一种基于5G定位信号的室内定位算法

技术领域

本发明属于室内定位技术领域，具体涉及一种基于5G定位信号的室内定位算法。

背景技术

卫星定位技术无法穿透建筑物的墙壁，无法建立稳定低延时的定位信息，也无法分辨出楼层，不能满足室内定位的要求。

目前室内定位通常是通过蓝牙技术来实现定位的。蓝牙定位是通过在室内安装适当的蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微网络的主设备。这样通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。但是，蓝牙定位主要应用于小范围定位，并且对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性较差，受噪声信号的干扰较大。

发明内容

本发明目的在于，针对因现有卫星定位技术无法穿透建筑物的墙壁，无法建立稳定低延时的定位信息，也无法分辨出楼层，不能满足室内定位要求的问题，提供一种基于5G定位信号的室内定位算法。

一种基于5G定位信号的室内定位算法，包括以下步骤

S1，基站接收用户端提供的5G定位信号；

S2，通过特征空间分解法对基站所接收到的5G定位信号进行分解计算，并得到以当前基站为起点贯穿所述用户端的信号到达角度射线；

S3，对基站所接收到的5G定位信号进行信道估计，确定该5G定位信号从所述用户端到不同基站间的信号到达时延；

S4，服务器基于所述信号到达时延以及所述信号到达角度射线得出用户端的定位坐标。

进一步的，步骤S2具体包括以下步骤，

S21，将5G定位信号的观测空间分解为信号子空间和噪声子空间；

S22，利用信号子空间和噪声子空间的正交性，构建空间谱函数；

S23，对该空间谱函数进行谱峰搜索，确定该5G定位信号的到达角度；

S24，以当前基站为起点，构建贯穿用户端的信号到达角度射线。

进一步的，该5G定位信号观测空间分解公式为，

其中，Y

进一步的，所述空间谱函数的具体计算公式为，

其中，A

进一步的，步骤S3具体包括以下步骤，

S31，对所接收到的5G定位信号进行信道估计，并将经信道估计处理后的5G定位信号与用户端所提供的5G定位信号进行相关运算；

S32，将相关运算后的结果经傅里叶变换后转到时域；

S33，计算时域的功率大小，确定该5G定位信号从所述用户端到不同基站间的信号到达时延。

进一步的，步骤S31中，相关运算的公式为，

其中，

进一步的，时域的功率计算公式为：

其中，P

进一步的，步骤S4包括以下步骤，

S41，根据所有信号到达时延计算出每个基站到所述用户端之间的距离；

S42，根据每个基站与用户端之间的距离，以及每个基站与用户端之间的信号到达角度射线，构建用户端相对于不同基站的位置坐标；

S43，对所有位置坐标加权处理并得到用户端的定位坐标。

进一步的，在步骤S41中，第i个基站到用户端之间距离的计算公式如下：

其中，d

进一步的，步骤S43包括，

通过如下公式，基于所述用户端到第i个基站间的距离，确定用户端相对于第i个基站的位置坐标，

其中，(x′

对所述用户端相对于第i个基站的位置坐标进行加权处理，得到用户端的定位坐标

其中，Λ是定位计算的优化权重向量；

Γ

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种基于5G定位信号的室内定位算法(以下简称本算法)。相比于通过蓝牙技术实现室内用户端的定位坐标而言，本算法是基于室内用户端所生成的5G定位信号，并通过将该5G定位信号分别发送给不同基站，同时由基站获得信号到达角度射线和信号到达时延，并同时联合信号到达角度射线和信号到达时延来计算室内用户端的定位坐标。本算法不仅能够有效地提高室内用户端的定位精度，而且本算法可以实现大范围的定位，能够适用于复杂的空间环境，且定位系统的稳定性较好。另外，在室内环境下，利用5G定位技术，可以减少室内通信设备的建设，进而可以减少系统资源开销。此外，本算法尤其适用于工业物联网环境，能够在资源开销、功率限制和移动速率特性的情况下，有效可靠地对室内用户端实现快速定位，以适应物联网终端发送功率低、待机时间长的特点和需求。

