CN111238487B - 一种室内定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内定位系统及方法，本发明的系统能够提供对网内蓝牙信标进行远程或本地实时监控、维护和管理，不仅解决了现有蓝牙信标因无法远程监控、维护和管理而导致的维护成本高和效率低的问题，而且实现了蓝牙信标定位网的可视化管理。本发明通过集成蓝牙信标的方式，在建设室内分布系统时，既可以获得一张移动通信网，又可以获得一张基于蓝牙信标的定位网。

Description

一种室内定位系统及方法

技术领域

本发明属于移动通信领域，具体涉及一种室内定位系统及方法。

背景技术

随着移动互联网的高速发展，促进了诸多业务的快速兴起和繁荣，这其中位置定位服务(Location Based Services)应用越来越广泛，越来越普及，同时人们对位置定位服务的精度要求也越来越高。目前应用最广泛的位置定位服务是基于全球卫星定位系统(GNSS：Global Navigation Satellite System)的定位服务，但由于建筑物对卫星定位信号的遮挡，使得卫星定位技术应用于室内场景时，存在精度低、效果差、或无法提供定位服务等问题。

室内位置定位服务在人们生产、生活中起着越来越重要的作用，例如在应急救援、公共安全、物联网、消防等领域都需要使用精确的室内位置信息。近年来，随着技术的发展，出现了Wi-Fi定位、DAS系统定位、蓝牙定位和无线通信网定位等室内定位技术，这其中蓝牙定位由于其系统布设成本低、易于实现、精度较高等优势，应用最为广泛。

虽然蓝牙定位技术得到了广泛的应用，但也存在以下缺点：

1)持续供电问题；

目前蓝牙信标采用电池供电，电池使用寿命平均为2～3年。一方面，电池使用寿命到期后，需要人工更换电池，如果蓝牙信标部署数量较多，地域较分散，将造成巨大的网络维护成本；另一方面，为了延长电池的使用寿命，蓝牙信标一般采用加大广播间隔、降低发射功率等手段，虽然这些手段达到了节能降耗目的，但也限制了蓝牙信标的使用范围，同时也降低了蓝牙信标的使用效率。

2)监控管理问题；

目前蓝牙信标不支持远程监控、维护和管理。设备的运行状态无法实时监控，也无法对其进行配置管理。当蓝牙信标完成部署后，便成了“孤岛”，无法对其进行实时监控和管理，蓝牙信标的运行状态不可知，当要对其进行维护时，只能采用现场维护的方式，造成了较高的维护成本和较低的维护效率；更有，当设备出现故障时，无法第一时间获得告警信息，使得无法对其进行检修或更换，造成了网络故障不可知和用户体验的下降。

3)定位精度问题；

目前蓝牙定位技术多采用基于RSSI(Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示)测距的定位方法，该方法通过采集多个蓝牙信标的RSSI值，利用无线信号在空间的传播损耗模型计算出终端与各蓝牙信标的距离，后利用几何解算等算法得出位置信息，由于室内环境的复杂性和多样性，导致定位精度存在一定不准确的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述蓝牙信标定位存在的供电、监控以及定位精度等问题，提供一种室内定位系统及方法。

为了达到上述目的，一种室内定位系统，包括近端单元和第一功分器，近端单元与第一功分器通信，近端单元连接信源，第一功分器通过无源系统连接对应的远端单元，远端单元与蓝牙信标通信；

近端单元用于从接收到的信源中解析出参考时钟信号，并封装到监控信号中发送给第一功分器；

第一功分器用于将接收到的监控信号发送至无源系统；

无源系统用于将接收到的监控信号发送至远端单元；

远端单元用于将接收到的监控信号解析出参考时钟信号，并将参考时钟信号发送至对应的蓝牙信标。

近端单元通过多系统合路平台POI连接2G/3G/4G信源，近端单元通过若干MIMO通道连接5G信源。

无源系统包括与第一功分器连接的耦合器，耦合器连接第二功分器，第二功分器连接对应的远端单元。

近端单元连接中心网管和近端单元LMT；

中心网管用于管理近端单元以及与近端单元连接的远端单元；

近端单元LMT用于对本近端单元连接的远端单元进行监控和管理。

一种室内定位系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，近端模块接收信源信号，并从信源信号中解析出参考时钟信号，将参考时钟信号封装到监控信号中，发送至第一功分器；

