CN112235710B - 用于室内定位的方法、基站、定位标签及室内定位系统 - Google Patents

用于室内定位的方法、基站、定位标签及室内定位系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于室内定位的方法、基站、定位标签及室内定位系统。所述方法包括：在空中接口上，接收主基站或者中继基站发送的系统同步消息；根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步；更新所述系统同步消息中的所述转发信息；以及在所述当前子时隙的下一个子时隙，向定位标签发送更新后的所述系统同步消息。根据本发明的用于室内定位的方法，将空中接口的每一帧划分成多个时隙并预先对每个时隙的功能进行统一分配，能够避免信号随机发送时产生的物理层冲突问题，同时可将系统节点的时间归一到主基站时间。

Description

用于室内定位的方法、基站、定位标签及室内定位系统
技术领域
本发明涉及定位技术领域，具体而言，涉及一种用于室内定位的方法、基站、定位标签及室内定位系统。
背景技术
随着科技的发展，定位技术给人们的生活带来了极大的便利。目前，人们熟知的定位服务系统包括GPS、我国的北斗定位系统等。其中GPS定位技术最为成熟，但其也有精度差、不支持室内定位等明显缺陷。随着室内场景的多样化，诸如大型商场、超市、医院、机场、停车场等场景对于定位和导航的需求逐渐增多。在此背景下，WIFI、蓝牙、RFID(RadioFrequency Identification，射频识别)、UWB(Ultra-Wideband，超宽带)、红外、超声波等室内定位技术纷纷涌现。
其中，WIFI和蓝牙定位精度较低，一般为3-20m，同时还易受环境中其它WIFI和蓝牙信号的干扰，对于室内定位而言难以实用。RFID定位精度为1-2m，但其要求定位标签的密度必须足够大，导致系统的铺设和管理复杂且成本高。UWB定位具有厘米级高精度，抗干扰能力强，且不需铺设大量的系统节点，因此成为室内定位的热门技术。
但是，现有UWB定位系统不支持CSMA/CA(Carrier Sense MultipleAccess/Collision Avoidance，载波监听多路访问/冲突避免)机制，若两个设备同时发送信号会导致射频冲突。此外，现有UWB定位系统是通过定位标签发送定向定位包到基站，基站返回响应包后，由定位标签发送最终帧完成一个基站的测距流程。随着定位基站数量的增加，定位标签需分别与每个基站独立地完成测距，因此这种方式极为耗时。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于室内定位的方法、基站、定位标签及室内定位系统。
本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
根据本发明的一方面，提供一种用于室内定位的方法，包括：在空中接口上，接收主基站或者中继基站发送的系统同步消息，其中所述空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙；根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步；更新所述系统同步消息中的所述转发信息；以及在所述当前子时隙的下一个子时隙，向定位标签发送更新后的所述系统同步消息。
根据本发明的一实施方式，所述方法还包括：在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播定位消息；在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，向所述定位标签发送定向响应消息；以及在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播确认消息；其中，所述第一预设时隙为所述帧中除了所述当前时隙之外的时隙。
根据本发明的一实施方式，所述方法还包括：根据所述广播定位消息和/或所述广播确认消息，确定与所述定位标签的距离；以及将自身的坐标信息及与所述定位标签的距离发送至定位服务器。
根据本发明的一实施方式，所述转发信息包括：所述系统同步消息的转发级数。
根据本发明的一实施方式，所述当前时隙为所述帧中的第一个时隙。
根据本发明的一实施方式，所述第一预设子时隙为所述第一预设时隙中的第一个子时隙，所述第二预设子时隙为所述第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，所述第三子时隙为所述第一预设时隙中最后一个子时隙。
根据本发明的另一方面，提供一种用于室内定位的方法，包括：在空中接口上，接收主基站、中继基站或从基站发送的系统同步消息，其中所述空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙；根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；以及根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步。
根据本发明的一实施方式，所述方法还包括：在第一预设时隙的第一预设子时隙中，发送广播定位消息；在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，接收定向响应消息；以及在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，发送广播确认消息；其中，所述第一预设时隙为所述帧中除了所述当前时隙之外的时隙。
根据本发明的一实施方式，所述转发信息包括：所述系统同步消息的转发级数。
根据本发明的一实施方式，所述当前时隙为所述帧中的第一个时隙。
根据本发明的一实施方式，所述第一预设子时隙为所述第一预设时隙中的第一个子时隙，所述第二预设子时隙为所述第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，所述第三子时隙为所述第一预设时隙中最后一个子时隙。