附图说明

图1为本实施例中所使用的定位信号序列生成过程。

图2为本实施例中获得信号到达角度的流程示意图。

图3为本实施例中获得信号到达时延的流程示意图。

图4为本实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

针对因现有卫星定位技术无法穿透建筑物的墙壁，无法建立稳定低延时的定位信息，也无法分辨出楼层，不能满足室内定位要求的问题，本实施例提供了一种基于5G定位信号的室内定位算法，能够有效地提高室内用户端的定位精度。

本实施例包括以下步骤

S1，基站接收用户端提供的5G定位信号。优选地，可以使用5G上行定位参考信号序列作为定位序列，在进行序列生成以及资源映射后发送给不同的基站。

S2，每个基站均通过特征空间分解法对所接收到的5G定位信号进行分解计算，并得到以当前基站为起点贯穿用户端的信号到达角度射线。

本实施例中的步骤S2具体包括以下步骤，

S21，将5G定位信号的观测空间分解为信号子空间和噪声子空间。

在本实施例中，5G定位信号观测空间分解公式为，

其中，Y

S22，利用信号子空间和噪声子空间的正交性，构建空间谱函数。

在本实施例中，空间谱函数的具体计算公式为，

其中，A

S23，对该空间谱函数进行谱峰搜索，搜索最大值所对应的位置，即确定该5G定位信号的到达角度。

S24，以当前基站为起点，构建贯穿用户端的信号到达角度射线。

S3，每个基站均对所接收到的5G定位信号进行信道估计，求出该5G定位信号从用户端到不同基站间的信号到达时延。

本实施例中的步骤S3具体包括以下步骤，

S31，对所接收到的5G定位信号进行信道估计，并将经信道估计处理后的5G定位信号与用户端所提供的5G定位信号进行相关运算；

在步骤S31中，相关运算的公式为，

其中，

S32，将相关运算后的结果经傅里叶变换后转到时域。具体计算表达式为：

其中，

S33，计算时域的功率大小，确定该5G定位信号从用户端到不同基站间的信号到达时延。

其中，时域的功率计算公式为：

其中，P

S4，服务器基于所述信号到达时延以及所述信号到达角度射线得出用户端的定位坐标。

本实施例中的步骤S4具体包括以下步骤，

S41，根据所有信号到达时延计算出每个基站到用户端之间的距离。

在步骤S41中，第i个基站到用户端之间距离的计算公式如下：

其中，d

S42，根据每个基站与用户端之间的距离，以及每个基站与用户端之间的信号到达角度射线，构建用户端相对于不同基站的位置坐标。

其中，用户端相对于第i个基站的位置坐标如下，

其中，(x′

S43，对所有位置坐标加权处理并得到用户端的定位坐标

其中，Λ是定位计算的优化权重向量；

Γ

本实施例提供了一种基于5G定位信号的室内定位算法。相比于通过蓝牙技术实现室内用户端的定位坐标而言，本实施例是基于室内用户端所生成的5G定位信号，并通过将该5G定位信号分别发送给不同基站，同时由基站获得信号到达角度射线和信号到达时延，并同时联合信号到达角度射线和信号到达时延来计算室内用户端的定位坐标。本实施例不仅能够有效地提高室内用户端的定位精度，而且本实施例可以实现大范围的定位，能够适用于复杂的空间环境，且定位系统的稳定性较好。另外，在室内环境下，利用5G定位技术，可以减少室内通信设备的建设，进而可以减少系统资源开销。此外，本实施例尤其适用于工业物联网环境，能够在资源开销、功率限制和移动速率特性的情况下，有效可靠地对室内用户端实现快速定位，以适应物联网终端发送功率低、待机时间长的特点和需求。

以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。