摘要：該文針對(duì)基站隱藏安裝場(chǎng)景位置工勘不準(zhǔn)確導(dǎo)致定位目標(biāo)用戶定位精度不高的問(wèn)題，提出了一種反向定位基站的方法。該方法通過(guò)測(cè)試終端向基站發(fā)起多次5G（5th Generation）測(cè)量，獲取測(cè)試終端與基站之間的5G測(cè)量值往返時(shí)延（RTT，Round-Trip Time），最后構(gòu)建觀測(cè)方程并采用最小二乘法求解得到基站的坐標(biāo)位置。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能有效獲得隱藏安裝場(chǎng)景中基站的準(zhǔn)確位置。

關(guān)鍵詞：5G基站；坐標(biāo)定位；隱藏安裝；用戶測(cè)量；最小二乘法

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.007

中圖分類號(hào)：TN 929.53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）09-00-03

Research on 5G Base Station Coordinate Positioning Technology Based on Reverse User Measurement

PENG Dongliang1， HUANG He2， SUN Jingfeng2

（1. Guangzhou Metro Group Co.， Ltd.， Guangzhou 510000， China; 2. ZTE CORPORATION， Shenzhen518000， China）

Abstract： This paper proposes a reverse positioning method for base stations to address the issue of inaccurate positioning of target users due to inaccurate location surveys in hidden installation scenarios. This method sends multiple 5G measurements to pRRU through the testing terminal to obtain the 5G measurement value RTT between the testing terminal and pRRU. Finally， the observation equation is constructed and the coordinate position of pRRU is solved using the least squares method. The experimental results show that this method can effectively obtain the accurate position of base stations in hidden installation scenarios.

Keywords： 5G base station; coordinate positioning; hidden installation; user measurement; least square method

0 引言

在運(yùn)用基站進(jìn)行5G目標(biāo)用戶定位時(shí)，采用的定位算法都需要預(yù)先獲取到5G基站的位置信息[1，2]，以基站的坐標(biāo)為基準(zhǔn)，運(yùn)用測(cè)量值進(jìn)行解算[3]，才能獲取目標(biāo)的位置，當(dāng)基站的位置工勘不準(zhǔn)確時(shí)，基站的誤差通過(guò)解算方程轉(zhuǎn)移到目標(biāo)上[4]，因此基站坐標(biāo)的測(cè)量準(zhǔn)確十分重要。

采用傳統(tǒng)的測(cè)繪手段，在基站隱藏安裝的場(chǎng)景無(wú)法解決此問(wèn)題，并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪要求較高，不方便操作。布置室內(nèi)遠(yuǎn)端射頻單元（PRRU，Pico Remote Radio Unit）時(shí)，往往存在裝修物品的干擾和裝修誤差，如原設(shè)計(jì)方案的地方存在其他故障物如燈、空調(diào)管道、光纖等其他線纜，因此基站的實(shí)際安裝位置必然與原設(shè)計(jì)位置存在位置誤差，以設(shè)計(jì)位置作為基站工參必然導(dǎo)致后續(xù)的基站位置服務(wù)功能出現(xiàn)較大的誤差。因此需要通過(guò)測(cè)試設(shè)備反向定位基站的位置信息。

本文針對(duì)基站隱藏安裝場(chǎng)景位置工勘不準(zhǔn)確、定位目標(biāo)用戶精度不高的問(wèn)題，提出了一種反向定位基站的方法。

1 基于反向用戶測(cè)量的5G基站坐標(biāo)定位

在5G標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中，基站可以使用multi-AOA、UTDOA、OTDOA、multi-RTT等定位方法[5，6，7]，結(jié)合SRS（Sounding Reference Signal）和PRS（Positioning Reference Signal）等獲得AOA、Ta、RTT等測(cè)量值[8，9，10，11]以計(jì)算目標(biāo)的位置信息。

本文提出將目標(biāo)用戶等同于基站，將基站等效為目標(biāo)用戶，通過(guò)測(cè)試終端向基站發(fā)起多次5G測(cè)量，獲取測(cè)試終端與基站之間的5G測(cè)量值（包括RTOA和/或RTT），最后構(gòu)建觀測(cè)方程并采用最小二乘法求解得到基站的坐標(biāo)位置[12]。下面將以RTT值為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，具體流程如圖1所示。

1.1 反向用戶測(cè)量

通過(guò)向基站發(fā)送SRS信號(hào)，并接收基站返回的PRS信號(hào)，確定該暗裝基站所在的區(qū)域。

對(duì)于暗裝的基站，在待定位的基站場(chǎng)景中通過(guò)slam機(jī)器人搭載測(cè)試終端進(jìn)行全場(chǎng)遍歷運(yùn)動(dòng)。測(cè)試終端向基站發(fā)送SRS信號(hào)并接收基站反饋的PRS信號(hào)，根據(jù)PRS信號(hào)的衰減參數(shù)RSRP確定信號(hào)衰減功率最大的區(qū)域，該區(qū)域即為暗裝基站的所在區(qū)域。在此區(qū)域中，slam機(jī)器人搭載測(cè)試終端繼續(xù)移動(dòng)，測(cè)試終端在障礙物較少的各測(cè)試點(diǎn)位上繼續(xù)向暗裝基站發(fā)送SRS信號(hào)。