根据本发明的再一方面，提供一种基站设备，包括：收发单元及处理单元；其中，所述收发单元用于在空中接口上，接收主基站或者中继基站发送的系统同步消息，其中所述空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙；所述处理单元用于根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步；及更新所述系统同步消息中的所述转发信息；所述收发单元还用于在所述当前子时隙的下一个子时隙，向定位标签发送更新后的所述系统同步消息。
根据本发明的一实施方式，所述收发单元还用于在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播定位消息；在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，向所述定位标签发送定向响应消息；及在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播确认消息；其中，所述第一预设时隙为所述帧中除了所述当前时隙之外的时隙。
根据本发明的一实施方式，所述处理单元还用于根据所述广播定位消息和/或所述广播确认消息，确定与所述定位标签的距离；所述收发单元还用于将自身的坐标信息及与所述定位标签的距离发送至定位服务器。
根据本发明的一实施方式，所述转发信息包括：所述系统同步消息的转发级数。
根据本发明的一实施方式，所述当前时隙为所述帧中的第一个时隙。
根据本发明的一实施方式，所述第一预设子时隙为所述第一预设时隙中的第一个子时隙，所述第二预设子时隙为所述第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，所述第三子时隙为所述第一预设时隙中最后一个子时隙。
根据本发明的再一方面，提供一种定位标签，包括：收发单元及处理单元；其中，所述收发单元用于在空中接口上，接收主基站、中继基站或从基站发送的系统同步消息，其中所述空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙；所述处理单元用于根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；及根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步。
根据本发明的一实施方式，所述收发单元还用于在第一预设时隙的第一预设子时隙中，发送广播定位消息；在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，接收定向响应消息；及在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，发送广播确认消息；其中，所述第一预设时隙为所述帧中除了所述当前时隙之外的时隙。
根据本发明的一实施方式，所述转发信息包括：所述系统同步消息的转发级数。
根据本发明的一实施方式，所述当前时隙为所述帧中的第一个时隙。
根据本发明的一实施方式，所述第一预设子时隙为所述第一预设时隙中的第一个子时隙，所述第二预设子时隙为所述第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，所述第三子时隙为所述第一预设时隙中最后一个子时隙。
根据本发明的再一方面，提供一种室内定位系统，包括：上述任一种从基站及上述任一种定位标签。
根据本发明的一实施方式，所述室内定位系统还包括：主基站及中继基站；所述主基站用于在第二预设时隙的预设子时隙中发送系统同步消息；所述中继基站用于接收所述主基站发送的所述系统同步消息；根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步；更新所述系统同步消息中的所述转发信息；以及在所述当前子时隙的下一个子时隙，发送更新后的所述系统同步消息。
根据本发明的一实施方式，所述第二预设时隙为所述帧中的第一个时隙，所述预设子时隙为所述第二预设时隙中的第一个子时隙。
根据本发明的一实施方式，所述主基站还用于在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播定位消息；在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，向所述定位标签发送定向响应消息；在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播确认消息；根据所述广播定位消息和/或所述广播确认消息，确定与所述定位标签的距离；及将自身的坐标信息及与所述定位标签的距离发送至定位服务器。
根据本发明的一实施方式，所述中继基站还用于在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播定位消息；在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，向所述定位标签发送定向响应消息；在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播确认消息；根据所述广播定位消息和/或所述广播确认消息，确定与所述定位标签的距离；及将自身的坐标信息及与所述定位标签的距离发送至定位服务器。
根据本发明提供的用于室内定位的方法，能够将空中接口的每一帧划分成多个时隙，预先对每个时隙的功能进行统一分配可避免信号随机发送时产生的物理层冲突问题。同时，能够根据系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间进行系统时间同步，将系统节点的时间归一到主基站时间。
另外，根据一些实施例，本发明提供的用于室内定位的方法，其中定位标签发送的定位消息为广播定位消息，能够优化系统节点的交互方式，减少定位标签与基站的信息交互次数，缩短定位的占用时长，增加定位系统的标签容量。同时，将每个时隙划分成多个子时隙，并预先对每个子时隙的功能进行统一分配，可进一步避免信号随机发送时产生的物理层冲突问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1是根据一示例示出的一种室内定位系统的结构示意图。