步骤二，第一功分器将接收到的监控信号通过无源系统发送至远端模块；

步骤三，远端模块从接收到的监控信号中解析出参考时钟信号，再将参考时钟信号发送至对应的蓝牙信标；

步骤四，蓝牙信标将接收到的参考时钟信号作为自己的参考时钟。

近端单元能够对蓝牙信标进行本地监控管理，近端单元能够与中心网管通信，并将监控管理消息发送至中心网管。

远端单元与蓝牙信标的定位方法如下：

第一步，建立远端单元ID与蓝牙信标ID的对应关系表；

第二步，蓝牙信标周期性对外广播定位监听数据包，定位监听数据包包括蓝牙信标ID、位置信息、时间戳及基础RSSI值；

第三步，移动终端通过监听蓝牙信标的定位监听数据包，解析蓝牙信标ID和位置信息，查询蓝牙信标ID与远端单元ID的对应关系，获得远端单元的位置信息。

与现有技术相比，本发明的系统能够提供对网内蓝牙信标进行远程或本地实时监控、维护和管理，不仅解决了现有蓝牙信标因无法远程监控、维护和管理而导致的维护成本高和效率低的问题，而且实现了蓝牙信标定位网的可视化管理。本发明通过集成蓝牙信标的方式，在建设室内分布系统时，既可以获得一张移动通信网，又可以获得一张基于蓝牙信标的定位网。

本发明的方法通过解调通信网基站参考时钟信号，并将此参考时钟信号作为蓝牙信标的时钟参考点的方式，为蓝牙信标提供高精度时钟信号，使蓝牙信标定位网内所有蓝牙信标发射信号的时刻对齐，蓝牙信标可利用时间相关算法辅助定位，提高了蓝牙信标定位的精确度。

进一步的，本发明通过建立远端单元ID与蓝牙信标ID对应关系，可实现远端单元的快速定位，提升了远端单元的工程维护和故障排查的效率。

附图说明

图1是本发明的组网示意图；

图2是本发明中参考时钟信号获取、传递和处理流程图；

图3是本发明中近端单元的结构示意图；

图4是本发明中远端单元的结构示意图；

图5是本发明蓝牙信标定位网网管系统架构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明应用于办公室楼宇、宿舍住宅、地下停车场、商场超市等室内覆盖场景，可实现在现网传统室分系统基础上快速提供5G MIMO覆盖，而不需要改造原传统室分系统中功分器、耦合器和射频馈缆等无源器件。该系统由近端单元和远端单元组成。近端单元位于信源处，用于2G/3G/4G/5G无线信号的接入，远端单元分布于各覆盖区域，用于对区域内进行2G/3G/4G/5G无线信号的覆盖。该室内分布系统的特点在于能够维持原有传统室分系统的POI(Point Of Interface：多系统合路平台)、功分器、耦合器及射频馈缆等无源器件不变的情况下，仅通过改造原有室分天线为远端单元和增加近端单元而提供5G MIMO通道，可快速实现5G信号在室内的覆盖，减少了物业协调难度，降低了施工复杂度。

参见图1，一种室内定位系统，包括近端单元和第一功分器，近端单元与第一功分器通信，近端单元连接信源，第一功分器通过无源系统连接对应的远端单元，远端单元与蓝牙信标通信；

近端单元用于从接收到的信源中解析出参考时钟信号，并封装到监控信号中发送给第一功分器；

第一功分器用于将接收到的监控信号发送至无源系统；

无源系统用于将接收到的监控信号发送至远端单元；

远端单元用于将接收到的监控信号解析出参考时钟信号，并将参考时钟信号发送至对应的蓝牙信标。

近端单元通过多系统合路平台POI连接2G/3G/4G信源，近端单元通过若干MIMO通道连接5G信源。

无源系统包括与第一功分器连接的耦合器，耦合器连接第二功分器，第二功分器连接对应的远端单元。

近端单元连接中心网管和近端单元LMT；

中心网管用于管理近端单元以及与近端单元连接的远端单元；

近端单元LMT用于对本近端单元连接的远端单元进行监控和管理。

本发明提供的装置通过蓝牙信标与远端单元共电源的方式，可为蓝牙信标提供持续稳定的供电，解决了现有蓝牙信标因采用电池供电而导致的由于电池使用寿命短需人工定期更换电池的问题，也解决了因采取节能降耗等手段而导致的蓝牙信标使用范围受限和使用效率低的问题。

