CN113438733A

CN113438733A - 基于5g和wifi实现室内定位的系统、方法及电子设备

Info

Publication number: CN113438733A
Application number: CN202110686613.5A
Authority: CN
Inventors: 王耀民; 查昊; 蒋燕; 夏惠铭; 杨珂; 杨军
Original assignee: China Telecom Corp Ltd
Current assignee: China Telecom Corp Ltd
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2041-06-21
Also published as: CN113438733B

Abstract

本公开涉及移动通信技术领域，提供了一种基于5G和WIFI实现室内定位的系统、方法及电子设备。其中，该系统包括：变频天线，用于确定第一定位信息；WiFi定位模组，内置于所述变频天线，用于确定第二定位信息；至少一个WiFi单元，每个所述WIFI定位单元通过网线与所述变频天线连接，用于实现WiFi通信；以及，定位计算模块，用于根据所述第一定位信息和所述第二定位信息实现室内亚米级定位。本技术方案能够实现亚米级定位，进而有效提升室内定位精度。并且可实现WiFi通信功能，以可分担蜂窝网的流量，同时节约部署维护成本。

Description

基于5G和WIFI实现室内定位的系统、方法及电子设备

技术领域

本公开涉及移动通信技术领域，具体而言，涉及一种基于5G和WIFI实现室内定位的系统、基于5G和WIFI实现室内定位的方法，以及实现上述方法的电子设备。

背景技术

随着移动通信技术的飞速发展，在满足语音功能的同时，用户对数据业务的要求不断提升，而5G时代超过70％以上的应用将发生在室内，同时5G网络具有大带宽、低时延、广连接技术特点，为推动室内业务可靠运营，提供了必要的网络基础。

然而，目前采用室内分布式基站实现室内定位功能的成本较高，同时单一的蜂窝网定位精度有待提高。

需要说明的是，上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解。

发明内容

本公开的目的在于提供一种基于5G和WIFI实现室内定位的系统、基于5G和WIFI实现室内定位的方法、基于5G和WIFI实现室内定位的装置，以及实现上述方法的计算机可读存储和电子设备，能够实现亚米级定位，进而至少在一定程度上提升室内定位精度。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种基于5G和WIFI实现室内定位的系统，该系统包括：

变频天线，用于确定第一定位信息；WiFi定位模组，内置于所述变频天线，用于确定第二定位信息；至少一个WiFi单元，每个所述WIFI定位单元通过网线与所述变频天线连接，用于实现WiFi通信；以及，定位计算模块，用于根据所述第一定位信息和所述第二定位信息实现室内亚米级定位。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述WiFi单元包含多个，多个所述WiFi单元均匀分布在所述变频天线的周围。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述WiFi单元包含两个，两个所述WiFi单元在所述变频天线的周围相对设置。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，每个所述WiFi单元的功耗与6W之间的差值在预设阈值之内，所述WiFi定位模组的功耗小于每个所述WiFi单元的功耗。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述WiFi定位模组包含定位模块，同时不包含WiFi单元的以下功能模块：存储单元、无线接口、有线接口。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，所述系统还包括：供电单元PSU，通过所述PSU为所述变频天线和所述WiFi定位模组供电。

根据本公开的一个方面，提供一种基于5G和WIFI实现室内定位的方法，包括：通过变频天线，确定室内目标节点的第一定位信息；

通过与所述变频天线连接的WiFi定位模组，确定所述目标节点的第二定位信息；

根据所述第一定位信息和所述第二定位信息实现对所述目标节点的亚米级定位。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，

所述确定室内目标节点的第一定位信息，包括：采用到达时间差法确定所述目标节点的第一定位信息；

所述确定所述目标节点的第二定位信息，包括：采用指纹定位算法确定所述目标节点的第二定位信息。

根据本公开的一个方面，提供了一种基于5G和WIFI实现室内定位的装置，该装置包括：第一确定模块、第二确定模块以及定位计算模块。

其中，上述第一确定模块，被配置为：通过变频天线，确定室内目标节点的第一定位信息；上述第二确定模块，被配置为：通过与所述变频天线连接的WiFi定位模组，确定所述目标节点的第二定位信息；以及，上述定位计算模块，被配置为：根据所述第一定位信息和所述第二定位信息实现对所述目标节点的亚米级定位。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，