图2是根据一示例性实施方式示出的一种用于室内定位的方法的流程图。
图3是根据一示例性实施方式示出的另一种用于室内定位的方法的流程图。
图4是根据一示例性实施方式示出的再一种用于室内定位的方法的流程图。
图5是根据一示例性实施方式示出的再一种用于室内定位的方法的流程图。
图6是根据一示例性实施方式示出的一种基站设备的装置框图。
图7是根据一示例性实施方式示出的一种定位标签的装置框图。
图8是根据一示例性实施方式示出的一种室内定位系统的结构示意图。
图9是根据一示例示出的一种划分定位过程的示意图。
图10是根据一示例示出的一种定位标签定位过程的示意图。
图11是根据一示例性实施方式示出的一种划分时隙及子时隙的示意图。
图12是根据一示例性实施方式示出的一种中继基站逐级转发系统同步消息的示意图。
图13是根据一示例性实施方式示出的一种系统同步消息中继时序的示意图。
图14是根据一示例性实施方式示出的一种定位标签广播及响应时序的示意图。
图15是根据一示例性实施方式示出的一种定位标签定位过程的示意图。
附图标记说明：
M～主基站
R、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7～中继基站
S～从基站
T～定位标签
L～定位服务器
l0、l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7～级数
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
此外，术语“第一”、“第二”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”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，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
如上所述，现有的UWB定位系统不支持CSMA/CA机制，若两个设备同时发送信号会导致射频冲突。此外，现有UWB定位系统是通过定位标签一一发送定向定位包到基站，基站返回响应包后，由定位标签发送最终帧完成一个基站的测距流程。随着定位基站数量的增加，定位标签需分别与每个基站独立地完成测距，会导致这种方式极为耗时。
因此，本发明提出一种用于室内定位的方法，能够将空中接口的每一帧划分成多个时隙，预先对每个时隙的功能进行统一分配可避免信号随机发送时产生的物理层冲突问题。同时，能够根据系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间进行系统时间同步，将系统节点的时间归一到主基站时间。此外，定位标签发送的定位消息为广播定位消息，能够优化系统节点间的交互方式，减少定位标签与基站的交互次数，缩短定位的占用时长，增加定位系统的标签容量。同时，将每个时隙划分成多个子时隙，并预先对每个子时隙的功能进行统一分配，可进一步避免信号随机发送时产生的物理层冲突问题。
本发明实施方式提供的用于室内定位的方法例如可以应用于如图1所示的室内定位系统，该室内定位系统例如可以应用UWB技术进行室内定位。一般地，如图1中虚线框所示，一个室内定位系统包含基站、定位标签T及定位服务器(图中未示出)。其中，基站根据其功能的不同又可以分为主基站M、中继基站R和从基站S。主基站M、中继基站R和从基站S均可以与标签T进行无线通信，例如采用UWB无线通信技术。主基站M用于发送系统同步消息和接收标签定位消息，中继基站R用于接收系统同步消息、转发系统同步消息和接收标签定位消息，从基站S用于接收系统同步消息和接收标签定位消息。定位标签T用于接收系统同步消息和发送定位消息。在一次室内定位过程中，基站和定位标签T根据系统同步消息中的信息，由定位标签T选择合适的时刻发送定位消息，基站接收到标签定位消息后确定其与定位标签T的距离。定位服务器与各基站(包括主基站M、中继基站R和从基站S)通信连接，根据多个基站的坐标以及基站与定位标签T的距离，确定定位标签T的坐标以完成室内定位。
本发明实施方式还提供一套如图1所示的完整的室内定位系统，为解决现有UWB定位系统不支持CSMA/CA机制的问题，本发明以主基站发送系统同步消息的时间为时间基点，如图9所示，将空中接口在时域上划分成多个帧。每一帧又被划分为多个时间片段即时隙。对时隙的序列和功能进行预先分配，避免单次定位过程中多个设备自由发射信号导致的射频冲突。此外，每个时隙可被进一步细分为多个子时隙，每个子时隙内也仅允许一个预分配的定位标签或基站发送信号，进一步避免了系统中多个设备间的射频冲突。
为解决现有UWB定位系统由定位标签一一发送定向定位包到基站进行测距的方式耗时久的问题，在本发明实施方式提供的室内定位系统中，将定位标签发送定向定位包改为定位标签广播定位消息，则当一个标签T与4个基站通信以进行定位时，虚线框中所示的定位标签T与基站的交互次数由如图10所示的(3×4＝12)次减少为如图14所示的(1+1+1＝3)次，极大地缩短了定位时长。
此外，可预期未来室内定位区域的面积将越来越大，随之需要更多的基站以覆盖更大的扩张面积。由于通信距离的限制，主基站发送的系统同步消息不可能被所有的从基站接收到。在本发明实施方式提供的室内定位系统中，中继基站除了一般意义上的接收和转发系统同步消息，还负责将主基站发送的系统同步消息逐级传递至尽可能远的区域，以实现扩张室内定位区域的目的。
图2是根据一示例性实施方式示出的一种用于室内定位的方法的流程图。如图2所示的用于室内定位的方法例如可以应用于室内定位系统中的一个从基站设备。
参考图2，用于室内定位的方法10包括：
在步骤S102中，在空中接口上，接收主基站或者中继基站发送的系统同步消息。
其中，空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙。例如，如图11所示，每一帧的长度为1024ms，每时隙(Slot)的长度为8ms，因此一帧被划分为128个时隙，也即第一预设个数为128。每时隙被划分为8个子时隙(T)，也即第二预设个数为8，每个子时隙的长度为1ms。需要说明的是，这些参数的设置仅为示例性说明，而非限制本发明。
