一种基于5G的室内高精度定位系统及方法与流程

一种基于5g的室内高精度定位系统及方法

技术领域

1.本发明涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及了一种基于5g的室内高精度定位系统及方法，隶属分类为h04w4/02。

背景技术：

2.随着人民生活水平的逐步提高和无线通信技术的不断进步，人们对室内定位与导航的需求日益增大，尤其是在复杂的室内环境中，如机场大厅、展厅、超市、停车场等，常常迫切需要确定移动终端在室内的位置信息。此外，随着国内智慧城市的兴起，也激发了对室内定位的需求。因此，开展室内定位技术研究及相关产品开发具有很好的市场应用前景和经济、社会效益。

3.目前最新的蓝牙5.1标准引入了到达角aoa(angle of arrival)特性，通过蓝牙5.1设备感知发射节点信号的到达，计算接收节点和发射节点之间的相对方位或角度，然后再利用三角测量法或其他方式计算出未知节点的位置，定位精度可达厘米级。

4.但是，这种定位技术在室内场馆实际使用环境中，存在以下问题：（1）蓝牙信道所在频段干扰信号较多，当蓝牙信号质量较弱的时候容易受到干扰，会对定位的精度造成影响，扩大定位误差，造成点位的漂移等问题；（2）高精度覆盖区域小，当方向角大于50度的时候，定位精度降低，且不稳定，因此需要布设较多的基站实现高精度定位覆盖，成本较高；（3）需要部署较多的基站，每个基站需要部署数据线和电源线，设备施工、调试复后期维护复杂，更重要的是施工复杂、走线太多对博物馆内展项来说存在潜在的破坏风险；（4）随着5g的发展，越来越多的室内场馆部署了5g室内分基站，5g室内定位也受到了更多的关注；当前，5g室内定位精度能达到米级水平，但是对于博物馆的应用场景来说，展柜、展品摆放位置贴近，这种定位精度，无法满足博物馆内大部分场景使用需求。

技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于5g的室内高精度定位系统及方法，来解决该问题。

6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于5g的室内高精度定位系统，包括：移动终端、5g lampsite基站、mec边缘计算平台和坐标接收终端，所述5g lampsite基站采集移动终端发出的信号，5g lampsite基站输出端与mec边缘计算平台的输入端连接，mec边缘计算平台输出端与坐标接收终端的输入端连接，mec边缘计算平台将经5g lampsite基站处理的信号进行解算，并将解算出的坐标发给坐标接收终端。

7.优选地，所述5g lampsite基站包括：5g室内基站和蓝牙aoa基站，5g室内基站和蓝牙aoa基站一体式安装，形成一体式基站，一体式基站设置有多组，5g室内基站和蓝牙aoa基站用于接收并处理移动终端发出的信号，并将处理过的信号发送到mec边缘计算平台。

8.优选地，所述mec边缘计算平台包括：蓝牙aoa定位引擎和5g&aoa联合解算定位引擎，一体式基站判断接收的信号中，蓝牙到达角是否小于50

°

且蓝牙信号值rssi是否稳定，一体式基站将蓝牙到达角小于50

°

且蓝牙信号值rssi稳定的信号发送给蓝牙aoa定位引擎进行解算，一体式基站将蓝牙到达角大于等于50

°

且蓝牙信号值rssi不稳定的信号发送给5g&aoa联合解算定位引擎进行解算，蓝牙aoa定位引擎和5g&aoa联合解算定位引擎解算完成后得到移动终端坐标，并将移动终端坐标发给坐标接收终端。

9.优选地，所述坐标接收终端包括：移动云、移动网、平台服务器和应用服务器。

10.一种基于5g的室内高精度定位方法，包括以下步骤：s1：移动终端将5g信号和蓝牙信号发送给一体式基站；s2：一体式基站判断接收到的信号中，蓝牙到达角是否小于50

