[發明專利]一種NB-IoT終端定位系統及方法

有效

• 申請號: 202010540158.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111669703B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 蔣定順;劉暢;王新紅;劉富強
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W56/00;H04W64/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 盧泓宇

本發明提供一種NB?IoT終端定位系統及方法，用于對NB?IoT終端進行定位，其特征在于，包括：至少一個NB?IoT終端，包括應用處理器以及調制解調器；NB?IoT網絡，包括多個NB?IoT基站，每個NB?IoT基站的網絡信號覆蓋形成多個小區；以及云服務器，與NB?IoT網絡有線連接，其中，云服務器包括基站信息存儲單元、數據解壓縮單元、時延估計單元、終端定位計算單元以及定位輸出單元，該云服務器根據調制解調器采集的OFDM符號進行時延估計，同時獲得不同小區與服務小區之間的時延估計差RSTD，進而利用時延估計差、基站位置信息以及基站同步時間差等計算出終端位置的經度/緯度以及置信度信息作為NB?IoT終端的終端位置信息，最終將該終端位置信息進行輸出。

技術領域

本發明屬于物聯網定位技術領域，具體涉及一種NB-IoT終端定位系統及方法。

背景技術

隨著第五代移動通信技術(5G)和人工智能技術的發展，越來越多的設備需要連接入網。2020年開啟5G全球大規模商用和中國的“新基建”，萬物互聯網絡——物聯網(Internet-of-Things,IoT)時代即將到來。當前，物聯網已經應用在城市管理、交通管理、倉儲物流、能源電力等領域，廣泛涉及到國民經濟和社會生活的各個方面。根據GSMA在2019年發布的全球物聯網市場報告，到2025年全球物聯網連接數達到250億，其市場規模將達到1.1萬億美元。

物聯網主要傳輸的是數據。隨著物聯網的不斷發展與應用場景的多元化，既有傳統的物聯網無線通信技術無法滿足物聯網的發展需求。物聯網應用業務驅動無線通信技術向兩個方向發展：一是高速率低時延應用業務驅動著無線通信技術向5G的高速率低時延方向發展，例如自動駕駛、遠程醫療等；二是中低速應用業務驅動著無線通信技術向低功耗廣覆蓋網絡(Low-Power-Wide-Area Network，LPWAN)技術發展，例如智能抄表、智能路燈等。當前主流的LPWAN技術包括非3GPP主導的LoRa和Sigfox，以及3GPP主導的蜂窩IoT，包括eMTC和NB-IoT等。NB-IoT技術具有低功耗、低成本、廣覆蓋以及大連接等優勢，并且使用授權頻段，對于無線傳輸質量、數據安全都有更高的保障，再加上可直接在運營商的現有網絡部署上直接升級，從而備受各國電信運營商所支持，包括中國移動、中國電信等。

2016年6月窄帶物聯網NB-IoT首次出現在3GPP Release 13標準協議中。如果采用GPS來進行NB-IoT終端定位，導致NB-IoT終端功耗高，待機時間短，無法達到NB-IoT終端待機要求，另外在城市峽谷、隧道、室內等場景下，GPS定位出現無法工作情況。2017年3GPPRelease 14標準協議引入了NB-IoT終端利用NB-IoT網絡來進行定位功能，加速了3GPP窄帶物聯網NB-IoT的生態發展。雖然3GPP標準協議中并未設定定位精度，但NB-IoT在室內室外應用場景中期望的定位精度為50米。相比較于LTE，NB-IoT的系統帶寬只有180kHz，其可用的頻域資源受限，設備復雜度降低，但對NB-IoT定位提出了挑戰，因為定位精度與系統的頻譜分辨率相關。3GPP標準NB-IoT協議定義的定位方法只有三種：增強型小區標識ECID，下行到達時間差OTDOA和上行到達時間差UTDOA。基于時間測量項的下行OTDOA和上行UTDOA比基于信號強度測量項的ECID的定位精度高。而上行UTDOA存在上行干擾特別是在海量接入數量情況下，上行UTDOA的定位性能不如下行OTDOA，也就是說下行OTDOA更加適合于像NB-IoT網絡這樣大規模接入的應用場景。

下行OTDOA是測量來自多個基站的下行窄帶定位參考信號NPRS以實現NB-IoT終端的定位。一般終端采用的OTDOA算法時延估計主要有兩類，一類是采用相關峰的峰均比與設定的門限相比較，得到首徑的位置，此方法存在多徑環境和非視距NLOS場景下無法設定統一或動態的門限，導致首徑估計誤差大；另一類是采用時延干擾消除的方法，獲得首徑的位置。如果UE獲得高精度定位，可以采用更高復雜度的算法來進行時延估計，例如MUSIC算法或ESPIRIT算法。在定位算法可以使用擴展Kalman濾波方法，以進一步提高定位精度。然而，NB-IoT終端因為極低的功耗要求和極低的終端計算算力，使得這些技術的使用受到很大的限制。