在无线通信领域，空中接口(Air Interface)用于定义终端设备与网络设备之间电波链接的技术规范。例如，在移动通信中，电话终端用户与基地台通过空中接口互相连结，空中接口为基站和移动电话之间的无线传输规范，其定义每个无线信道的使用频率、带宽、接入时机、编码方法以及越区切换。
室内定位系统例如可以使用TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)通信技术，允许多用户在不同的时隙、不同的通道复用相同的频率。其中，主基站作为整个室内定位系统中的时钟基准，可周期性地发送系统同步消息。中继基站可以接收通讯范围内的主基站发送的或其它中继基站转发的系统同步消息。
联合参考图11、图12及图13，主基站可周期性地发送间隔为1024ms的系统同步消息，例如可以配置主基站在每帧中第一时限Slot0的第一子时隙T0中发送该系统同步消息。位于第一通讯范围内的基站在T0时刻接收到系统同步消息后进行自身属性验证：如果判断自身是中继基站R1，则在第一个时隙Slot0的第二个子时隙T1时刻向位于第二通讯范围内的从基站转发T0时刻收到的系统同步消息；位于第二通讯范围内的基站在T1时刻接收到经一级转发的系统同步消息后进行自身属性验证：如果判断自身是中继基站R2，则在第一个时隙Slot0的第三个子时隙T2时刻向位于第三通讯范围内的基站转发T1时刻收到的系统同步消息……以此类推，通过中继基站的逐级转发，主基站发送的系统同步消息可被通讯范围内的所有从基站接收，突破了系统同步消息通信距离的限制，实现了定位区域的扩展。
在步骤S104中，根据接收到的系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙。
在一些实施例中，如上述，当系统配置在每帧的第一个时隙Slot0中来进行系统同步消息的发送、转发及接收时，当前时隙可以为帧中的第一个时隙。
在一些实施例中，转发信息可以包括系统同步消息的转发级数。对于上述包括8个子时隙的Slot0，系统同步消息的转发级数最大为7级，如图13所示。但本发明并不以此为限，例如对于包括16个子时隙的Slot0，系统同步消息的转发级数可达15级。
在步骤S106中，根据当前时隙及当前子时隙，进行系统时间同步。
承上述，根据当前时隙或帧中的第一个时隙，以及当前子时隙，通过时钟差值及时钟漂移相关参数可将从基站的时间归一到主基站时间。也即每个从基站可根据自身收到系统同步消息的时间及系统同步消息的转发级数，确定自身定时器的启动时间，完成与主基站的时隙同步。
在步骤S108中，更新系统同步消息中的转发信息。
在一些实施例中，更新系统同步消息中的转发信息可以包括对应更新系统同步消息的转发级数，例如对当前接收到的系统同步消息的转发级数加一。
在步骤S110中，在当前子时隙的下一个子时隙，向定位标签发送更新后的系统同步消息。
根据本发明实施方式提供的用于室内定位的方法，能够将空中接口的每一帧划分成多个时隙，预先对每个时隙的功能进行统一分配可避免信号随机发送时产生的物理层冲突问题。同时，能够根据系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间进行系统时间同步，将系统节点的时间归一到主基站时间。
应清楚地理解，本发明描述了如何形成和使用特定示例，但本发明的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本发明公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施方式。
图3是根据一示例性实施方式示出的另一种用于室内定位的方法的流程图。与图2所示方法10的不同之处在于，图3所示的方法20进一步提供了广播及响应定位消息的方法。如图3所示的用于室内定位的方法例如可以应用于室内定位系统中的至少一个基站设备。
参考图3，用于室内定位的方法20包括：
在步骤S202中，在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收定位标签发送的广播定位消息。
其中，第一预设时隙为帧中除了当前时隙之外的时隙。在一些实施例中，当前时隙可以为帧中的第一个时隙。
在无线通信领域，基站接收的定位消息通常是由定位标签通过定向包的形式发送的。定向包是一种一对一的通信方式，其中包含发送端和接收端的MAC地址(Media AccessControl Address，媒体访问控制地址或称局域网地址)。在本发明实施方式提供的用于室内定位的方法中，基站接收的定位消息是由定位标签通过广播包的形式发送的。广播包是一种一对多的通信方式，包含发送端和接收端的MAC地址，其中接收端的MAC地址称为广播地址。
在步骤S204中，在第一预设时隙的第二预设子时隙中，向定位标签发送定向响应消息。
在步骤S206中，在第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收定位标签发送的广播确认消息。
在一些实施例中，第一预设子时隙为第一预设时隙中的第一个子时隙，第二预设子时隙为第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，第三子时隙为第一预设时隙中最后一个子时隙。
如上述，在当前时隙或者帧中第一个时隙之外的每一个第一预设时隙中，至少一个基站同时于第一个子时隙接收到定位标签发送的广播定位消息，并于除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他多个子时隙，根据每个子时隙的预先分配结果，依次向定位标签发送定向响应消息。最终，至少一个基站同时于最后一个子时隙接收定位标签发送的广播确认消息。
在一些实施例中，在所述在第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收定位标签发送的广播确认消息后，方法20还包括：
在步骤S208中，根据广播定位消息和/或广播确认消息，确定与定位标签的距离。