上述第一确定模块，被具体配置为：采用到达时间差法确定所述目标节点的第一定位信息；上述第二确定模块，被具体配置为：采用指纹定位算法确定所述目标节点的第二定位信息。

根据本公开的一个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的基于5G和WIFI实现室内定位的方法。

根据本公开的一个方面，提供一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述第一方面所述的基于5G和WIFI实现室内定位的方法。

根据本公开的一个方面，提供一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质中读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各个实施例中提供的基于5G和WIFI实现室内定位的方法。

由上述技术方案可知，本公开示例性实施例中的基于5G和WIFI实现室内定位的方法、基于5G和WIFI实现室内定位的装置、计算机存储介质及电子设备至少具备以下优点和积极效果：

在本公开的一些实施例所提供的技术方案中，将存量的室内无源天线变有源天线(FSRU)，实现室内低成本米级定位效果，同时FSRU叠加WLM且外接WU，从而增加了网络点位密度，进而通过蜂窝网和WiFi融合方式使定位精度更加准确，实现亚米级(米级以下)的定位应用，增强定位精度，满足定位要求更高的应用，助力室内业务场景的应用丰富，驱动创新型新业务。并且可实现WiFi通信功能，以可分担蜂窝网的流量，同时节约部署维护成本。

本公开应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示意性示出了本公开一示例性实施例中变频天线改造示意图。

图2示意性示出了本公开一示例性实施例中变频天线内置WiFi模组示意图。

图3示意性示出了本公开一示例性实施例中FSRU与WU网线连接示意图。

图4示意性示出了本公开一示例性实施例中WU正面及侧面示意图。

图5示出了可以应用本公开实施例的技术方案的示例性系统架构的示意图。

图6示出本公开一示例性实施例中病毒识别模型的训练方法的流程示意图。

图7a示出本公开一示例性实施例中FSRU TDOA定位场景示意图。

图7b示出本公开一示例性实施例中FSRU TDOA定位过程中SRS时延示意图。

图8示意性示出了本公开一示例性实施例中FSRU TDOA定位过程中4G与5G间参数比对示意图。

图9示意性示出了本公开一示例性实施例中WU指纹定位算法示意图。

图10示意性示出了本公开一示例性实施例中基于GBDT-PF算法进行指纹定位的模型示意图。

图11示意性示出本公开一示例性实施例中TDOA和指纹融合定位算法流程示意图。

图12示意性示出了本公开一示例性实施例中5G+WiFi组网架构图。

图13a和图13b示意性示出了本公开一示例性实施例中增加WU定位精度增强示意图。

图14示出本公开一示例性实施例中基于5G和WIFI实现室内定位的装置的结构示意图。

图15示出本公开示例性实施例中电子设备的结构示意图。

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公开将更加全面和完整，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。

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例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，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。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

传统的LTE(Long Term Evolution，长期演进)技术及DAS(Distributed AerialSystem,分布式天线系统)中天线一般为单路，LTE技术中的终端中多设置为1T1R(1Transmit 1Receive)和1T2R(1Transmit 2Receive)的天线，且在4G时代能满足对网络速度和容量的要求。然而，5G初期eMBB(Enhanced Mobile Broadband，增强移动宽带)业务将成为主流，5G终端需设置1T4R(1Transmit 4Receive)或/和2T4R(2Transmit 4Receive)以实现MIMO(multiple-in multiple out，多输入多输出)功能。除此之外，要实现MIMO功能，仅终端测采用多天线是不能达到MIMO的效能，同样需要网络测也要采用多天线技术(即多通道)。

然而，4G存量DAS系统中多以单路天线为主，在考虑成本的情况下，需量的单路系统改造为多通道天线，而改造建设将会遇到诸多建设的痛点。如物业协调难、工程施工不便、无法可监可控、无法实现MIMO等。因此，变频室分技术应运而生，具体的，图1示意性示出了本公开一示例性实施例中变频天线改造示意图。参考图1，5G变频室分系统通过近端机，简称FSMU(Frequency shift management unit)将3.5GHz的两个5G射频端口下变频为800～2700MHz频段的的两个频点，与4G信号合路输出至现有的单路DAS系统，将远端DAS天线更换为远端机接收DAS的变频信号，经过滤波、上变频和放大后便可恢复5G信号，进而与4G信号同时输出。

