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5G室内定位

系统概述

5G室内定位系统基于LW-B210软件无线电平台搭建,采用自发自收闭环架构,由3台LW-B210射频收发节点、工控机(笔记本电脑)、OctoClock‑LW‑G时钟源及配套天线组成。

系统可通过选配时钟源统一输出10MHz频率参考与PPS时间同步信号,分发至3台LW-B210设备,实现多节点高精度时钟同步;每台LW-B210通过USB 3.0独立接入一台工控机,由多机协同完成类5G NR定位参考信号/自定义宽带OFDM信号生成、同步收发控制、IQ数据实时采集及信号分析、TDOA/指纹定位算法验证、轨迹显示与实验数据存储。

LW-B210支持2Tx/2Rx、70MHz–6GHz频率覆盖、单通道最大约56MHz实时带宽,具备外部10MHz与PPS同步接口,适配小规模5G室内定位原型验证与科研实验场景;整套平台可稳定输出CSI、RSSI、TOA/TDOA等关键观测量,支持定位算法开发与性能验证,具备良好的扩展性与二次开发能力。

硬件组成

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系统连接拓扑

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(1)CLK和PPS触发的连接

OctoClock‑LW‑G时钟源为选配组件,可提供8路10MHz时钟信号与8路PPS同步信号。TOA/TDOA定位需严格同步,建议配置。将时钟源的10MHz输出接至LW-B210的REF IN端口,PPS OUT接至PPS IN端口,实现多设备高精度时间同步。

(2)射频的连接

每台LW-B210设备支持两个接收通道和两个发射通道,各射频通道通过射频线缆连接到天线。

(3)数据的连接

各SDR设备通过USB 3.0接口将基带数据传输至对应工控机,完成数据交互与实时处理。

软件架构

本系统软件采用分层模块化架构设计,基于UHD驱动实现硬件控制,具体分为以下七层:

1.  UHD设备控制层:设备枚举、外部时钟配置、收发流初始化、多设备启停统一调度

2.  5G NR信号生成层:生成5G NR定位参考信号、自定义 OFDM 宽带定位波形

3.  同步控制层:PPS 边沿收发触发、跨设备时序校准、同步状态实时监测

4.  IQ数据采集层:多路同步 IQ 采样、缓冲区防丢包、原始数据本地存储

5.  实时频谱与相关峰显示层:FFT频谱分析、时域互相关峰值检测、实时波形展示

6. 信道特征提取层:解析 RSSI、RSRP、CSI幅度相位、TOA/TDOA 定位观测量

7.  定位算法层:指纹匹配、TDOA双曲线求解、坐标滤波、轨迹绘制输出

定位模式

(1)指纹定位模式

指纹定位模式下,两个B210作为发射节点,一个B210作为接收节点。

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推荐提取的定位特征包括但不限于:RSSI/RSRP、CSI幅度与相位、SNR

(2)TDOA定位模式

TDOA模式下,一个B210作为发射节点,其余两个B210作为同步接收节点。

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系统通过相关峰检测实现到达时间估计,并进一步计算各接收节点之间的到达时间差。

TDOA核心关系:

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规格参数

本系统依托LW-B210软件无线电设备实现5G信号收发,主要技术指标如下:

(1)定位系统覆盖范围20*20米;

单基站静态定位精度优于2米(67%概率);

可验证单基站定位方法以及多基站定位方法;

支持机器学习等定位算法;

(2)提供二次开发接口;

支持基于5G信号CSI和RSSI等的室内定位和感知算法开发;

(3)可输出信道状态信息(CSI)、信号强度标识(RSSI)、信号到达时间或时间差(TOA/TDOA)等观测量。

系统特点与应用方向

--支持指纹定位与TDOA定位

--支持多设备同步采集

--支持实时IQ数据录制

--支持CSI等信道特征分析

--适用于5G室内定位科研验证

--具备后续扩展更多SDR节点的能力

该系统适用于5G室内定位、无线信道建模、CSI感知、轨迹跟踪、高精度同步采集以及AI定位算法验证等科研方向。

配置清单

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