基于反向用户测量的5G基站坐标定位技术研究

摘要：该文针对基站隐藏安装场景位置工勘不准确导致定位目标用户定位精度不高的问题，提出了一种反向定位基站的方法。该方法通过测试终端向基站发起多次5G（5th Generation）测量，获取测试终端与基站之间的5G测量值往返时延（RTT，Round-Trip Time），最后构建观测方程并采用最小二乘法求解得到基站的坐标位置。试验结果表明，该方法能有效获得隐藏安装场景中基站的准确位置。

关键词：5G基站；坐标定位；隐藏安装；用户测量；最小二乘法

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.007

中图分类号：TN 929.53 文献标志码：A 文章编码：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

在运用基站进行5G目标用户定位时，采用的定位算法都需要预先获取到5G基站的位置信息[1，2]，以基站的坐标为基准，运用测量值进行解算[3]，才能获取目标的位置，当基站的位置工勘不准确时，基站的误差通过解算方程转移到目标上[4]，因此基站坐标的测量准确十分重要。

采用传统的测绘手段，在基站隐藏安装的场景无法解决此问题，并且对现场测绘要求较高，不方便操作。布置室内远端射频单元（PRRU，Pico Remote Radio Unit）时，往往存在装修物品的干扰和装修误差，如原设计方案的地方存在其他故障物如灯、空调管道、光纤等其他线缆，因此基站的实际安装位置必然与原设计位置存在位置误差，以设计位置作为基站工参必然导致后续的基站位置服务功能出现较大的误差。因此需要通过测试设备反向定位基站的位置信息。

本文针对基站隐藏安装场景位置工勘不准确、定位目标用户精度不高的问题，提出了一种反向定位基站的方法。

1 基于反向用户测量的5G基站坐标定位

在5G标准协议中，基站可以使用multi-AOA、UTDOA、OTDOA、multi-RTT等定位方法[5，6，7]，结合SRS（Sounding Reference Signal）和PRS（Positioning Reference Signal）等获得AOA、Ta、RTT等测量值[8，9，10，11]以计算目标的位置信息。

本文提出将目标用户等同于基站，将基站等效为目标用户，通过测试终端向基站发起多次5G测量，获取测试终端与基站之间的5G测量值（包括RTOA和/或RTT），最后构建观测方程并采用最小二乘法求解得到基站的坐标位置[12]。下面将以RTT值为例进行详细说明，具体流程如图1所示。

1.1 反向用户测量

通过向基站发送SRS信号，并接收基站返回的PRS信号，确定该暗装基站所在的区域。

对于暗装的基站，在待定位的基站场景中通过slam机器人搭载测试终端进行全场遍历运动。测试终端向基站发送SRS信号并接收基站反馈的PRS信号，根据PRS信号的衰减参数RSRP确定信号衰减功率最大的区域，该区域即为暗装基站的所在区域。在此区域中，slam机器人搭载测试终端继续移动，测试终端在障碍物较少的各测试点位上继续向暗装基站发送SRS信号。

1.2 获取5G测量值RTT

获取测试终端与基站之间的5G测量值RTT的主要步骤如下：

（1）获取测试终端发送测试信号时的位置坐标。

（2）获取测试终端反馈的第二时间，第二时间为测试终端接收到基站发送的PRS信号的时间。

（3）根据测试终端和基站的时间戳，将同一测试批次的测试终端的坐标位置与第二时间进行匹配。其中，可以采用mec的边缘计算模块进行匹配。

（4）将第二时间减去测试终端发出SRS信号的时间，获得RTT。例如，为次测量的测试终端向pRRU发送SRS信号并接收到基站反馈的PRS信号的时间。

1.3 构建观测方程获得基站的坐标位置

根据RTT获得测试终端与基站的距离，将RTT及测试终端与目标基站的距离r代入到线性方程中，构建空间球体相交图（如图2所示），通过最小二乘法对方程进行求解，可获得该暗装基站的坐标位置信息（如图3所示）。

设基准基站位置信息为，第二基站位置信息为，第三基站位置信息为…第基站位置信息为；某一求解的暗装基站位置信息为。

根据RTT计算测试终端与目标基站的距离r：

（1）

式中，为光速。

根据距离r计算目标基站的位置信息：

…

（2）

构建线性方程，将从目标基站的位置信息方程（2）中第二组方程起后续各组方程与第一组方程相互作差后：

…

（3）

对方程（3）作形式变换：

…

（4）

采用最小二乘法构造矩阵，对线性方程（4）进行求解，获得本区域中该暗装基站的坐标位置。

当时，构建最小二乘法的求解计算参数矩阵信息：

通过矩阵A和B计算求解上述的，，：

（5）

即可获得本区域内该暗装基站的坐标位置。

bbd36bd2a485ef6b97c9fa9e4b16c39e

2 试验结果

为了验证本文设计的反向定位算法的定位精度，选取了一个车库环境在不同的测量误差的情况下进行利用用户信息反向定位基站位置信息的实验。其中，设置用户到基站的测量误差（UBME）为1～6 ns情况下验证定位精度，待定位的目标为PRRU的位置信息，通过slam100激光雷达记录用户位置信息（包含用户到PRRU间的RTT测量报告信息）；同一个误差码，以误差值为均值的高斯噪声序列作为测量误差进行了1 000次重复试验，通过Matlab软件进行仿真，统计结果如表1所示。

实验结果表明，在同一用户到基站的测量误差情况下，概率精度在67%的定位误差小于概率精度在99%的测量误差；在同一概率精度条件下，用户到基站的测量误差越小定位精度越高；本文提出的方法能实现分米级的基站反向准确定位。

3 结束语

本文提出了一种基于反向用户测量的基站定位方法，通过测试终端向基站发起多次5G测量，获取测试终端与基站之间的5G测量值RTT，最后构建观测方程并采用最小二乘法求解得到基站的坐标位置。通过试验结果表明，该方法能有效获得隐藏安装场景中基站的准确位置，有利于解决基站位置工勘不准确导致定位目标用户精度不高的问题。

参考文献

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