其中，参考图1，如虚线框(虚线内为需要改造的部分)内所示，设置内置变频单元，并设置电源为内置变频单元进行供电。也就是说，无源的室内DAS天线演变成了有源的DAS天线。此时远端变频天线，简称FSRU(Frequency shift radio unit)就可以实现2T/R的功能(即，内置双极化天线)，假设与2T4R的5G终端实现收发传输，根据木桶原理，可知此时的理论最大容量是SISO(single input single output,单输入单输出)的2倍。但是考虑空间信道的复杂性以及相关性为不完全正交的，因此实际容量会介于1～2倍之间。显然，空口数据传输的可靠性可以得到很大的提高，同样就能稳定的满足未来5G室内业务的各项应用。

基于以上对天线的改进，速率要求及容量满足当下5G要求，无源的室内DAS天线演变成了有源的DAS天线，从而室内定位得以实现，同时增强了5G蜂窝网定位精度，且大大降低采用室内分布式基站实现定位功能的成本。其中，室内定位功能可以广泛应用于商超、智能制造、仓储物流、电力能源、交通枢纽、医疗养老、公检法司、博物展览、矿井等行业。

然而，上述仅通过蜂窝网定位及室内点位密度，存在不能满足某些5G行业应用的需求的问题。例如：在智能制造领域对于物料管理、工具管理的定位精度都要1米以下，而蜂窝网定位仅能实现米级定位，因此不能不满足小于1米精度的定位场景。

为了克服上述技术问题，本申请提供的室内定位方案中通过叠加非蜂窝网的无线制式，例如WiFi系统，进而与蜂窝网定位一起来实现亚米级定位，从而增强定位精度。本方案能够满足1米以下的业务场景需求，解决仅通过蜂窝网定位存在的上述技术问题。

以下先介绍本申请提供的一种基于5G和WIFI实现室内定位的系统的相关实施例。

该系统包括：变频天线，用于确定第一定位信息；WiFi定位模组，内置于所述变频天线，用于确定第二定位信息；至少一个WiFi单元，每个所述WIFI定位单元通过网线与所述变频天线连接，用于实现WiFi通信；以及，定位计算模块，用于根据所述第一定位信息和所述第二定位信息实现室内亚米级定位。

在示例性的实施例中，上述变频天线(FSRU)如图1所示，通过该变频天线确定第一定位信息。其中，无线定位的具体实施方式报刊终端侧定位和网络测定位。

具体地，终端侧定位的定位计算过程由移动终端自主完成，终端自行确定自身当前位置。在终端确定自身当前位置的过程中，移动终端主动探测并测量周边定位标签信号，定位标签发出与位置相关的信息，进行定位的位置信息和测量信息在当前的移动终端本地处理，实现定位计算。反之就是为网络侧定位。由于终端侧定位计算对终端的功耗影响较大，定位强依赖与终端的定位软件，且某些移动终端系统不支持，同时也不能实现定位的多种应用，因此室内定位多以网络侧计算为主。本技术方案中通过上述变频天线实现定位属于网络侧定位。

其中，室内定位的原理基本可以分为基于功率测量、基于时间测量和基于角度测量。具体的，由于在5G系统中使用大带宽(大于100MHz)，相对应的时频信号越窄，则越容易检测到该定位信号的传播首径，故对时间的检测越精确，定位精度越高，因此本实施例中变频天线(FSRU)采用时间测量中的TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差法)实现，在当下蜂窝系统下能够有效提升定位精准度。

关于上述实施例中通过TDOA确定上述第一定位信息的具体实施方式将在下述基于5G和WIFI实现室内定位的方法实施例中进行详细阐述。

本技术方案中，变频天线FSRU通过电源线或者网线实现供电。由于供电线路会产生线路损耗，进而影响设备的正常工作，所以所接的设备数量会受到线缆电阻率、截面积、缆线长度的影响。

本示例性实施例中，对变频系统所接的FSRU数量进行分析：在考虑电缆成本、实施的便利性的情况下，以2*2.5mm2RVV阻燃电源线连接FSRU(参考图3)。假如不同FSRU之间布放的间隔在20米左右，依据电源压降公式，如表1所示：