在步骤S210中，将自身的坐标信息及与定位标签的距离发送至定位服务器。
如上所述，定位服务器可根据接收到的至少一个基站的坐标信息及其分别与定位标签的距离，确定出定位标签的位置坐标，完成一次室内定位。
在一些实施例中，根据本发明实施方式提供的用于室内定位的方法，其中定位标签发送的定位消息为广播定位消息，能够优化系统节点间的交互方式，减少定位标签与基站的信息交互次数，缩短定位的占用时长，增加定位系统的标签容量。同时，将每个时隙划分成多个子时隙，并预先对每个子时隙的功能进行统一分配，可进一步避免信号随机发送时产生的物理层冲突问题。
图4是根据一示例性实施方式示出的再一种用于室内定位的方法的流程图。如图4所示的用于室内定位的方法例如可以应用于室内定位系统的定位标签。
参考图4，用于室内定位的方法40包括：
在步骤S402中，在空中接口上，接收主基站、中继基站或从基站发送的系统同步消息。
其中，空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙。
在步骤S404中，根据接收到的系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙。
在一些实施例中，转发信息可以包括系统同步消息的转发级数。
在一些实施例中，当前时隙可以为帧中的第一个时隙。
在步骤S406中，根据当前时隙及当前子时隙，进行系统时间同步。
承上述，根据当前时隙或帧中的第一个时隙，以及当前子时隙，通过时钟差值及时钟漂移相关参数可将定位标签的时间归一到主基站时间。
根据本发明实施方式提供的用于室内定位的方法，能够将空中接口的每一帧划分成多个时隙，预先对每个时隙的功能进行统一分配可避免信号随机发送时产生的物理层冲突问题。同时，能够根据系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间进行系统时间同步，将系统节点的时间归一到主基站时间。
应清楚地理解，本发明描述了如何形成和使用特定示例，但本发明的原理不限于这些示例的任何细节。相反，基于本发明公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施方式。
图5是根据一示例性实施方式示出的再一种用于室内定位的方法的流程图。与图4所示方法40的不同之处在于，图5所示的方法50进一步提供了发送定位消息/接收响应消息的方法。如图5所示的用于室内定位的方法例如也可以应用于室内定位系统中的定位标签。
参考图5，用于室内定位的方法50包括：
在步骤S502中，在第一预设时隙的第一预设子时隙中，发送广播定位消息。
其中，第一预设时隙为帧中除了当前时隙之外的时隙。在一些实施例中，当前时隙可以为帧中的第一个时隙。
在无线通信领域，定位标签通常以定向包的形式发送定位消息。定向包是一种一对一的通信方式，其中包含发送端和接收端的MAC地址。在本发明实施方式提供的用于室内定位的方法中，定位标签是以广播包的形式发送定位消息。广播包是一种一对多的通信方式，包含发送端和接收端的MAC地址，其中接收端的MAC地址称为广播地址。
在步骤S504中，在第一预设时隙的第二预设子时隙中，接收定向响应消息。
在步骤S506中，在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，发送广播确认消息。
在一些实施例中，第一预设子时隙为第一预设时隙中的第一个子时隙，第二预设子时隙为第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，第三子时隙为第一预设时隙中最后一个子时隙。
如上述，在当前时隙或者帧中第一个时隙之外的每一个第一预设时隙中，定位标签于第一个子时隙向多个基站同时发送广播定位消息，并于除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他多个子时隙，根据每个子时隙的预先分配结果，接收由多个基站依次发送的定向响应消息。最终，定位标签于最后一个子时隙向多个基站同时发送广播确认消息。
根据本发明实施方式提供的用于室内定位的方法，其中定位标签发送的定位消息为广播定位消息，能够优化系统节点间的交互方式，减少定位标签与基站的信息交互次数，缩短定位的占用时长，增加定位系统的标签容量。同时，将每个时隙划分成多个子时隙，并预先对每个子时隙的功能进行统一分配，可进一步避免信号随机发送时产生的物理层冲突问题。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的全部或部分步骤被实现为由CPU执行的计算机程序。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明提供的上述方法所限定的上述功能。所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
此外，需要注意的是，上述附图仅是根据本发明示例性实施方式的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。
图6是根据一示例性实施方式示出的一种基站设备的装置框图。如图6所示的基站设备例如可以为室内定位系统中的一个从基站设备。
参考图6，基站设备60包括：收发单元602及处理单元604。
在一些实施例中，收发单元602还可进一步包括：收单元6022及发单元6024。关于收发单元602是作为一个整体还是进一步包括收单元6022及发单元6024两部分，在本发明中并无限制。
收发单元602或收单元6022用于在空中接口上，接收主基站或者中继基站发送的系统同步消息。
其中，空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙。
处理单元604用于：(1)根据接收到的系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；(2)根据当前时隙及当前子时隙，进行系统时间同步；(3)更新系统同步消息中的转发信息。
在一些实施例中，转发信息可以包括系统同步消息的转发级数。
在一些实施例中，当前时隙可以为帧中的第一个时隙。