本发明提供的装置通过蓝牙信标与4G或5G共天线的方式，不仅提高了装置的集成度，而且提升了蓝牙信标的覆盖效果。

本发明提供了一种室内定位的方法，该种方法具体包括参考时钟信号的获取、传递和处理方法，远端单元定位方法和室内定位信号覆盖方法。

参考时钟信号的获取、传递和处理方法具体包括通过解调通信网基站信号获取参考时钟信号，将此参考时钟信号作为蓝牙信标的时钟参考点，可为蓝牙信标提供高精度的参考时钟信号，使蓝牙信标定位网内所有蓝牙信标发射信号的时刻对齐，蓝牙信标可利用时间算法进行辅助定位，提高蓝牙信标定位的精确度。

参考时钟信号的获取、传递和处理流程如图2所示，具体如下：

第一步，近端单元的通信模块接收到基站的信号后，从中解析出参考时钟信号，再将解析得到的参考时钟信号封装到监控信号中发送给各远端单元；

第二步，远端单元的通信模块接收到近端单元发送的监控信号后，从中解析出参考时钟信号，再将解析得到的参考时钟信号发送给蓝牙信标模块；

第三步，远端单元的蓝牙信标模块接收到通信模块发送的参考时钟信号后，将其作为自身的参考时钟。

基站参考时钟信号可以通过解析4G信号获取；基站参考时钟信号可以通过解析5G信号获取。

远端单元的通信模块可直接从无线信号中解调出参考时钟，并将此参考时钟信号传递给蓝牙信标模块。

远端单元定位方法为建立远端单元ID(Identification:身份识别号)与蓝牙信标ID的对应关系表，可通过蓝牙信标快速定位到远端单元，为远端单元的工程维护和故障排查提供帮助。

远端单元定位方法具体为：

第一步，首先建立远端单元ID与蓝牙信标ID的对应关系表；

第二步，蓝牙信标模块周期性对外广播定位监听数据包，该监听数据包包含蓝牙信标ID、位置信息、时间戳、及基础RSSI值等信息，其中位置信息包括X，Y，Z三个参数，X和Y代表蓝牙信标所在平面的位置，Z代表蓝牙信标所在的楼层；

第三步，移动终端通过监听蓝牙信标的广播数据包，解析蓝牙信标ID和位置信息，查询蓝牙信标ID与远端单元ID的对应关系，获得远端单元的位置信息。

蓝牙信标的位置信息(X，Y，Z)中的参数Z可代表蓝牙信标所在的高度信息；蓝牙信标的位置信息(X，Y，Z)中的参数Z可代表蓝牙信标所在的房间号信息。

室内定位信号覆盖方法具体为通过系统集成蓝牙信标的方式，利用室内分布系统在室内覆盖均匀、无盲区的特点，达到室内定位信号的良好覆盖，建设一套室内分布系统，可获得一张室内移动通信网，同时获得一张室内定位网。

室内定位信号覆盖方法具体通过以下措施来实现：

第一步，远端单元集成蓝牙信标，利用远端单元在室内均匀覆盖、无盲区的特点，在室内形成一张蓝牙信标定位网；

第二步，蓝牙信标通过与远端单元共电源的方式获得持续稳定的电源输入，从而蓝牙信标能够长期稳定的提供定位信号覆盖；

第三步，蓝牙信标通过与远端单元共天线的方式，可在区域内提供良好的定位信号覆盖效果。

蓝牙信标与远端单元共天线时，可与4G信号共天线；蓝牙信标与远端单元共天线时，可与5G信号共天线；蓝牙信标与远端单元共天线时，4G信号、5G信号和蓝牙信标三者共天线。

本发明提供了一种室内定位装置，该种装置可分为近端单元和远端单元。

其中近端单元具体包括通信模块、监控管理模块和耦合器，结构示意图如图3所示。该种近端单元具体用于：

通过解调基站信号获得参考时钟，并将此参考时钟信号发送给远端单元；

承担蓝牙信标的本地监控管理功能和与中心网管的通信功能。

通信模块，具体用于：

接收基站信号，并通过解调基站信号获取参考时钟信号；

与远端单元通信，传递参考时钟信号和监控管理消息；

与中心网管通信，传递监控管理消息。

通信模块为支持单4G的无线通信模块；通信模块为支持单5G的无线通信模块；通信模块为支持4G/5G双模的无线通信模块。

当近端单元的通信模块与远端单元的通信模块通信时，为了不与2G/3G/4G信号、5G信号和5G信号变频后的中频信号造成同频干扰，将进行变频处理，变频后的频率不与2G/3G/4G/5G和5G信号变频后的中频信号所使用频率相同；