表1

现网变频系统供电单元功率一般在800～1000W，且通过直流分配箱可并接最大6路，因此依据上述表1计算，单路最大可接10～12个变频天线FSRU。

在示例性的实施例中，上述基于5G和WIFI实现室内定位的系统还包括：内置于上述变频天线的WLM(WiFi location module，WiFi定位模组)。图2示意性示出了本公开一示例性实施例中变频天线内置WiFi模组示意图。参考图2，WiFi定位模组中的定位模块内嵌在变频天线的反射板上，该反射板的反射面为散热面。另外参考图2，还包括5G双极化天线、4G全向天线。相比于WIFI单元，该WiFi定位模组所包含的定位模块仅用于定位作用，则为了降低功耗，该WiFi定位模组不包含WiFi单元的以下功能模块：存储单元、无线接口、有线接口等(其功放、滤波模块则利用原有变频天线FSRU)。

在示例性的实施例中，上述基于5G和WIFI实现室内定位的系统还包括：供电单元(Power supply unit,PSU)，通过该PSU为上述变频天线和上述WiFi定位模组供电。

本技术方案中，通过上述WLM确定上述第二定位信息。示例性的，上述第二定位信息采用上述基于功率测量中的指纹定位来实现。

其中，指纹定位技术是将实际环境中位置和接收到的无线信号的“指纹”特征联系起来，一个位置对应一个独特的指纹，因此精度远高于传统WiFi采用边角测量法和最近接入点法。考虑到室内环境复杂、阻隔、干扰吸收通信信号的障碍物较多，信号传播受到多径、阴影效应、信号收发设备的性能影响，同时接入点的天线布设、用户端的移动情况、室内环境特性(温度和湿度等)也会有影响定位精度。

关于上述实施例中通过指纹定位技术确定上述第二定位信息的具体实施方式将在下述基于5G和WIFI实现室内定位的方法实施例中进行详细阐述。

在示例性的实施例中，上述基于5G和WIFI实现室内定位的系统还包括：通过网线外接于上述变频天线的WU(WiFi Unit，WiFi单元)。

示例性的，上述WU包含多个，为了尽量提升定位效果，该系统所包含的多个WiFi单元均匀分布在上述变频天线的周围。示例性的，本实施例中上述WiFi单元包含两个。示例性的，图3示意性示出了本公开一示例性实施例中FSRU与WU网线连接示意图。图4示意性示出了本公开一示例性实施例中WU正面及侧面示意图。

参考图3和图4，两个WiFi单元在上述变频天线FSRU的周围相对设置。

示例性的，参考图3，采用10m/Cat6A网线将WU外接于变频天线FSRU。更为具体的，参考图4，每个WU的外廓尺寸为60mm*25mm，且每个WU包含运行指示灯、告警指示灯以及POE供电及数据传输接口。

在示例性的实施例中，与变频天线FSRU外接的每个WU最大功耗在6W左右。由于变频天线FSRU内置的WLM仅起到定位的功能，即其缺少WU的其他功能模块，比如缺少存储单元、无线接口、有线接口等模块，则WLM的最大功耗低于WU，一般在2W左右。

本技术方案中，变频天线FSRU通过网线外接上述2个WU，进而实现通信和POE供电功能。其中，POE(Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。

据此分析网线对WU功率的影响，基于表2公式计算：

表2

分析上述表2可知，外接于变频天线FSRU的WU的线损功耗可以忽略不计，不影响WU的用电。

示例性的，通过表1和表2分析，依据电压降公式测算增加2个WU及1个WLM所带来的单路接有源天线数量的变化，如表3所示：

表3

其中需要说明的是，设备功耗＝FSRU的功耗+WU的功耗*2+WLM的功耗。

分析上述表3可知，在其他参数不便的情况下，设备功率增加了1倍，单路所接的设备数量降低了1/2。可见，为了保证定位精度，后续可增大供电单元功率或者选择线径较粗的缆线。

在示例性的实施例中，上述基于5G和WIFI实现室内定位的系统还包括：根据上述第一定位信息和上述第二定位信息实现室内亚米级定位的定位计算模块。示例性的，上述定位计算模块可以为服务器的中央处理单元，上述第一定位信息和上述第二定位信息被发送至服务器，进而实现亚米级定位。

