基于5G多波束下行信号的指纹定位方法及系统技术方案

一种基于5G多波束下行信号的指纹定位方法及系统，包括：从5G下行信号中提取多波束SSB，基于多波束SSB得到多波束的SSS信号和DM

【技术实现步骤摘要】
基于5G多波束下行信号的指纹定位方法及系统


[0001]本专利技术属于无线定位
，尤其涉及一种基于5G多波束下行信号的指纹定位方法及系统。

技术介绍

[0002]室内定位是室内位置服务、万物互联、人工智能的核心技术之一，在紧急医疗等公共安全服务、智能仓储、移动健康及人类社交等方面发挥着巨大作用。室内环境拓扑复杂、环境易变。在复杂室内环境中高效率、高精度导航与定位是目前位置服务的难点。GNSS系统能够在室外开阔地区定位，但无法穿透室内，形成有效定位。现有的室内定位技术，如WIFI、蓝牙、超宽带等，虽各有优点，但这些信号源无法实现如GNSS一样的大面积覆盖而造成应用受限，难以满足移动智能终端定位需求。
[0003]随着5G技术的快速发展及5G基站在室内外的大规模布设，5G作为未来的主流通信技术，将成为室内外空间的重要信号源。由于5G引入了大规模天线阵列、超密集网络、新型多址等关键技术实现高速率、大带宽、低延时通信等优势，将为室内定位带来新机遇。
[0004]基于5G多波束下行信号的定位是实现消费者级别的5G室内外定位研究的关键，下行信号更大的带宽和基于终端的定位将具备灵活、广泛的应用场景，如工业制造、智能交通、物流仓储、零售、健康医疗等。目前，在室内实际商用部署中，单基站场景普遍存在，难以形成几何定位。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于5G多波束下行信号的指纹定位方法及系统，利用商用5G信号多波束的特点，实现多特征多波束指纹构建，能够实现基于商用5G NR下行信号的高精度定位。
[0006]第一方面，提供一种基于5G多波束下行信号的指纹定位方法，包括：从5G下行信号中提取多波束SSB，基于多波束SSB得到多波束的SSS信号和DM
‑
RS信号；基于多波束的SSS信号和DM
‑
RS信号计算多波束参考信号接收功率RSRP；基于多波束SSB自相关计算得到5G下行同步信道的RSSI，基于多波束参考信号接收功率RSRP和RSSI计算多波束参考信号接收质量RSRQ；将多波束参考信号接收功率RSRP和多波束参考信号接收质量RSRQ堆叠形成多波束指纹特征；将多波束指纹特征输入到神经网络中，神经网络输出定位结果。
[0007]第二方面，提供一种基于5G多波束下行信号的指纹定位系统，包括：SSB提取模块，其被配置为从5G下行信号中提取多波束SSB，基于多波束SSB得到多波束的SSS信号和DM
‑
RS信号；参考信号接收功率RSRP计算模块，其被配置为从基于多波束的SSS信号和DM
‑
RS信号计算多波束参考信号接收功率RSRP；参考信号接收质量RSRQ计算模块，其被配置为基于多波束SSB自相关计算得到5G下行同步信道的RSSI，基于多波束参考信号接收功率RSRP和RSSI计算多波束参考信号接收质量RSRQ；多波束指纹特征构建模块，其被配置为将多波束参考信号接收功率RSRP和多波束参考信号接收质量RSRQ堆叠形成多波束指纹特征；以及定
位模块，其被配置为将多波束指纹特征输入到神经网络中，神经网络输出定位结果。
[0008]第三方面，提供一种电子设备，包括：处理器；存储器，包括一个或多个程序模块；其中，所述一个或多个程序模块被存储在所述存储器中并被配置为由所述处理器执行，所述一个或多个程序模块包括用于实现所述的基于5G多波束下行信号的指纹定位方法的指令。
[0009]第四方面，提供一种存储介质，用于存储非暂时性指令，当所述非暂时性指令由处理器执行时能够实现所述的基于5G多波束下行信号的指纹定位方法。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
[0011]图1为本专利技术一实施例提供的基于5G多波束下行信号的指纹定位方法流程图。
[0012]图2为本专利技术一实施例提供的多SSB在一个信号周期内的相对位置关系示意图。
具体实施方式
[0013]现有的基于WIFI、蓝牙、超宽带的室内定位技术，需要按照特定场景额外布设基站，而难以形成大规模的应用，难以实现广覆盖定位，额外部署定位基站也难以满足客户需求而难以普及推广。而本专利技术基于大规模部署的商用5G信号，能够在5G通信布设的基础上，无需额外部署定位基站，基于现有设施即可在通信服务的基础上，同时满足定位服务需求，大幅度降低应用成本。