变频后的频率是系统中无源器件所支持的频率。

监控管理模块，具体用于：

对本地远端单元进行监控管理和与中心网管相关的监控管理消息的交互和处理；

提供对外接口，用户可通过LMT(Local Maintenance Terminal，本地维护终端)进行设备信息查询、状态查询、配置管理、告警查询等维护管理操作。

耦合器用于从2G/3G/4G通道，或5G通道获取基站信号，并传递予通信模块和把通信模块发送的信号耦合进2G/3G/4G通道，或5G通道。

远端单元包括电源管理模块、通信模块、蓝牙信标模块、监控管理模块以及天线匹配电路，结构示意图如图4所示。

电源管理模块用于为蓝牙信标模块、通信模块、监控管理模块提供电源输入和管理。

通信模块，具体用于：

接收监控信号，从监控信号种解调出参考时钟信号传递予时钟处理模块；

与近端单元通信，传递监控管理消息；

蓝牙信标模块，具体用于周期性对外广播定位监听数据包，该监听数据包包含信标ID、位置信息、时间戳和基础RSSI等信息。

蓝牙信标的位置信息(X，Y，Z)，参数Z可代表蓝牙信标所在的楼层信息、或高度信息、或房间号信息。

监控管理模块，具体用于：

对电源管理模块、通信模块、蓝牙信标模块进行监控和管理，包括设备信息和状态查询、配置管理，以及告警管理等；

与通信模块进行通信，可接收和处理来自近端单元的查询和配置请求，并把查询和配置结果，以及告警信息发送给通信模块；

提供对外接口，用户可通过LMT进行设备信息查询、状态查询、配置管理、告警查询等维护管理操作。

天线匹配电路，具体用于蓝牙信标模块与2G/3G/4G/5G共天线时的匹配电路。

蓝牙信标可与2G/3G/4G进行共天线；蓝牙信标可与5G进行共天线；蓝牙信标、2G/3G/4G、5G三者共天线；该种远端单元还可采用外置天线的方式。

本发明包括定位覆盖系统、参考时钟信号获取传递系统和网管系统。

定位覆盖系统具体用于对区域内进行蓝牙信标定位信息覆盖。该定位覆盖系统由一个近端单元和若干集成了蓝牙信标的远端单元组成，远端单元的数量与覆盖区域的面积大小、特征、以及环境相关。

定位覆盖系统的特征在于：

该定位覆盖系统中的蓝牙信标模块采用有源供电的方式，较电池供电的方式相比，可在覆盖区域内提供持续稳定的定位服务；

该定位覆盖系统采用远端单元与蓝牙信标集成的方式，利用远端单元在室内覆盖均匀、无盲区的特点，可以达到蓝牙信标定位信号在室内的均匀、无盲区覆盖；

该定位覆盖系统中的蓝牙信标与远端单元共天线的方式，可在区域内提供较好的定位信号覆盖效果。

参考时钟信号获取传递系统具体用于从基站信号中解析出参考时钟信号，并将此解析得到参考时钟信号传递给各蓝牙信标模块，蓝牙信标模块以此参考时钟信号作为时钟参考点。

参考时钟信号获取传递系统所涉及的设备包括近端单元和远端单元。其中近端单元在参考时钟信号获取传递系统中的作用为：

接收基站信号；

从基站信号中解析出参考时钟信号；

将解析得到的参考时钟信号封装在监控信号里发送给各远端单元。

可从4G信号中解析出参考时钟信号；可从5G信号中解析出参考时钟信号。

其中远端单元在参考时钟信号获取传递系统中的作用为：

接收近端单元发送的监控信号；

从监控信号里解析出参考时钟信号；

将解析得到的参考时钟信号发送给时钟处理模块，参考时钟信号经时钟处理模块处理后输入蓝牙信标模块，作为蓝牙信标模块的时钟参考点。

网管系统由中心网管和本地维护终端LMT组成，本地维护终端LMT又分为近端单元LMT和远端单元LMT，网管系统架构示意图如图5所示。

中心网管具体用于对整个蓝牙信标定位网进行监控和管理，管理的对象为各区域的近端单元，以及与近端单元连接的远端单元。该中心网管的功能主要包括拓扑管理、配置管理、告警管理、性能管理以及日志管理等。