其中，根据上述第一定位信息和上述第二定位信息实现室内亚米级定位的具体实施方式将在下述基于5G和WIFI实现室内定位的方法实施例中进行详细阐述。

本技术方案中对于每个变频天线外接WU对变频天线FSRU内置WLM，则每个室内射频单元将被配置一个独立的ID号。例如，对5G蜂窝系统每个变频天线FSRU分配一个定位参考信号(Positioning reference signal，PRS)的ID号，从而，对属于同一个变频天线FSRU的WU及WLM也有唯一的MAC(即ID号)，实现了定位信号的可辩性。进而，融合变频天线FSRU和WLM定位方法，对待定位的节点进行定位，能够有效提升定位精度以及定位准确度。

在介绍本技术方案提供的基于5G和WIFI实现室内定位的方法实施例之前，先介绍该方法的应用环境的系统架构。

示例性的，图5示出了可以应用本公开实施例的技术方案的示例性系统架构的示意图。如图5所示，系统架构100可以包括终端110、网络120、服务器130。其中，终端110和服务器130通过网络120连接。

具体的，终端110可以是上述基于5G和WIFI实现室内定位的系统中的安装有WLM和WU的变频天线。网络120可以是能够在终端110和服务器130之间提供通信链路的各种连接类型的通信介质，例如可以是有线通信链路、无线通信链路或者光纤电缆等等，本申请在此不做限制。

示例性的，在本技术方案提供的实施例中，终端110确定的定位信息可以通过网络120发送至服务器130。另外，上述第一定位信息和上述第二定位信息可以通过终端的数据传输接口直接发送至服务器130。

进而，服务器130根据上述第一定位信息和上述第二定位信息实现室内亚米级定位，其可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。

本公开实施例所提供的基于5G和WIFI实现室内定位的方法由服务器130执行。

以下介绍本申请提供的一种基于5G和WIFI实现室内定位的方法的相关实施例。图6示出本公开一示例性实施例中病毒识别模型的训练方法的流程示意图。参考图6，该实施例所提供的基于5G和WIFI实现室内定位的方法包括步骤S610-步骤S630。

在步骤S610中，通过变频天线，确定室内目标节点的第一定位信息。

在示例性的实施例中，采用到达时间差法TDOA确定上述第一定位信息。其中，TDOA需要满足三点覆盖的原则，因此可能受同步精度影响、多径环境影响以及受FSRU点位分布影响，但是采用TDOA确定上述第一定位信息能够有效降低计算复杂度，同时能够较高定位的精度。

在步骤S620中，通过与所述变频天线连接的WiFi定位模组，确定所述目标节点的第二定位信息。

在示例性的实施例中，采用指纹定位算法确定上述第二定位信息。其中，指纹定位算法对室内FSRU和WU点位状态无要求，同时具有硬件成本低的优点，但需要建立并维护指纹库，进而提升定位精度。

以及，在步骤S630中，根据所述第一定位信息和所述第二定位信息实现对所述目标节点的亚米级定位。

本技术方案结合TDOA和指纹定位两种定位方式的优点，并基于上述基于5G的室内定位的系统实现亚米级室内定位方案。

在示例性的实施例中，采用到达时间差法TDOA，通过变频天线确定上述第一定位信息的具体实施方式如下：

示例性的，图7a示出本公开一示例性实施例中FSRU TDOA定位场景示意图。参考图7a，示出不同的FSRU(在图7a中示出为RU1、RU2、RU3)接收同一个UE(user equipment，用户设备)(待定位UE)的SRS(sounding reference symbol，探测参考符号)，其中，T1、T2以及T3分别表示RU1、RU2、RU3至UE的SRS直达径。

示例性的，基于图7a的场景统计各个FSRU在接收上述待定位UE的SRS时延。其中，图7b示出本公开一示例性实施例中FSRU TDOA定位过程中SRS时延示意图。如图7b所示：不同RU收到的SRA时延不同。然后，根据时延计算UE分别和各个FSRU之间的距离。进一步地，通过以下方式计算待定位的UE和至少3个FSRU之间的距离：以每个FSRU为圆心，距离为半径做圆，三个圆的交点为待定位的UE的坐标位置。示例性的，确定带定位的UE的定位精度约为1/4间距。

