 具体用于当所述同时大于预设的噪声门 限和峰值门限的样点的位置 FirstPathlndex '大于 CIRLm l l时， 所述第一径的位 1 FirstPathlndex为 FirstPathlndex '- CIRLen； 当所述同时大于预设的噪声门限和 峰值门限的样点的位置 小于等于^6" / ² 时， 所述第一径的位 本发明采用采用信道估计而非时域相关的方法 进行 RSTD的测量， 可 以减少运算量，提升低 SINR条件下的检测性能； 开窗模块和开窗后处理模 块流程一致， 硬件复用程度高； 并且采用 FFT/IFFT运算结构， 设计简单， 运算效率高； 与现有技术相比， 本发明运算量小， 速度快， 复用率高， 便 于硬件集成与实现， 降低了硬件实现成本。 附图说明

图 1为 OTDoA定位示意图；

图 2为 RSTD定义示意图；

图 3为本发明基于信道估计的定位方法的实现流� �示意图；

图 4为本发明对接收到的数据的分段示意图；

图 5为本发明基于信道估计的定位装置的结构示� �图；

图 6为采用时域直接相关和基于信道估计的定位� �法的测量误差分布 图。 具体实施方式

LTE系统中的 PRS序列采用的是和 Cell RS序列相同的伪随机序列， 其在频域的映射图样与 PBCH天线数目， 循环前缀 ( Cyclic Prefix, CP )模 式有关。 UE在接收到 PRS信号的同时，也能收到来自高层的关于定时 的辅 助信息， 主要包括参考小区的定时信息， 测量小区与参考小区 RSTD的期 望（ Expected RSTD )与该期望值的不确定度 ( RSTD Uncertainty )。

本发明的基本思想为： 确定测量小区 PRS子帧起始时刻的范围， 并在 确定的范围内按照预先规定的开窗步距对接收 到的数据进行分段， 对分段 得到的数据提取 PRS子帧数据， 进行信道估计； 搜索得到所述信道估计的 峰值， 根据所述峰值对应的分段序号以及在该分段中 的位置， 得到 PRS的 开窗位置； 根据所述开窗位置提取 PRS子帧数据， 进行信道估计， 并根据 得到的信道估计结果， 得到 RSTD。

为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 以下举实施例并 参照附图， 对本发明进一步详细说明。

图 3示出了本发明基于信道估计的定位方法的实� �流程， 如图 3所示， 所述方法包括下述步骤：

步骤 301， 确定测量小区定位参考信号 PRS子帧起始时刻的范围， 并 在确定的范围内按照预先规定的开窗步距对接 收到的数据进行分段， 对分 段得到的数据提取 PRS子帧数据， 进行信道估计；

其中，确定测量小区 PRS子帧起始时刻的范围为：根据参考小区 RSTD 的期望值 ^及所述期望值的不确定度 t„， 以及主小区 PRS起始时刻 t _Q ， 将所 述测量小区 PRS 子帧起始时刻的范围确定为 [ta +^ Ua + + tJ , 为了便于 说明， 将该时间区间表示为 [tl， t2];

所述在确定的范围内按照预先规定的开窗步距 对接收到的数据进行分 段为： 按照开窗步距包含的样点数， 对接收到的数据进行分段； 具体地， 当时间区间 [tl， t2]之间对应的接收数据样点数为 N， 规定的开窗步距包括 的数据样点数为 N _FFT ， 则需要将 [tl， t2]间的数据分为「N/ N _FFT ]个数据段， 具体可以参考图 4。

对分段得到的数据提取 PRS子帧数据，进行信道估计为：将提取的 PRS 子帧数据中的 PRS信号按符号做快速傅氏变换 ( FFT )后与本地 PRS序列 共轭相乘， 得到 OFDM符号的频域信道估计；