1.2 獲取5G測(cè)量值RTT

獲取測(cè)試終端與基站之間的5G測(cè)量值RTT的主要步驟如下：

（1）獲取測(cè)試終端發(fā)送測(cè)試信號(hào)時(shí)的位置坐標(biāo)。

（2）獲取測(cè)試終端反饋的第二時(shí)間，第二時(shí)間為測(cè)試終端接收到基站發(fā)送的PRS信號(hào)的時(shí)間。

（3）根據(jù)測(cè)試終端和基站的時(shí)間戳，將同一測(cè)試批次的測(cè)試終端的坐標(biāo)位置與第二時(shí)間進(jìn)行匹配。其中，可以采用mec的邊緣計(jì)算模塊進(jìn)行匹配。

（4）將第二時(shí)間減去測(cè)試終端發(fā)出SRS信號(hào)的時(shí)間，獲得RTT。例如，為次測(cè)量的測(cè)試終端向pRRU發(fā)送SRS信號(hào)并接收到基站反饋的PRS信號(hào)的時(shí)間。

1.3 構(gòu)建觀測(cè)方程獲得基站的坐標(biāo)位置

根據(jù)RTT獲得測(cè)試終端與基站的距離，將RTT及測(cè)試終端與目標(biāo)基站的距離r代入到線性方程中，構(gòu)建空間球體相交圖（如圖2所示），通過(guò)最小二乘法對(duì)方程進(jìn)行求解，可獲得該暗裝基站的坐標(biāo)位置信息（如圖3所示）。

設(shè)基準(zhǔn)基站位置信息為，第二基站位置信息為，第三基站位置信息為…第基站位置信息為；某一求解的暗裝基站位置信息為。

根據(jù)RTT計(jì)算測(cè)試終端與目標(biāo)基站的距離r：

（1）

式中，為光速。

根據(jù)距離r計(jì)算目標(biāo)基站的位置信息：

…

（2）

構(gòu)建線性方程，將從目標(biāo)基站的位置信息方程（2）中第二組方程起后續(xù)各組方程與第一組方程相互作差后：

…

（3）

對(duì)方程（3）作形式變換：

…

（4）

采用最小二乘法構(gòu)造矩陣，對(duì)線性方程（4）進(jìn)行求解，獲得本區(qū)域中該暗裝基站的坐標(biāo)位置。

當(dāng)時(shí)，構(gòu)建最小二乘法的求解計(jì)算參數(shù)矩陣信息：

通過(guò)矩陣A和B計(jì)算求解上述的，，：

（5）

即可獲得本區(qū)域內(nèi)該暗裝基站的坐標(biāo)位置。

2 試驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的反向定位算法的定位精度，選取了一個(gè)車庫(kù)環(huán)境在不同的測(cè)量誤差的情況下進(jìn)行利用用戶信息反向定位基站位置信息的實(shí)驗(yàn)。其中，設(shè)置用戶到基站的測(cè)量誤差（UBME）為1～6 ns情況下驗(yàn)證定位精度，待定位的目標(biāo)為PRRU的位置信息，通過(guò)slam100激光雷達(dá)記錄用戶位置信息（包含用戶到PRRU間的RTT測(cè)量報(bào)告信息）；同一個(gè)誤差碼，以誤差值為均值的高斯噪聲序列作為測(cè)量誤差進(jìn)行了1 000次重復(fù)試驗(yàn)，通過(guò)Matlab軟件進(jìn)行仿真，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在同一用戶到基站的測(cè)量誤差情況下，概率精度在67%的定位誤差小于概率精度在99%的測(cè)量誤差；在同一概率精度條件下，用戶到基站的測(cè)量誤差越小定位精度越高；本文提出的方法能實(shí)現(xiàn)分米級(jí)的基站反向準(zhǔn)確定位。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于反向用戶測(cè)量的基站定位方法，通過(guò)測(cè)試終端向基站發(fā)起多次5G測(cè)量，獲取測(cè)試終端與基站之間的5G測(cè)量值RTT，最后構(gòu)建觀測(cè)方程并采用最小二乘法求解得到基站的坐標(biāo)位置。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能有效獲得隱藏安裝場(chǎng)景中基站的準(zhǔn)確位置，有利于解決基站位置工勘不準(zhǔn)確導(dǎo)致定位目標(biāo)用戶精度不高的問(wèn)題。

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