5G室内信号的带宽为100M，4G室内信号的带宽为20M，因此5G室内信号的带宽是4G室内信号的带宽的5倍。示例性的，图8示意性示出了本公开一示例性实施例中FSRU TDOA定位过程中4G与5G间参数比对示意图。

参考图8，在时域上，5G所承载的信号宽度就是4G信号的1/5(可以表示为：t2＝0.2*t1)。从而在4G中无法分开的多径，在5G中能够被区分，关于多径“合波”引入的误差，5G是4G的1/5(可以表示为：△T2＝0.2△T1)。具体的，图8中较浅颜色的单点划线表示SRS直达径、较深颜色的单点划线表示SRS多径信号，以及实线表示SRS合波信号。

在没有测量误差的条件下，可以采用最小二乘法计算TDOA。但是在已知的测量值存有统计误差的信息条件下，最小二乘法的性能有待提高，其主要原因是没有考虑测量信息误差大小就直接使用了测量信息。针对上述技术问题，本技术方案采用加权的方法就来区分测量信息误差的大小，从而能过有效提高估计精度。示例性的，上述权重的取值与FSRU的精度正相关，即对于精度较高的FSRU，上述权重相对较大，反之，对于精度较低的FSRU，上述权重相对较小。

在示例性的实施例中，根据图7a和图7b测量得到的TDOA值，可以得出关于定位位置方程如下：

y＝Ax (1)

其中，式(1)中的矩阵A为非奇异矩阵，则上式(1)可写成：

x＝A^-1y (2)

设参差ν＝y-Ax，加权矩阵为W。本技术方案采用加权最小二乘(Weighted LeastSquares,WLS)的基本思想是x的估值

使得加权后的残差值最小化，则有：

接着，将f(x)关于x求偏导使其结果为零，得到

则有如下关系：

-2A^TW(y-Ax)＝0 (4)

得到最终的结果，即上述第一定位信息如下：

x＝(A^TWA)^-1A^TWy (5)

通过上述TDOA确定的上述第一定位信息能够实现1～2米的定位精度。即得到上述第一定位信息。

在示例性的实施例中，采用指纹定位算法，通过通过内置于变频天线的WLM确定上述第二定位信息的具体实施方式如下：

利用接收到的RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信号强度)指纹与预先构造位置指纹库进行匹配，从而实现对待定位UE的定位。指纹定位算法主要由构建位置的指纹库的离线阶段和进行指纹库的在线定位阶段两部分组成。

示例性的，图9示意性示出了本公开一示例性实施例中WU指纹定位算法示意图。参考图9所示，在离线阶段，将监测区域内的预设位置(位置控件设置密度越大，定位精度越高)的坐标记录，通过WU捕获收集完上述所有位置的信号指纹，并通过训练终端进行信号指纹特征提取，得到“信号-位置指纹库”。在定位阶段，通过WU捕获待定位的目标终端UE的目标指纹，以及将目标指纹与“信号-位置指纹库”进行指纹匹配，根据匹配结果确定目标指纹对应的定位信息完成对目标终端的定位。其中，指纹定位要获得更高的定位精度，最直接的方式依赖与增加指纹采集的空间密度。

在示例性的实施例中，图10示意性示出了本公开一示例性实施例中基于GBDT-PF算法进行指纹定位的模型示意图。该图提供了一种将目标指纹与“信号-位置指纹库”进行指纹匹配并确定目标终端的定位信息的具体实施方式。

参考图10，本实施例中采用GBDT(Gradient Boosting Decision Tree，梯度提升决策树)-PF定位算法确定目标终端的定位信息。

参考图10，首先通过GBDT算法，离线阶段(即，创建无线地图阶段)建立的指纹数据库中位置与接收信号强度值的映射关系。示例性的，通过多个WU(如图WU(1)、WU(2)、WU(n)，n为正整数)捕获终端设备的位置信息，确定位置与接收信号强度值的映射关系，如表4：

表4

位置	RSS指数
		(x,y)<sub>1</sub>	RSS<sub>11</sub> RSS<sub>12</sub>…RSS<sub>1n</sub>
…	…
		(x,y)<sub>n</sub>	RSS<sub>n1</sub> RSS<sub>n2</sub>…RSS<sub>nn</sub>