根据 CP模式的不同， 对 OFDM符号进行时域线性插值， 计算得到所 述 PRS子帧的频域信道估计值；

根据所述频域信道估计结果， 进行快速傅氏反变换（IFFT )后， 得到 所述 PRS子帧的时域信道估计值。

步骤 302，搜索得到所述信道估计的峰值，根据所述 峰值对应的分段序 号以及在该分段中的位置， 得到 PRS的开窗位置；

这里， 所述搜索得到所述信道估计的峰值为： 按照预设的搜索窗宽度， 在得到的信道估计值中搜索最大值；

所述得到 PRS的开窗位置为： 当所述峰值位置 i大于 C/? "/ ² 时， 开 窗位置 WinPos为 expectedRSTD - RSTDUncertainty + k N _FFT - CIRLen + i；

当所述峰值位置 i 小于等于 C/^e"/ ² 时， 开窗位置 >^ 为 expectedRSTD - RSTDUncertainty + kx N _FFT + i；

其中， CIRLm为信道估计长度； expectedRSTD为参考小区 RSTD的期望 值； RSTDUncertainty为所述期望值的不确定度。

步骤 303， 根据所述开窗位置提取 PRS子帧数据， 进行信道估计， 并 根据得到的信道估计结果， 得到 RSTD;

这里， 所述根据得到的信道估计结果， 得到 RSTD为：

根据搜索窗宽度， 在所述峰值位置向前推 _∞2 个样点， 逐样点进行第 一径位置的搜索， 当搜索到第一个同时大于预设的噪声门限和峰 值门限的 样点时， 停止搜索， 确定第一径的位置 FirstPathlndex；

^ RSTD = WinPos _{cell j} - WinPos _cell ^ FirstPathlndex^, j - FirstPathIndex _{cell i} i† 算得到所述 RSTD的值；

其中， >7/¾ „ 为测量小区的开窗位置； ,为参考小区的开窗 位置； FirstPathIndex _{ceU j} 为测量小区的第一径位置； FirstPathlndex _{cell i} 为参考 'J、 区的第一径位置。

其中， 所述确定第一径的位置为：

当所述同时大于预设的噪声 门限和峰值门限的样点的位置 FirstPathlndex '大于 CIRLen I I 时， 所述第一径的位置 FirstPathlndex为 FirstPathlndex '- CIRLen .

当所述同时大于预设的噪声 门限和峰值门限的样点的位置 FirstPathlndex '小于等于 IRLen / 2时， 所述第一径的位置 FirstPathlndex为 FirstPathlndex '。

图 5示出了本发明基于信道估计的定位装置的结� �， 如图 5所示， 所 述装置包括： PRS子帧提取位置确定模块、 PRS子帧数据处理模块、 RSTD 计算模块； 其中，

所述 PRS 子帧提取位置确定模块， 用于确定测量小区定位参考信号 PRS子帧起始时刻的范围， 根据所述 PRS子帧数据处理模块搜索到的峰值 对应的分段序号以及在该分段中的位置， 得到 PRS的开窗位置

所述 PRS子帧数据处理模块， 用于在所述确定的范围内按照预先规定 的开窗步距对接收到的数据进行分段， 用于对分段得到的数据提取 PRS子 帧数据， 进行信道估计； 搜索得到所述信道估计模块信道估计的峰值； 并 根据所述 PRS子帧提取位置确定模块确定的开窗位置提取 PRS子帧数据， 进行信道估计；

所述 RSTD计算模块， 用于根据所述信道估计模块对所述开窗位置提 取的 PRS子帧数据的信道估计结果， 得到 RSTD。

进一步地， 所述 PRS子帧提取位置确定模块， 具体用于根据参考小区 RSTD的期望值 t及所述期望值的不确定度 t„，以及主小区 PRS起始时刻 t _Q ， 将所述测量小区 PRS子帧起始时刻的范围确定为 [t _Q + t - t _u , t ₀ + t _d + t _u ]。