°

且蓝牙信号值rssi是否稳定；s3：当蓝牙到达角小于50

°

且蓝牙信号值rssi稳定时，一体式基站将信号传输给蓝牙aoa定位引擎解算位置，完成解算后将坐标信息传输到坐标接收终端；当蓝牙到达角大于50

°

且蓝牙信号值rssi不稳定时，一体式基站将信号传输给5g&aoa联合解算定位引擎使用联合位置解算方法解算移动终端坐标，完成解算后将移动终端坐标信息传输到坐标接收终端。

11.优选地，所述联合位置解算方法包括以下步骤：s4：构建定位模型图，建立基于测量距离l和到达角θ的等式；s5：将一体式基站和移动终端之间的非线性关系转化成线性关系，通过线性关系和多组一体式基站得到定位直线，定位直线的交点用来确定移动终端的可能位置点。

12.s6 ：通过步骤s5得到多个可能位置点，利用加权最小二乘法进行位置点筛选，得到移动终端的坐标，然后mec边缘计算平台将坐标发送给坐标接收终端。

13.s7 ：若经s6步骤筛选后，没有满足要求的可能位置点，则根据n基站的测量值确定多条定位直线，筛选直线交点，计算所有可能点对应的目标函数值，利用归一化倒数作为权重因子解算出移动终端坐标，然后mec边缘计算平台将坐标发送给坐标接收终端。

14.优选地，所述s4步骤中，构建定位模型图，测量移动终端到各个基站的信号的距离l，根据各个距离测量值和勾股定理建立下述等式：，同时在一体式基站bsi处通过到达角测量值可以建立下述等式：，其中移动终端坐标为(x,y)，一体式基站坐标为(x

bsi

,y

bsi

)，l表示根据信号到达时间测量值确定的信号传播距离，随后执行s5步骤；优选地，所述s5步骤中，将一体式基站和移动终端之间的非线性关系转化成线性关系，对于bsi和bsj，可得：关系，对于bsi和bsj，可得：；将上述两式相减可得；从而可以确定一体式基站bsi、一体式基站bsj及移动终端三者之间的线性关系，那么n(n》3)个一体式基站就可以得到c

n3

条定位直线，同时又由等可知移动终端处于与一体式基站bsi呈θi角的直线上，所以一共可以得到c

n3

+n条定位直线，定位直线的交点用来确定移动终端的可能位置，随后执行s6步骤；

优选地，所述s6步骤中，经s5步骤可得到多个可能位置点，由于受障碍物等环境因素误差的影响，测量距离值往往大于实际距离，故移动终端位置必须满足公式：，利用加权最小二乘法，移动终端真实位置满足minf(x)，其中；；；利用对这些直线的定位交点进行筛选，利用的目标函数值的归一化倒数对移动终端可能位置点的坐标进行加权处理以提高定位精度，将筛选出来的移动终端坐标发送给坐标接收终端，若经过筛选后，若没有满足要求的可能位置点，则执行s7步骤。

15.优选地，所述s7步骤中，当没有满足公式的位置点时，根据n基站的测量值，来确定 c

n3

+n条定位直线，根据公式筛选直线交点，筛选结果即为移动终端的可能位置点，筛选结果总数为m，计算所有可能点(xk,yk)的对应的目标函数值fk，；利用fk的归一化倒数作为权重因子求出移动终端坐标，然后mec边缘计算平台将移动终端坐标发送给坐标接收终端。

16.本发明的优点在于：（1）克服单独采用aoa定位和单独采用5g定位各自的缺陷，通过使用mec边缘计算平台进行坐标解算，最终输出稳定坐标，可以为博物馆以及其他室内定位提供了一套较好的高精度定位系统；（2）有效解决了传统的蓝牙aoa定位系统覆盖范围小和部署成本较高的限制，极大降低了系统的规模及系统部署成本，在aoa定位盲区，通过引入5g定位技术，有效减小aoa定位盲区，提高系统的稳定性及鲁棒性，同时解决定位精度和定位覆盖两大核心问题，实现一