收发单元602或发单元6024用于在当前子时隙的下一个子时隙，向定位标签发送更新后的系统同步消息。
在一些实施例中，收发单元602或收单元6022还包括第一接收子单元，用于在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收定位标签发送的广播定位消息；收发单元602或发单元6024还包括第一发送子单元，用于在第一预设时隙的第二预设子时隙中，向定位标签发送定向响应消息；收发单元602或收单元6022还包括第二接收子单元，用于在第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收定位标签发送的广播确认消息。
其中，第一预设时隙为帧中除了当前时隙或帧中第一个时隙之外的时隙；第一预设子时隙为第一预设时隙中的第一个子时隙，第二预设子时隙为第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，第三子时隙为第一预设时隙中最后一个子时隙。
在一些实施例中，处理单元604还包括距离确定子单元，用于根据广播定位消息和/或广播确认消息，确定与定位标签的距离；收发单元602或发单元6024还包括第二发送子单元，用于将自身的坐标信息及与定位标签的距离发送至定位服务器。
根据本发明实施方式提供的基站设备，能够在空中接口的每一帧下预分配的多个时隙中实现各自的功能，避免了信号随机发送时产生的物理层冲突问题。同时，能够根据系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间进行系统时间同步，将自身的时间归一到主基站时间。
图7是根据一示例性实施方式示出的一种定位标签的装置框图。如图7所示的定位标签例如可以被置于室内定位系统中主基站的通讯范围内。
参考图7，定位标签70包括：收发单元702及处理单元704。
在一些实施例中，收发单元702还可进一步包括：收单元7022及发单元7024。关于收发单元702是作为一个整体还是进一步包括收单元7022及发单元7024两部分，在本发明中并无限制。
收发单元702或收单元7022用于在空中接口上，接收主基站、中继基站或从基站发送的系统同步消息。
其中，空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙。
处理单元704用于：(1)根据接收到的系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；(2)根据当前时隙及当前子时隙，进行系统时间同步。
在一些实施例中，转发信息可以包括系统同步消息的转发级数。
在一些实施例中，当前时隙可以为帧中的第一个时隙。
在一些实施例中，收发单元702或发单元7024还包括第一发送子单元，用于在第一预设时隙的第一预设子时隙中，发送广播定位消息；收发单元702或收单元7022还包括第一接收子单元，用于在第一预设时隙的第二预设子时隙中，接收定向响应消息；收发单元702或发单元7024还包括第二发送子单元，用于在第一预设时隙的第三预设子时隙中，发送广播确认消息。
其中，第一预设时隙为帧中除了当前时隙或帧中第一个时隙之外的时隙；第一预设子时隙为第一预设时隙中的第一个子时隙，第二预设子时隙为第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，第三子时隙为第一预设时隙中最后一个子时隙。
参考图14和图15，仍以图11中的时隙划分结果为例：当主基站时间到达一个定位标签的预分配定位时隙时，该定位标签在该时隙的第一子时隙T0同时向其通讯范围内的最多6个基站发送广播定位消息(图15中粗虚线箭头)。6个基站同时在T0时刻接收到广播定位消息后，根据预分配的子时隙序号，在相应的子时隙T1～T6时刻依次向定位标签发送定向响应消息(图15中实线箭头)。定位标签在该时隙的最后一个子时隙T7同时向6个基站发送广播确认消息(图15中细虚线箭头)。6个基站同时在T7时刻接收到广播确认消息后，该时隙的时间窗口关闭，该定位标签的定位过程结束。
需要说明的是，此处的基站数由定位时隙中子时隙的数量决定，本发明并不以此为限：对于图11中每个定位时隙包括8个子时隙，也即包括8个信号通道的情景，由于定位标签发送广播定位消息和发送广播确认消息需各占据1个通道，因此在一个定位时隙中最多还余有6个通道供定位标签与基站交互。当定位标签通讯范围内的基站数小于6时，例如定位标签周围仅有4个基站，4个基站在子时隙T1～T6中预分配的4个时刻依次向定位标签发送定向响应消息后，还余有2个闲置子时隙不执行任何功能。
根据本发明实施方式提供的定位标签，能够在空中接口的每一帧下预分配的多个时隙中实现各自的功能，避免了信号随机发送时产生的物理层冲突问题。同时，能够根据系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间进行系统时间同步，将自身的时间归一到主基站时间。
在一些实施例中，根据本发明实施方式提供的定位标签，通过发送广播定位消息，能够优化系统节点间的交互方式，减少定位标签与基站的信息交互次数，缩短定位的占用时长，增加定位系统的标签容量。同时，能够在每个预分配时隙中的多个子时隙依次执行具体的交互操作，进一步避免了信号随机发送时产生的物理层冲突问题。
图8是根据一示例性实施方式示出的一种室内定位系统的结构示意图。如图8所示的室内定位系统例如可以应用于大型商场、超市、医院等室内场景下的UWB定位。
参考图8，室内定位系统80包括：上述任一种从基站60及上述任一种定位标签70。
在一些实施例中，室内定位系统80还包括：主基站802及中继基站804。
其中，主基站802可进一步包括收发单元及处理单元。收发单元用于在第二预设时隙的预设子时隙中发送系统同步消息。在一些实施例中，第二预设时隙为帧中的第一个时隙，预设子时隙为第二预设时隙中的第一个子时隙。
中继基站804可进一步包括收发单元及处理单元。收发单元用于接收主基站802发送的系统同步消息。处理单元用于：(1)根据接收到的系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；(2)根据当前时隙及当前子时隙，进行系统时间同步；(3)更新系统同步消息中的转发信息。收发单元还用于在当前子时隙的下一个子时隙，发送更新后的系统同步消息。