进一步地， 所述 PRS子帧数据处理模块， 具体用于按照开窗步距包含 的样点数， 对接收到的数据进行分段。

其中， 所述 PRS子帧数据处理模块， 具体用于将提取的 PRS子帧数据 中的 PRS信号按符号做快速傅氏变换 FFT后与本地 PRS序列共轭相乘，得 到 OFDM符号的频域信道估计； 根据 CP模式的不同， 对 OFDM符号进行 时域线性插值， 计算得到所述 PRS子帧的频域信道估计值； 根据所述频域 信道估计结果，进行快速傅氏反变换 IFFT后，得到所述 PRS子帧的时域信 道估计值。

进一步地， 所述 PRS子帧数据处理模块， 具体用于按照预设的搜索窗 宽度， 在得到的信道估计值中搜索最大值；

所述 PRS 子帧提取位置确定模块， 具体用于当所述峰值位置 i 大于 CIRLen l l 时 ， 开 窗 位 置 WinPos 为 expectedRSTD - RSTDUncertainty + k N _FFT - CIRLen + i； 当所述峰值位置 i小于等 于 CIRLen l l时， 开窗位置 WinPos为 expectedRSTD _ RSTDUncertainty + N _FFT + i； 其中， CIRLm为信道估计长度； expectedRSTD为参考 '〗、区 RSTD的期望值； RSTDUncertainty为所述期望值的不确定度。

进一步地， 所述 RSTD计算模块， 具体用于根据搜索窗宽度， 在所述 峰值位置向前推 N _w∞2 个样点， 逐样点进行第一径位置的搜索， 当搜索到第 一个同时大于预设的噪声门限和峰值门限的样 点时， 停止搜索， 确定第一 径 的 位 置 FirstPathlndex ； 根 据

RSTD = WinPos _{cell j} - WinPos _cell ^ FirstPathlndex^,「 FirstPathlndex _{cell i} i† ^'J ff 述 RSTD的值； 其中， 为测量小区的开窗位置； WinP _{OScd! t} 为参考 小区的开窗位置； FirstPathlndex^ ,为测量小区的第一径位置；

FirstPathlndex _cell 为参考小区的第一径位置。

进一步地， 所述 RSTD计算模块， 具体用于当所述同时大于预设的噪 声门限和峰值门限的样点的位置 ^^^^/^^'大于^^/ ² 时， 所述第一径 的位置 FirstPathlndex为 FirstPathlndex '- CIRLen； 当所述同时大于子贞设的噪声门 限和峰值门限的样点的位置 FirstPathlndex '小于等于 CIRL l l时， 所述第一径 的位置 FirstPathlndex为 FirstPathlndex '。

本发明提出的基于信道估计的定位方法， 可以应用于 LTE基带芯片系 统类似的系统结构中， 即有专门的定位参考信号， 且基于接收信号时间差 来进行定位的定位系统。 下面以在 LTE基带芯片中 PRS OTDoA计算过程中的一组典型参数为 例， 对上述定位方法应用于 LTE系统进行进一步地说明。

殳设该条件下 CP为正常模式， PBCH天线数为 1个，系统带宽为 10M， PRS子帧数为 1， 测量小区数目为 2， 高层配置参数中 expected RSTD为 -300Ts, RSTD Uncertainty为 600Ts， 参考小区接收信号起始时刻为 0， 接 收机采样率为 15.36Mhz， 开窗步距为 512Ts， 搜索窗宽度为 200Ts， 接收小 区间的真实接收时间差为 150Ts， 其中 Ts = l/30720000s。

1 )、 根据参考小区定时与 expected RSTD值确定邻区 PRS子帧起始时 刻的范围， 即 [-900Ts， 300Ts ), 在接收机接收数据緩存（Buffer ) 中位置为 [-450， 150 )， 并在 PRS子帧起始时刻范围内按规定的开窗步距 512Ts， 即 每个分段之间的间距为 256个接收采样样点， 分段数目为 3。

2)、 按照 PRS发送参数从 Buffer中提取 PRS子帧， 第一次提取时对应 Buffer的起始位置为 -450， 提取数据长度为 15360， 然后进行信道估计， 得 到 1024点的道估计值。 第二次提取起始位置为 -194， 第三次为 62， 循环往 复， 直至处理完所有 PRS分段的信道估计。

