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基于5G/NB-Iot簇节点信息融合的NB终端高精度定位算法研究

俱伟  
【摘要】:在经济全球化的大背景下,催生了物流业,并不断向规模化、专业化及智慧化发展。高精度定位技术便是智慧物流所依赖的核心技术之一。基于物联需求的高精度定位技术,即物联网覆盖范围内的物体所需要的高精度定位技术,不仅可以应用于智能物流环节中的仓储管理、货物堆积管理、集装箱管理、货物配送和实时追踪等,还可以应用于灾难救援、社会公共环境和财务的监管、智能交通及大型船舶里面的人员管理等,随着物联网的发展,产生了用于传感和控制的大量连接要求。然而,在无线定位中,窄带物联网(NB-Iot)的定位精度较差,采用了cell-ID的定位方法。第五代移动通信系统(5G)和NB-Iot网络的进一步集成有望有效提高NB-Iot网络的定位精度。因此,用于融合网络研究的高精度定位算法具有广阔的应用前景和学术意义。为了提高NB-Iot的定位精度,本文提出在5G和NB-Iot异构定位框架的基础上,引入多个簇节点,它们具有与5G和NB-Iot网络同时通信的功能。NB-Iot网络中的信号带宽较窄,时钟同步难以实现,因此只能考虑基于DOA(到达方向)的定位原理和基于RSSI(接收信号强度)信息的指纹定位原理。在本文中,首先使用5G根据TDOA(到达时间差)的原理对簇节点进行高精度定位。然后基于解空间(x±ε_x,y±ε_y),根据DOA和基于RSSI信息的指纹定位融合算法,NB-Iot终端借助簇节点完成定位。该方法有助于减少匹配时间,并提高依赖单一DOA/RSSI定位原理方法的准确性。同时,在考虑簇节点定位误差的情况下,对融合网络全局定位算法的误差进行分析,本文提出基于TDOA定位误差的k-means算法,可以获得更高精度的NB-Iot网络定位结果。与单纯的NB-Iot网络定位性能相比,所提出方法的NB-Iot终端的最终定位精度可以提高约75%。本文通过对于窄带物联网定位的研究,结合引入簇节点的5G/NB-Iot融合框架,理论上可以提高物联网终端的定位精度达到10米级,为实际应用中NB-Iot的高精度定位提供了理论借鉴。


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