在一些实施例中，主基站802的收发单元还可用于：(1)在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收定位标签70发送的广播定位消息；(2)在第一预设时隙的第二预设子时隙中，向定位标签发送定向响应消息；(3)在第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收定位标签发送的广播确认消息。主基站802的处理单元还可用于：(1)根据广播定位消息和/或广播确认消息，确定与定位标签的距离；(2)将自身的坐标信息及与定位标签的距离发送至定位服务器806。
在一些实施例中，中继基站804的收发单元还可用于：(1)在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收定位标签70发送的广播定位消息；(2)在第一预设时隙的第二预设子时隙中，向定位标签发送定向响应消息；(3)在第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收定位标签发送的广播确认消息。中继基站804的处理单元还可用于：(1)根据广播定位消息和/或广播确认消息，确定与定位标签的距离；(2)将自身的坐标信息及与定位标签的距离发送至定位服务器806。
根据本发明实施方式提供的室内定位系统，基站和标签能够在空中接口的每一帧下预分配的多个时隙中实现各自的功能，避免了信号随机发送时产生的物理层冲突问题。同时，基站和标签能够根据系统同步消息中的转发信息及系统同步消息的接收时间进行系统时间同步，将自身的时间归一到主基站时间；
中继基站对主基站发送的系统同步消息进行逐级转发，使之可被主基站通讯范围内的所有从基站接收，突破了系统同步消息通信距离的限制，实现了定位区域的扩展；
通过定位标签发送广播定位消息，能够优化系统节点间的交互方式，减少定位标签与基站的信息交互次数，缩短定位的占用时长，增加定位系统的标签容量。同时，能够在每个预分配时隙中的多个子时隙依次执行具体的交互操作，进一步避免了信号随机发送时产生的物理层冲突问题。
需要注意的是，上述附图中所示的框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (23)

1.一种用于室内定位的方法，其特征在于，包括：
在空中接口上，接收主基站或者中继基站发送的系统同步消息，其中所述空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙；
根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；
根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步；
更新所述系统同步消息中的所述转发信息；以及
在所述当前子时隙的下一个子时隙，向定位标签发送更新后的所述系统同步消息；
在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播定位消息；
在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，向所述定位标签发送定向响应消息；以及
在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播确认消息；
其中，所述第一预设时隙为所述帧中除了所述当前时隙之外的时隙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述广播定位消息和/或所述广播确认消息，确定与所述定位标签的距离；以及
将自身的坐标信息及与所述定位标签的距离发送至定位服务器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述转发信息包括：所述系统同步消息的转发级数。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述当前时隙为所述帧中的第一个时隙。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一预设子时隙为所述第一预设时隙中的第一个子时隙，所述第二预设子时隙为所述第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，所述第三预设子时隙为所述第一预设时隙中最后一个子时隙。
6.一种用于室内定位的方法，其特征在于，包括：
在空中接口上，接收主基站、中继基站或从基站发送的系统同步消息，其中所述空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙；
根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；以及
根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步；
在第一预设时隙的第一预设子时隙中，发送广播定位消息；
在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，接收定向响应消息；以及
在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，发送广播确认消息；
其中，所述第一预设时隙为所述帧中除了所述当前时隙之外的时隙。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转发信息包括：所述系统同步消息的转发级数。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述当前时隙为所述帧中的第一个时隙。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一预设子时隙为所述第一预设时隙中的第一个子时隙，所述第二预设子时隙为所述第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，所述第三预设子时隙为所述第一预设时隙中最后一个子时隙。
