基于导航通信一体化信号的D2D协同定位方法研究

The next generation communication system represented by 5G develops rapidly, which provides the condition for the positioning by the integrated signal of navigation and communication (ISNC). The present technology can hardly break through the meter level accuracy of indoor and outdoor seamless positioning, which cannot meet the growing needs of the Location Based Services (LBS). It is one of the approaches to improve the positioning accuracy and reliability by using the D2D (Device to Device) technology, which will be widely used in the next generation communication system, to position cooperatively. Earlier researches show: 1) The dual-direction broadcast of the D2D signal incurs the near-far problem. The transmission and reception of the ISNC cannot be guaranteed. 2) The measure of D2D increases the amount of available information substantially. The possibility of appearance of poor information increases significantly. 3) The existing approach can hardly achieve high-accuracy D2D cooperative positioning. Therefore, the following contents will be researched: 1) Research the principle of the interrelationship between the communication and navigation signals in ISNC caused by the near-far problem in D2D network. Establish the cancellation model of the strong-weak interference of ISNC in D2D network. 2) Research the coupling principle of positioning information in D2D network. Establish the assessment and selection models of D2D positioning information. 3) Research the D2D cooperative positioning theory based on assessment of information quality. It will establish a theory and technical basic of D2D cooperative positioning based on ISNC through the research of this project.

以5G为代表的下一代通信系统快速发展，为导航通信一体化定位提供了条件。但现有技术手段难以突破米级精度的室内外无缝定位，无法满足持续增长的位置服务需求。利用将在通信系统中广泛使用的D2D（终端到终端）技术进行协同定位，是提高定位精度、保障定位可靠性的重要手段之一。前期研究发现：1)D2D网络信号的双向播发凸显了远近效应，一体化信号的正常收发无法得到保障；2)D2D测量大幅增加了可用信息数量，出现劣质信息的可能性显著提高；3)现有方法难以实现高精度D2D协同定位。因此，本项目将对以下内容进行研究：1)研究D2D网络中通导一体化信号远近效应作用机理，建立D2D通导一体化信号强弱干扰抑制模型；2)研究D2D网络中定位信息的耦合机理，建立D2D定位信息的质量评估及优选模型；3)研究基于信息质量评估的D2D协同定位理论。通过本研目研究，为基于导航通信一体化信号的D2D协同定位奠定理论和技术基础。

以5G为代表的下一代通信系统快速发展，为导航通信一体化定位提供了条件。但现有技术手段难以突破米级精度的室内外无缝定位，无法满足持续增长的位置服务需求。利用将在通信系统中广泛使用的D2D（终端到终端）技术进行协同定位，是提高定位精度、保障定位可靠性的重要手段之一。.经过三年的研究，本项目严格按照年度计划，完成了各年度相应任务，达到并超额完成了项目任务书要求，取得的主要成果如下：.1)通过研究D2D网络中导航与通信信号的相互影响规律，揭示了D2D网络中通导一体化信号间远近效应的深层次关联性。并基于此提出了具有抗远近效应的新型通导一体化信号体制——多尺度非正交多址通导一体化信号（MS-NOMA）。该信号在不影响通信服务质量的同时具有更高的定位精度及更灵活的配置方法。.2)根据MS-NOMA信号的特点，同时结合通信需求，建立了5G网络下的通信与导航联合功率分配模型，在保证通信服务质量的同时使定位信号覆盖范围扩大了1倍，定位精度达到亚米级。.3)D2D终端可利用多入多出（MIMO）天线对定位信号进行角度测量。为了提高测量精度，我们提出了一种基于信道状态信息虚拟阵列天线的角度定位算法，角度估计误差可达1度以内。.4)提出了协同冗余有效性检验（CRV）模型，国际上首次利用“概率”而非“距离”来检验多源定位系统的信号质量，可信度评估准确度提升近1倍。.5)提出了基于5G边缘云的协同定位架构（ECCL），该架构结合了集中式与分布式协同定位的优点。基于该架构，我们建立了新的协同定位算法，较传统协同定位方法，定位精度提高了7%。.6)研制了D2D接收机样机，第三方测试表面，定位精度可达亚米级。.基于本项目，共发表论文11篇，其中SCI收录6篇，EI收录4篇。其中2篇发表在1区顶刊（均为第一标注）。共申请发明专利6项，其中1项已授权。.共培养博士研究生2名，硕士研究生7名。.本项目的成功实施有效解决了复杂场景下D2D信号覆盖差、定位精度低、无法实现亚米级定位的国内外研究难题，为基于D2D的高精度协同定位提供了理论技术支撑，为开拓新导航技术提供借鉴，进一步推动位置服务新发展，并将产生重要的社会经济效益。