体化的通信和定位覆盖；（3）通信网络与定位网络融合，二者同步施工、维护简单，极大的方便了博物馆的基建。

附图说明

17.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1是本发明提出的一种基于5g的室内高精度定位系统及方法的系统流程图；图2是本发明的一体式基站信号处理的流程图；图3是本发明的一体式基站的结算区域示意图；图4是本发明的联合位置解算方法的流程图；图5是本发明的联合位置解算方法中的定位模型图。

具体实施方式

18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

21.实施例：结合图1进行说明，一种基于5g的室内高精度定位系统，包括：移动终端、5g lampsite基站、mec边缘计算平台和坐标接收终端，所述5g lampsite基站采集移动终端发出的信号，5g lampsite基站输出端与mec边缘计算平台的输入端连接，mec边缘计算平台输出端与坐标接收终端的输入端连接，mec边缘计算平台将经5g lampsite基站处理的信号进行解算，并将解算出的坐标发给坐标接收终端。

22.所述5g lampsite基站包括：5g室内基站和蓝牙aoa基站，5g室内基站和蓝牙aoa基站一体式安装，形成一体式基站，一体式基站设置有多组，5g室内基站和蓝牙aoa基站用于接收并处理移动终端发出的信号，并将处理过的信号发送到mec边缘计算平台，由于场馆内大量的5g室内基站（皮基站、室分天线）的布设5g 定位，天然为蓝牙aoa基站的定位数据回传提供了

数据通道和供电网络，且蓝牙aoa基站和5g室内基站布设密度接近1:1，提供了合并安装、合并回传的绝佳条件，5g网络建设为位置网络提供了供电、传输、部署方面的便利。网络与定位网络融合，二者同步基建，互相成全，整体成本大幅下降，将蓝牙aoa基站和5g室内基站以一体机的形式安装，观众手持的手机或者导览机发射5g信号和蓝牙定位信号，一体式基站收到信号后，进行信号处理，通过5g主干网传输到mec边缘计算平台启动相应的定位引擎，对位置进行解算。

23.所述mec边缘计算平台包括：蓝牙aoa定位引擎和5g&aoa联合解算定位引擎，一体式基站判断接收的信号中，蓝牙到达角是否小于50

°

且蓝牙信号值rssi是否稳定，一体式基站将蓝牙到达角小于50

°

且蓝牙信号值rssi稳定的信号发送给蓝牙aoa定位引擎进行解算，一体式基站将蓝牙到达角大于等于50

°

且蓝牙信号值rssi不稳定的信号发送给5g&aoa联合解算定位引擎进行解算，蓝牙aoa定位引擎和5g&aoa联合解算定位引擎解算完成后得到移动终端坐标，并将移动终端坐标发给坐标接收终端，所述mec边缘计算平台提供边缘计算资源，结合5g网络，贴近用户部署，进一步降低用户网络时延，mec边缘计算平台可为定位技术提供解算平台，满足定位解算服务统一部署，并提供统一对外接口将位置信息供第三方应用服务实时调用。同时mec边缘计算平台为各种定位解算服务、应用服务提供算力，协同融合多种定位内容，实现多种不同定位技术的组合的可能性，更好的为各种定位应用提供位置服务，通过位置大数据提供更有价值服务。

24.结合图2进行说明，其中,h为基站一体机安装高度，当移动终端处于1.5h区域内时，蓝牙信号值rssi稳定，且方向角小于50度，定位稳定，定位精度高；当移动终端处于1.5h-2.5h区域内时，蓝牙信号值rssi不稳定，且方向角大于50度，定位极不稳定，定位精度降低。

25.所述坐标接收终端包括：移动云、移动网、平台服务器和应用服务器。

26.一种基于5g的室内高精度定位方法，包括以下步骤：s1：移动终端将5g信号和蓝牙信号发送给一体式基站；s2：一体式基站判断接收到的信号中，蓝牙到达角是否小于50