在线阶段中的定位阶段，将实时接收信号强度测量值(RSS₁RSS₂…RSS_n)输入训练后的GBDT定位模型(即图中基于GBDT位置估计方法)中，进行位置粗估计得到

继续参考图10，将定位结果

作为粒子滤波实时位置估计方法的位置观测量。具体的粒子滤波实时位置估计方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化粒子群。

在定位的整个区域内，将总数为N的粒子进行随机分布，并初始化粒子群的状态，并将每个粒子的权重值初始化为1/N。

步骤2：预测。

粒子按照粒子状态方程进行运动，预测粒子群的下一步位置。

步骤3：粒子更新。

根据各个粒子的预测值和观测值(通过GBDT定位算法得到的位置估计值)之间的距离满足高斯分布函数的概率信息来更新粒子权重。

步骤4：粒子重采样。

计算有效粒子数，若该有效粒子数小于一定阈值，则进行粒子重采样，并将重采样后的粒子权重进行归一化。

步骤5：状态估计。

将经步骤4进行重采样后的粒子所代表的位置进行加权累加，得到的加权和即为此刻目标的位置。

随着定位目标的移动，重复步骤2至步骤5，从而实现实时位置追踪。

最终得到关于目标终端的位置细估计量，即得到上述第二定位信息。

在示例性的实施例中，图11示意性示出本公开一示例性实施例中TDOA和指纹融合定位算法流程示意图。参考图11，通过变频天线FSRU的5G定位测量，并采用TDOA位置估计确定上述第一定位信息，以及通过WIFI定位测量，并采用指纹位置估计确定上述第二定位信息。之后，进行初定位权重计算，以及进行多制式信息融合之后，得到精准定位结果输出。从而实现亚米级定位。

本技术方案中，对FSRU和WU获取的定位信息进行权重决策，去除指纹定位信息相似的错误位置参考点，有利于提高位置映射和检索的准确性。

本技术方案中，FSRU与WU的结合部署利用了FSRU的供电和数据接口，既可以提供无线接入服务，也能够提供亚米级的定位服务。示例性的，图12示意性示出了本公开一示例性实施例中5G+WiFi组网架构图。

参考图12所示，其中，通过5G室分基站预留通道将管理数据、定位数据优先传输。具体地，5G室内通信数据的传输路径为：5G核心网(5G Core)、室内基带处理单元(BuildingBase band Unite,BBU)、rHuB服务器以及射频拉远单元(Radio Remote Unit，pRRU)和变频天线FSRU。WIFI室内管理以及定位数据的传输路径为：无线AC/定位服务器/MEC以及外接于变频天线FSRU的WU和内置于变频天线的WiFi定位模组。

本技术方案提供的基于5G的室内定位的方法中，将存量的室内无源天线变有源天线(FSRU)，实现室内低成本米级定位效果，同时FSRU叠加WLM且外接WU，从而增加了网络点位密度。示例性的，图13a和图13b示意性示出了本公开一示例性实施例中增加WU定位精度增强示意图。

参考图13a和图13b示出的阴影区域，图13a为仅通过FSRU进行定位状态。图13b为通过FSRU和WU进行联合定位的情况，进而通过蜂窝网和WiFi融合方式使定位精度更加准确，实现亚米级(米级以下)的定位应用，增强定位精度，满足定位要求更高的应用，助力室内业务场景的应用丰富，驱动创新型新业务。并且可实现WiFi通信功能，以可分担蜂窝网的流量，同时节约部署维护成本。

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处理器，(包括GPU/CPU)执行的计算机程序。在该计算机程序被GPU/CPU执行时，执行本公开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公开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。

以下通过图14介绍本公开的基于5G和WIFI实现室内定位的装置实施例，可以用于执行本公开上述的基于5G和WIFI实现室内定位的方法。

如图14所示，上述基于5G和WIFI实现室内定位的装置1400包括：第一确定模块1401、第二确定模块1402以及定位计算模块1403。

其中，上述第一确定模块1401，被配置为：通过变频天线，确定室内目标节点的第一定位信息；上述第二确定模块1402，被配置为：通过与所述变频天线连接的WiFi定位模组，确定所述目标节点的第二定位信息；以及，上述定位计算模块1403，被配置为：根据所述第一定位信息和所述第二定位信息实现对所述目标节点的亚米级定位。