10.一种基站设备，其特征在于，包括：收发单元及处理单元；
其中，所述收发单元用于在空中接口上，接收主基站或者中继基站发送的系统同步消息，其中所述空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙；
所述处理单元用于根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步；及更新所述系统同步消息中的所述转发信息；
所述收发单元还用于在所述当前子时隙的下一个子时隙，向定位标签发送更新后的所述系统同步消息；
所述收发单元还用于：
在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播定位消息；
在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，向所述定位标签发送定向响应消息；以及
在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播确认消息；
其中，所述第一预设时隙为所述帧中除了所述当前时隙之外的时隙。
11.根据权利要求10所述的基站设备，其特征在于，所述处理单元还用于根据所述广播定位消息和/或所述广播确认消息，确定与所述定位标签的距离；所述收发单元还用于将自身的坐标信息及与所述定位标签的距离发送至定位服务器。
12.根据权利要求10或11所述的基站设备，其特征在于，所述转发信息包括：所述系统同步消息的转发级数。
13.根据权利要求10或11所述的基站设备，其特征在于，所述当前时隙为所述帧中的第一个时隙。
14.根据权利要求10或11所述的基站设备，其特征在于，所述第一预设子时隙为所述第一预设时隙中的第一个子时隙，所述第二预设子时隙为所述第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，所述第三预设子时隙为所述第一预设时隙中最后一个子时隙。
15.一种定位标签，其特征在于，包括：收发单元和处理单元；
其中，所述收发单元用于在空中接口上，接收主基站、中继基站或从基站发送的系统同步消息，其中所述空中接口在时域上被划分为若干帧，每帧包括第一预设个数的时隙，每个时隙包括第二预设个数的子时隙；
所述处理单元用于根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；及根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步；所述收发单元还用于在第一预设时隙的第一预设子时隙中，发送广播定位消息；在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，接收定向响应消息；及在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，发送广播确认消息；其中，所述第一预设时隙为所述帧中除了所述当前时隙之外的时隙。
16.根据权利要求15所述的定位标签，其特征在于，所述转发信息包括：所述系统同步消息的转发级数。
17.根据权利要求15所述的定位标签，其特征在于，所述当前时隙为所述帧中的第一个时隙。
18.根据权利要求15所述的定位标签，其特征在于，所述第一预设子时隙为所述第一预设时隙中的第一个子时隙，所述第二预设子时隙为所述第一预设时隙中除了第一个子时隙和最后一个子时隙之外的其他子时隙，所述第三预设子时隙为所述第一预设时隙中最后一个子时隙。
19.一种室内定位系统，其特征在于，包括：根据权利要求10-14任一项所述的基站设备及根据权利要求15-18任一项所述的定位标签。
20.根据权利要求19所述的室内定位系统，其特征在于，还包括：主基站及中继基站；
所述主基站用于在第二预设时隙的预设子时隙中发送系统同步消息；
所述中继基站用于接收所述主基站发送的所述系统同步消息；根据接收到的所述系统同步消息中的转发信息及所述系统同步消息的接收时间，确定当前时隙及当前子时隙；根据所述当前时隙及所述当前子时隙，进行系统时间同步；更新所述系统同步消息中的所述转发信息；以及在所述当前子时隙的下一个子时隙，发送更新后的所述系统同步消息。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述第二预设时隙为所述帧中的第一个时隙，所述预设子时隙为所述第二预设时隙中的第一个子时隙。
22.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述主基站还用于在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播定位消息；在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，向所述定位标签发送定向响应消息；在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播确认消息；根据所述广播定位消息和/或所述广播确认消息，确定与所述定位标签的距离；及将自身的坐标信息及与所述定位标签的距离发送至定位服务器。
23.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述中继基站还用于在第一预设时隙的第一预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播定位消息；在所述第一预设时隙的第二预设子时隙中，向所述定位标签发送定向响应消息；在所述第一预设时隙的第三预设子时隙中，接收所述定位标签发送的广播确认消息；根据所述广播定位消息和/或所述广播确认消息，确定与所述定位标签的距离；及将自身的坐标信息及与所述定位标签的距离发送至定位服务器。
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