°

且蓝牙信号值rssi是否稳定；s3：当蓝牙到达角小于50

°

且蓝牙信号值rssi稳定时，一体式基站将信号传输给蓝牙aoa定位引擎解算位置，完成解算后将坐标信息传输到坐标接收终端；当蓝牙到达角大于50

°

且蓝牙信号值rssi不稳定时，一体式基站将信号传输给5g&aoa联合解算定位引擎使用联合位置解算方法解算移动终端坐标，完成解算后将移动终端坐标信息传输到坐标接收终端。

27.结合图4进行说明，所述联合位置解算方法包括以下步骤：s4：构建定位模型图，建立基于测量距离l和到达角θ的等式；s5：将一体式基站和移动终端之间的非线性关系转化成线性关系，通过线性关系和多组一体式基站得到定位直线，定位直线的交点用来确定移动终端的可能位置点。

28.s6：通过步骤s5得到多个可能位置点，利用加权最小二乘法进行位置点筛选，得到移动终端的坐标，然后mec边缘计算平台将坐标发送给坐标接收终端。

29.s7：若经s6步骤筛选后，没有满足要求的可能位置点，则根据n基站的测量值确定多条定位直线，筛选直线交点，计算所有可能点对应的目标函数值，利用归一化倒数作为权

重因子解算出移动终端坐标，然后mec边缘计算平台将坐标发送给坐标接收终端。

30.结合图5进行说明，所述s4步骤中，构建定位模型图，测量移动终端到各个基站的信号的距离l，根据各个距离测量值和勾股定理建立下述等，同时在一体式基站bsi处通过到达角测量值可以建立下述等式：，其中移动终端坐标为(x,y)，一体式基站坐标为(x

bsi

,y

bsi

)，l表示根据信号到达时间测量值确定的信号传播距离，随后执行s5步骤；所述s5步骤中，将一体式基站和移动终端之间的非线性关系转化成线性关系，对于bsi和bsj，可得：于bsi和bsj，可得：；将上述两式相减可得；从而可以确定一体式基站bsi、一体式基站bsj及移动终端三者之间的线性关系，那么n(n》3)个一体式基站就可以得到c

n3

条定位直线，同时又由等式可知移动终端处于与一体式基站bsi呈θi角的直线上，所以一共可以得到c

n3

+n条定位直线，定位直线的交点用来确定移动终端的可能位置，随后执行s3步骤；所述s6步骤中，经s5步骤可得到多个可能位置点，由于受障碍物等环境因素误差的影响，测量距离值往往大于实际距离，故移动终端位置必须满足公式：，利用加权最小二乘法，移动终端真实位置满足minf(x)，其中(x)，其中；；利对这些直线的定位交点进行筛选，利的目标函数值的归一化倒数对移动终端可能位置点的坐标进行加权处理以提高定位精度，将筛选出来的移动终端坐标发送给坐标接收终端，若经过筛选后，若没有满足要求的可能位置点，则执行s7步骤。

31.所述s7步骤中，当没有满足公的位置点时，根据n基站的测量值，来确定+n条定位直线，根据公式筛选直线交点，筛选结果即为移动终端的可能位置点，筛选结果总数为m，计算所有可能点(xk,yk)的对应的目标函数值fk；利用fk的归一化倒数作

为权重因子求出移动终端坐标，，然后mec边缘计算平台将移动终端坐标发送给坐标接收终端。

32.本发明的工作原理：移动终端将5g信号和蓝牙信号发送给一体式基站；一体式基站判断接收到的信号中，蓝牙到达角是否小于50

°

且蓝牙信号值rssi是否稳定；当蓝牙到达角小于50

°

且蓝牙信号值rssi稳定时，一体式基站将信号传输给蓝牙aoa定位引擎解算位置，完成解算后将坐标信息传输到坐标接收终端；当蓝牙到达角大于50

°

且蓝牙信号值rssi不稳定时，一体式基站将信号传输给5g&aoa联合解算定位引擎使用联合位置解算方法解算移动终端坐标，完成解算后将移动终端坐标信息传输到坐标接收终端，本发明克服单独采用aoa定位和单独采用5g定位各自的缺陷，为博物馆以及其他室内定位提供了一套较好的高精度定位系统。

33.对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

34.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

（编辑：温州站长网）

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