3)、 搜索上述 3次信道估计最大值的位置， 这里假设最大值出现在第 3 次取数据的第 20个样点， 则开窗位置为 512+20+ ( -450 ) =82。

4)、 以 Buffer中第 0个接收样点为开窗位置， 取 15360个数据， 并进 行参考小区信道估计， 得到 1024点的信道估计值 CIRcellO; 以 Buffer中， 第 82个接收样点为开窗位置， 取 15360个数据， 进行邻区信道估计， 得到 1024点的信道估计值。

按照设定的搜索窗宽度 200Ts在 CIR样点的 [924,1023]以及 [0,99]中搜 索最大值， 并记录其位置； 这里假设 CIRcellO的最大位置在 0， CIRcelll的 最大位置在 1016，则将 CIRcellO的第 [925,1023]以及 0号样点与规定的噪声 门限与峰值门限比较，这里噪声门限通过取 1024个 CIRCellO值的平均数乘 以系数 kl获得,峰值门限为第 CIRcellO第 0个样值乘以系数 k2获得， 获得 参考小区第一径的位置， 这里假设结果为第 1023个样点； 同样的方法计算 邻区的第一径位置， 这里假设第一径位置为 1015; 其中， kl和 k2的值以 及噪声门限和峰值门限可以根据仿真结果进行 具体确定。

5)、 计算 RSTD

RSTD = WinPos _cell 』 - WinPos _ceII + FirstPathIndex _ceII 』 - FirstPathIndex _ceII

= 82 - 0 + ( 1015-1024 ) - ( 1023-1024 ) = 74

这里， 由于 1015 和 1023 均大于 CIRL / 2 = ₅₁ 2, 所以第一径的位置

FirstPathlndex为 FirstPathlndex '- CIRLen。

从计算结果来看， 测量时间差是 74个接收采样样点， 即 148Ts， 与实 际时差 150Ts的误差为 2Ts， 即测量结果为两小区接收信号时差为 148Ts， 误差 2Ts。

若采用上述方法计算 RSTD的主要运算量为 36次 1024点的 FFT/IFFT, 共计 184320次复数乘， 368640次复加； 当采用时域相关法计算时， 每个 PRS子帧有 8192个复样点需要进行复数相差， 共需要输出 600个样点， 共 需进行 4915200次复乘， 4914600次复加， 由此可见， 本发明提供的基于信 道估计的定位方法可减少 96.25%的复乘运算， 92.5%的复加运算。

针对现有基于信道估计的 LTE定位业务运算量大， 占用硬件资源多， 运算效率低的问题，本发明基于信道估计的定 位方法，采用 FFT/IFFT技术， 减少了运算量的同时提升了系统性能， 节约了系统开销， 提高了系统运行 效率， 可以在 LTE基带芯片中使用， 节约模块所耗资源， 提高芯片整体效 率。

为了说明采用上述方法得到 RSTD性能上的优越性， 参照图 6， 图 6 给出了在 ETU5信道条件下， 三个小区的 SINR为 6/-13/-13dB， Cell ID为 0/6/12时， 当采用时域直接相关和本发明的信道估计法测 量 RSTD时， 两个 测量小区 RSTD测量误差分布图。 其中， "+" 和 "◊" 标记的曲线分别为 Cell ID为 6利用时域直接相关和本发明的信道估计法测� � RSTD的误差分 布； "〇" 和 "※，， 标记的曲线分别为 Cell ID为 12利用时域直接相关和本 发明的信道估计法测量 RSTD的误差分布； 从图中可以看出， 采用信道估 计法计算 RSTD的误差比采用直接相关法计算 RSTD误差有明显性能增益。 其横坐标表示 RSTD测量误差， 纵坐标表示测量误差小于横坐标所示采样 点数的概率。

以上所述， 仅为本发明的较佳实施例而已， 并非用于限定本发明的保 护范围。