[0014]此外，现有5G NR定位的研究甚少，主要集中在基于上行信号的基站侧定位，而基站侧定位只有设备端企业能获取完整信息，难以实现开放研究和广泛应用，且5G NR目前上下行时隙配比都是以下行占优为主，因此上行信号占据带宽远小于下行信号，受限于上行资源和基站的发送功率，会影响定位精度。因此利用5G NR下行信号进行基于智能终端的定位研究，能够利用大带宽的优势提高定位精度，且基于智能终端的研究将能够广泛应用于不同的场景，为位置物联网提供高精度定位的可能性。
[0015]并且，现有大规模部署的室内5G网络，受到布设成本及网络规划等原因，普遍依赖于单基站的部署，而难以形成几何定位。在这样的背景下，本专利技术利用5G下行信号的多波束特性，构建了一种多波束指纹，实现了高精度室内定位。本专利技术有助于为室内外无缝定位研究提供新的技术方法与可能性。
[0016]图1示出了一种基于5G多波束下行信号的指纹定位方法流程图。下面从多波束精确提取、多波束指纹构建和多波束指纹定位等几个方面对本专利技术方法进行详细说明。
[0017]步骤1：多波束精确提取，方法进一步包括：
[0018]步骤1.1，5G功率最强同步信号块SSB
max
检测与信号同步，方法进一步包括：
[0019](1)主同步信号PSS相关探测。
[0020]将采集到的5G下行同步信号与基于m
‑
序列生成3GPP协议中规定的三种PSS参考信号进行相关，检测得到最相关的参考信号的序列，记为NID2∈{0，1，2}，即为PSS检测结果，同时提取出PSS参考信号，通过相关还能够得到PSS信号的起始位置，即为5G功率最强同步信号块SSB
max
的起始位置，记为基于起始位置完成功率最强同步信号块SSB
max
检测与
提取；
[0021](2)辅同步信号SSS检测与小区识别。
[0022]在提取的SSB
max
中，按照信号格式基于PSS信号位置提取SSS信号。将提取的SSS信号与3GPP TS 38.211协议中规定的336种SSS参考信号进行相关计算，检测得到最相关的参考信号的序列，记为NID1∈{0，1，2，...,335}，并提取出对应最相关的SSS参考信号；
[0023]基于检测得到的NID2和NID1，依据公式：
[0024][0025]可以计算得到基站小区的识别ID，记为完成信号同步。
[0026]步骤1.2，功率最强同步信号块SSB
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G多波束下行信号的指纹定位方法，其特征在于，包括：从5G下行信号中提取多波束SSB，基于多波束SSB得到多波束的SSS信号和DM
‑
RS信号；基于多波束的SSS信号和DM
‑
RS信号计算多波束参考信号接收功率RSRP；基于多波束SSB自相关计算得到5G下行同步信道的RSSI，基于多波束参考信号接收功率RSRP和RSSI计算多波束参考信号接收质量RSRQ；将多波束参考信号接收功率RSRP和多波束参考信号接收质量RSRQ堆叠形成多波束指纹特征；将多波束指纹特征输入到神经网络中，神经网络输出定位结果。2.根据权利要求1所述的基于5G多波束下行信号的指纹定位方法，其特征在于，分别对接收得到的SSS信号和DM
‑
RS信号进行自相关并除以各自的信号长度N
s
,N
d
，计算其平均接收功率为P
sss
(bn),P
dmrs
(bn)，多波束参考信号接收功率RSRP计算公式为：式中，bn∈{0,1,
…
,L
max
}，记为L
max
为多波束个数。3.根据权利要求2所述的基于5G多波束下行信号的指纹定位方法，其特征在于，多波束参考信号接收质量RSRQ计算公式为：其中，N
RB
代表多波束SSB频域所占的资源块个数。4.根据权利要求3所述的基于5G多波束下行信号的指纹定位方法，其特征在于，多波束指纹特征为：C＝[RSRP(1),..,RSRP(bn),RSRP(L
max
)，RSRQ(1),..,RSRQ(bn),RSRQ(L
max
)]。5.一种基于5G多波束下行信号的指纹定位系统，其特征在于，包括：SSB提取模块，其被配置为从5G下行信号中提取多波束SSB，基于多波束SSB得到多波束的SSS信号和DM
‑
RS信号；参考信号接收功率RSRP计算模块，其被配置为从基于多波束的SSS信号和DM
‑
RS信号计算多波束参考信号接收功率RS...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，周鑫，陈锐志，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：