在本公开的一些实施例中，基于前述方案，上述第一确定模块1401，被具体配置为：采用到达时间差法确定所述目标节点的第一定位信息；上述第二确定模块1402，被具体配置为：采用指纹定位算法确定所述目标节点的第二定位信息。

上述装置的实施例已经在上述方法的实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

本技术方案提供的基于5G的室内定位的装置中，将存量的室内无源天线变有源天线(FSRU)，实现室内低成本米级定位效果，同时FSRU叠加WLM且外接WU，从而增加了网络点位密度(参考图13a和图13b示出的阴影区域，图13a为仅通过FSRU进行定位状态，图13b为通过FSRU和WU进行联合定位的情况)，进而通过蜂窝网和WiFi融合方式使定位精度更加准确，实现亚米级(米级以下)的定位应用，增强定位精度，满足定位要求更高的应用，助力室内业务场景的应用丰富，驱动创新型新业务。并且可实现WiFi通信功能，以可分担蜂窝网的流量，同时节约部署维护成本。

图15示出本公开示例性实施例中电子设备的结构示意图。需要说明的是，图15示出的电子设备的计算机系统1500仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图15所示，计算机系统1500包括处理器1501，其中处理器1501又具体可以包括：图像处理单元(Graphics Processing Unit，简称：GPU)和中央处理单元(CentralProcessing Unit，简称：CPU)，其可以根据存储在只读存储器(Read-Only Memory，简称：ROM)1502中的程序或者从储存部分1508加载到随机访问存储器(Random Access Memory，简称：RAM)1503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 1503中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。处理器1501、ROM 1502以及RAM 1503通过总线1504彼此相连。输入/输出(Input/Output，简称：I/O)接口1505也连接至总线1504。

以下部件连接至I/O接口1505：包括键盘、鼠标等的输入部分1506；包括诸如阴极射线管(Cathode Ray Tube，简称：CRT)、液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称：LCD)等以及扬声器等的输出部分1507；包括硬盘等的储存部分1508；以及包括诸如局域网(Local Area Network，简称：LAN)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1509。通信部分1509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1510也根据需要连接至I/O接口1505。可拆卸介质1511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入储存部分1508。

特别地，根据本公开的实施例，下文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1511被安装。在该计算机程序被处理器1501执行时，执行本申请的系统中限定的各种功能。

需要说明的是，本公开实施例所示的计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

示例性的，作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，包括用于描述根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。

计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现上述实施例中所述的方法。

例如，所述的电子设备可以实现如图6中所示的：步骤S610，通过变频天线，确定室内目标节点的第一定位信息；步骤S620，通过与所述变频天线连接的WiFi定位模组，确定所述目标节点的第二定位信息；以及，步骤S630，根据所述第一定位信息和所述第二定位信息实现对所述目标节点的亚米级定位。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims

1.一种基于5G和WIFI实现室内定位的系统，其特征在于，所述系统包括：

变频天线，用于确定第一定位信息；

WiFi定位模组，内置于所述变频天线，用于确定第二定位信息；

至少一个WiFi单元，每个所述WIFI定位单元通过网线与所述变频天线连接，用于实现WiFi通信；以及，

定位计算模块，用于根据所述第一定位信息和所述第二定位信息实现室内亚米级定位。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述WiFi单元包含多个，多个所述WiFi单元均匀分布在所述变频天线的周围。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述WiFi单元包含两个，两个所述WiFi单元在所述变频天线的周围相对设置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述WiFi单元包含两个，两个所述WiFi单元在所述变频天线的周围相对设置。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，每个所述WiFi单元的功耗与6W之间的差值在预设阈值之内，所述WiFi定位模组的功耗小于每个所述WiFi单元的功耗。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述WiFi定位模组包含定位模块，同时不包含WiFi单元的以下功能模块：存储单元、无线接口、有线接口。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：供电单元PSU，通过所述PSU为所述变频天线和所述WiFi定位模组供电。

8.一种基于5G和WIFI实现室内定位的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过变频天线，确定室内目标节点的第一定位信息；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如8或9所述的基于5G和WIFI实现室内定位的方法。