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摘要：以5G毫米波通信系统为核心，研究了基于毫米波的高精度室内定位技术，首先在Wireless Insite网络仿真平台搭建毫米波模拟室内定位环境，并基于该环境研究毫米波频段电磁波室内传播特性。随后，在毫米波混合波束赋形的前提下研究超分辨二维信号到达角（Angle of Arrival，AOA）估计技术，并基于估计的二维 AOA 信息研究室内单站定位技术，完成高精度定位 Demo 演示。仿真结果表明，该方案能够有效提升室内单站定位精度。
关键词：毫米波；单站定位；混合波束赋形；室内定位；5G
doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2023.09.009
概述
随着人类经济社会的发展，地理位置信息越来越被重视。实时的地理位置信息不仅方便了人们的日常生活，也给国防与公共安全提供了重要保障，在经济社会的发展中发挥了不可替代的作用。室外环境下人与车辆的定位与导航主要依靠全球定位系统（Global Position System，GPS），但是室内环境下由于建筑物的遮挡，卫星信号严重衰减，因此无法使用GPS 进行定位。与此同时，人们室内的公共活动日益频繁，对室内位置信息的需求越来越大，因此室内定位技术显得非常重要。目前 5G 定位技术都还处于实验阶段，在室外可以采用信号到达角（AOA）或者上行到达时差（Uplink Time Difference of Arrival，UTDOA）的方式实现定位。
作为室内定位核心技术的二维 AOA 估计技术也随之成为研究焦点，基于角度的定位技术一般需要估计出信号到各个基站的到达角（AOA），然后利用三边定位方法对目标进行定位。在阵列信号处理领域，超分辨算法通常是利用天线之间的波程差对信号的AOA进行估计，随着毫米波与太赫兹等高频信号的普及，天线间距难以满足半波长采样定理的要求，导致子空间类参数估计方法估计结果出现混叠现象，无法进行角度估计。
本文提出一种毫米波室内单站定位技术，首先采用基于天线阵列混合波束的超分辨二维 AOA 估计技术，将 4×4 的天线阵列用合路器合路为四通道进行接收，减少硬件资源开销。合路信号在保证整体孔径大小的前提下大幅提高了信号强度，同时可避免相位偏移。结合稀疏重构技术，解决实际环境中可能出现快拍数少的问题，并且解决由于虚拟天线的间距无法满足奈奎斯特采样定理的问题，实现信号的精确重构。