近端单元LMT具体用于对本近端单元内的远端单元进行监控和管理，管理的对象为本近端单元内的远端单元。该近端单元LMT的功能主要包括拓扑管理、配置管理、告警管理、性能管理、以及日志管理等。

远端单元LMT具体用于对自身进行监控和管理，管理的对象为自身。该远端单元LMT的功能主要包括配置管理、告警管理、性能管理、以及日志管理等。

Claims (5)

1.一种室内定位系统的工作方法，其特征在于，定位系统包括近端单元和第一功分器，近端单元与第一功分器通信，近端单元连接信源，第一功分器通过无源系统连接对应的远端单元，远端单元与蓝牙信标通信；

近端单元用于从接收到的信源中解析出参考时钟信号，并封装到监控信号中发送给第一功分器；

第一功分器用于将接收到的监控信号发送至无源系统；

无源系统用于将接收到的监控信号发送至远端单元；

远端单元用于将接收到的监控信号解析出参考时钟信号，并将参考时钟信号发送至对应的蓝牙信标；

工作方法包括以下步骤：

步骤一，近端单元接收信源信号，并从信源信号中解析出参考时钟信号，将参考时钟信号封装到监控信号中，发送至第一功分器；

步骤二，第一功分器将接收到的监控信号通过无源系统发送至远端模块；

步骤三，远端模块从接收到的监控信号中解析出参考时钟信号，再将参考时钟信号发送至对应的蓝牙信标；

步骤四，蓝牙信标将接收到的参考时钟信号作为自己的参考时钟；

远端单元与蓝牙信标的定位方法如下：

第一步，建立远端单元ID与蓝牙信标ID的对应关系表；

第二步，蓝牙信标周期性对外广播定位监听数据包，定位监听数据包包括蓝牙信标ID、位置信息、时间戳及基础RSSI值；

第三步，移动终端通过监听蓝牙信标的定位监听数据包，解析蓝牙信标ID和位置信息，查询蓝牙信标ID与远端单元ID的对应关系，获得远端单元的位置信息；

所述近端单元包括通信模块、监控管理模块和耦合器；

所述近端单元的通信模块与远端单元通信，用于传递参考时钟信号和监控管理消息；所述近端单元的通信模块还与中心网管通信，用于传递监控管理消息；

所述近端单元的监控管理模块用于对本地远端单元进行监控管理，以及与中心网管相关的监控管理消息的交互和处理；

所述远端单元包括电源管理模块、通信模块、蓝牙信标模块、监控管理模块以及天线匹配电路；

所述远端单元的通信模块用于从监控信号中解调出参考时钟信号并传递到时钟处理模块，远端单元的通信模块还与近端单元通信，用于传递监控管理消息；

所述远端单元的监控管理模块用于对电源管理模块、远端单元的通信模块、蓝牙信标模块进行监控和管理；远端单元的监控管理模块还与远端单元的通信模块进行通信，用于接收和处理来自近端单元的查询和配置请求，并把查询和配置结果，以及告警信息发送给远端单元的通信模块；

所述天线匹配电路用于蓝牙信标模块与2G/3G/4G/5G共天线时的匹配电路；

所述室内定位系统的工作方法还包括室内定位信号覆盖方法，具体包括：远端单元集成蓝牙信标，在室内形成一张蓝牙信标定位网；蓝牙信标与远端单元采用共电源的连接方式；蓝牙信标与远端单元采用共天线的连接方式。

2.根据权利要求1所述的一种室内定位系统的工作方法，其特征在于，近端单元通过多系统合路平台POI连接2G/3G/4G信源，近端单元通过若干MIMO通道连接5G信源。

3.根据权利要求1所述的一种室内定位系统的工作方法，其特征在于，无源系统包括与第一功分器连接的耦合器，耦合器连接第二功分器，第二功分器连接对应的远端单元。

4.根据权利要求1所述的一种室内定位系统的工作方法，其特征在于，近端单元连接中心网管和近端单元LMT；

中心网管用于管理近端单元以及与近端单元连接的远端单元；

近端单元LMT用于对本近端单元连接的远端单元进行监控和管理。

5.根据权利要求1所述的一种室内定位系统的工作方法，其特征在于，近端单元能够对蓝牙信标进行本地监控管理，近端单元能够与中心网管通信，并将监控管理消息发送至中心网管。

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