基于仿射传播聚类的losnlos环境识别算法

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1、基于仿射传播聚类的LOS/NLOS环境识别算法魏思菁周孕孕中海电信有限公司宁夏大学物理与电子电气工程学膣摘要：随着信息技术的发展和日益增长的位罝服务需求，室内定位技术经成为了当下最热门的定位研究领域之一。在室内定位中比较常用的算法括信号到达时间(TimeofArrival,TOA)、信号到达吋间差(TimeDifferenceofArrival,TDOA)、信号到达角(AngleofArrival,AOA)等。这些定位技术都依赖于客户端与Wi-Fi接入点(AccessPoint,AP)处于可视环境(Line

2、ofSight,LOS),当客户端与AP处于非可视环境(NonLineofSight,NLOS)时，会造成定位精度严重下降。基于此，木文在传统的多信号分笑算法(MultipleSignalClassification,MUSIC)的基础上结合OFDM信号的子载波特性,提出一种基于仿射传播聚类的LOS/NLOS环境识别算法用于提高基于A0A的室内定位的精度。该算法分为两步，先对无线信号的A0A和T0A进行估计，其次利用聚类算法对信号的AOA和TOA信息进行聚类，利用聚类的结果判断当前环境属于LOS环境还是NL

3、OS环境。仿真结果表明，木文提出的算法具有良好的识别性能。关键词：信号到达角;信号到达时间;可视环境;非可视环境;子载波;收稿日期：2017-05-30Received：2017—05-301引言当代社会，伴随着信息技术的发展，导航、定位等信息在人们的信息要求屮扮演着越来越重要的角色。而无线局域网(WLAN)的兴起为室内定位指出了一条新道路。目前在室内定位领域的研宄中，通常采用A0A信息进行定位［1-3］，但是室内环境下存在大量的NLOS环境，使得联合多个AP的A0A定位方法无法正确的佔计出直射路径的信号到

4、达角，从而引起定位精度严重下降，因此研宄LOS/NLOS环境识别技术对AOA定位精度的提高有着重要的意义。NLOS环境下的AOA定位需要解决两个关键问题:NLOS环境识别以及NLOS影响消除。现有的NLOS环境识别算法主要基于信号特征Ilf、位置残差_［6-7］、先验概率［8-9］以及混合定位方法等。基于信号特征的NLOS环境识别算法需要进行人量的数据采集，记泶某点信号的特征，通过构建一个数据库进行LOS/NLOS识别;基于位置残差的算法需耍AP的数量较多，在室内环境中是无法满足的;基于先验概率的算法需要事

5、先知道LOS发生概率以及NLOS发生概率，同时需要采集大量的数据;混合定位方法通过联合TOA、AOA、信号强度等信息在一定程度上可以解决NLOS环境下定位的问题，但是系统复杂度较高。本文针对上述LOS/NLOS环境识别算法存在的问题提出了一种新的LOS/NLOS环境识别算法，该算法在传统的MUSIC算法的基础上结合OFDM信号的子载波特性，对信号的AOA和TOA进行估计，同时利用聚类算法对信号的AOA和TOA信息进行聚类，给每个类分配一个权值，统计最大权值来判断当前环境属于LOS环境还是NLOS环境。2正交

6、频分复用和信道频率响应2.1正交频分复用(OFDM)对于采用802.lln传输协议的Wi-Ei信号，它使用正交频分复用调制［11］方式。正交频分复用是一种将数字数据编码到多条不同频率载波上的方法并且在无线通信领域得到广泛的应用。它在频域内将信道划分成许多正交的子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，使得各子载波并行传输。在发射端，可以将需要高速传输的数据调制到各个不同的子载波上，变成几个低速的数据流进行并行传输。而在接收端，可以利用正交信号的特性对接收信号进行解调并恢复原始数据。2.2信道频率响应(C

7、FR)对于使用OFDM调制方式的信号，可以使用信道频率响应信息［12］来描述信号发射端和接收端通信链路间的信道状态，包括多径，衰减和时延。一个信道状态的频域模型可以通过式(1)表示：其屮Y(e)和X(e)分别代表接收信号与发送信号的傅里叶变换，11(e)代表频域上的信道函数，n表示信道中存在的高斯白噪声。在信号发射端，原始数据经过串并转换，利用IFFT算法实现正交子载波调制后，添加循环前缀，通过射频发射。在接收端，接收机首先对射频信号进行下变频，去除循环前缀，利用FFT算法进行正交子载波的解调，然后根据接收

8、到的前导信号(Pilot)进行信道估计，获得的值即为每个子载波的CFR测量值，如图1所示。图1OFDM系统框图下载原图3AOA/TOA联合估计由于WLAN无线局域网采用的是OFDM的调制技术，对于这样的多载波调制系统，每个子载波都有对应的CFR信息。通常情况下，信道对单个信号的传播会带来3种影响，分别是信号的幅度袞减，信号的传播时延和造成信号的多径传播，根据上述信息可以建立以下的时变的信道模型mzui:其中，h(