一种5G通信侦控定位方法及系统与流程

一种5g通信侦控定位方法及系统
技术领域
1.本发明涉及侦控定位技术领域，特别是涉及一种5g通信侦控定位方法及系统。


背景技术：

2.由于5g安全体系架构由4g的对称密钥变更为pki架构保护，采用了运营商公钥和证书的机制，传统的国际用户识别码(international mobile subscriberidentity，简称imsi)捕获机制将失效，同时随着《通用数据保护条例》(generaldataprotection regulation，简称gdpr)的实施，用户信息的捕获将更加困难，这对侦控定位技术如何在5g场景下实现对用户终端的准确定位提出了新的挑战。


技术实现要素：

3.为了应对定位基站在5g场景下所面临的挑战，实现对用户终端的准确、快速定位，本发明提供了一种5g通信侦控定位系统。
4.为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：
5.一种5g通信侦控定位方法，包括以下步骤：
6.步骤一：将原驻留在5g宏网小区的目标用户终端吸引并驻留到便携式的定位设备的5g小区上；
7.步骤二：建立所述目标用户终端与5g定位基站的rrc连接；
8.步骤三：采集所述目标用户终端的supi；
9.步骤四：在所述5g定位基站获知所述目标用户终端的supi后，所述5g 定位基站允许所述目标用户终端发起随机接入流程，所述5g定位基站通过所述随机接入流程确定所述目标用户终端认可的最佳下行发送粗波束；
10.步骤五：保持所述5g定位基站与所述目标用户终端的连接，并且所述5g 定位基站要求所述目标用户终端测量并上报在所述最佳下行发送粗波束下的信道或者信号的第一强度，根据所述第一强度判断所述目标用户终端相对于所述 5g定位基站的第一距离，实现粗定位；
11.步骤六：在所述最佳下行发送粗波束的方向角范围内，所述5g定位基站还配置多个细波束到所述目标用户终端，并要求所述目标用户终端测量并上报这些所述细波束的信道或者信号的第二强度，根据所述第二强度判断所述目标用户终端相对于所述5g定位基站的第二距离，进而根据所述细波束的波束角和所述第二距离实现精定位；
12.步骤七：所述5g定位基站触发所述定位设备的上行发送，得到相应信道或者信号的第三强度，根据所述第三强度判断所述定位设备相对于所述5g定位基站的第三距离，通过多次测量不同位置下的第三强度，将所述第三距离逐次逼近所述第二距离，最终实现对所述目标用户终端的定位。
13.相应地，本发明还提出一种5g通信侦控定位系统，该系统包括5g定位基站和便携式的定位设备，所述5g定位基站和所述定位设备采用如上所述的5g 通信侦控定位方法对
目标用户终端进行定位。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
15.本发明所提出的5g通信侦控定位方法及系统通过将目标用户终端驻留在定位设备的5g小区上，并建立目标用户终端与5g定位基站的rrc连接以及获取目标用户终端的supi，利用波束赋形技术实现对目标用户终端的粗定位和精定位，最后利用定位设备逐次逼近的方式实现对目标用户终端进行最终的定位，定位精度可达1米以内，具有定位精度高、速度快的优点，特别适用于工作中对用户终端的定位需求，为在5g场景下实现对用户终端的准确定位提供了一种高效的定位方法及系统。
附图说明
16.图1为本发明的一种5g通信侦控定位方法的流程图；
17.图2为本发明中rrc设置请求连接示意图；
18.图3为本发明中rrc重建请求连接示意图；
19.图4为本发明中rrc恢复请求连接示意图；
20.图5为本发明中suci交互图；
21.图6为本发明的一种5g通信侦控定位系统的结构示意图。
具体实施方式
22.本发明所提出的一种5g通信侦控定位方法及系统分别在快速用户捕获和准确信号定位两方面进行技术突破，实现了对用户终端的准确、快速定位。下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
23.在其中一个实施例中，如图1所示，本发明提供一种5g通信侦控定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
24.步骤一(s1)：将原驻留在5g宏网小区的目标用户终端吸引并驻留到便携式的定位设备的5g小区上；
25.步骤二(s2)：建立目标用户终端与5g定位基站的rrc连接；
26.步骤三(s3)：采集目标用户终端的supi；
27.步骤四(s4)：在5g定位基站获知目标用户终端的supi后，5g定位基站允许目标用户终端发起随机接入流程，5g定位基站通过随机接入流程确定目标用户终端认可的最佳下行发送粗波束；
28.步骤五(s5)：保持5g定位基站与目标用户终端的连接，并且5g定位基站要求目标用户终端测量并上报在最佳下行发送粗波束下的信道或者信号的第一强度，根据第一强度判断目标用户终端相对于5g定位基站的第一距离，实现粗定位；
29.步骤六(s6)：在最佳下行发送粗波束的方向角范围内，5g定位基站还配置多个细波束到目标用户终端，并要求目标用户终端测量并上报这些细波束的信道或者信号的第二强度，根据第二强度判断目标用户终端相对于5g定位基站的第二距离，进而根据细波束的波束角和第二距离实现精定位；
30.步骤七(s7)：5g定位基站触发定位设备的上行发送，得到相应信道或者信号的第三强度，根据第三强度判断定位设备相对于5g定位基站的第三距离，通过多次测量不同位
置下的第三强度，将第三距离逐次逼近第二距离，最终实现对目标用户终端的定位。
31.具体地，快速多用户捕获方案分为诱导技术和电子围栏技术两部分。
32.诱导技术，即将原驻留在5g宏网小区的目标用户终端(user equipment， ue)吸引并驻留到便携式的定位设备上，并以一定的目的发起无线资源控制层 (radio resource control，rrc)连接，以便进行后续的信息采集、定位等操作。
33.终端驻留过程具体包括以下步骤：
34.步骤一一：通过定位设备自带的扫网功能获取目标用户终端原驻留的5g宏网小区的信息，信息包括频点、扰码、时隙格式、邻频信息、plmn id、tac 和rac等；在本步骤中，也可以通过工程机、路测设备等设备来获取目标用户终端原驻留的5g宏网小区的信息；
35.步骤一二：通过gps或者定位设备自带的扫网功能对定位设备的5g小区和目标用户终端原驻留的5g宏网小区进行同步；
36.步骤一三：为定位设备的5g小区选择合适的频点、扰码、时隙格式、信道及信号参数、plmn id、tac和rac，完成目标用户终端在定位设备的5g小区上的驻留。选择5g宏网小区广播的5g邻频中合适的频点作为定位设备的5g 小区频点。选择合适的小区选择参数，能够保证终端在较弱信号下也能优先驻留到定位设备的5g小区。为定位设备的5g小区选择合适的扰码、时隙格式以及一些信道和信号参数，避免引入对5g宏网小区的干扰。依据定位设备的用途，设置合适的plmn id、tac以及rac。可以支持广播多个plmn id和多个tac。
37.在建立目标用户终端与5g定位基站的rrc连接时，目标用户终端根据驻留到定位设备的5g小区之前的状态发送相应的请求至5g定位基站，具体分为三种情况：
38.1)在驻留到定位设备的5g小区之前，目标用户终端处于空闲(idle)状态。如果定位设备的5g小区的tac与该终端注册的5g宏网小区不同，那么目标用户终端将发送rrc设置请求(rrc setup request)至5g定位基站，5g定位基站反馈rrc设置信令(rrc setup)至目标用户终端，后续完成rrc连接建立(rcc setup complete)，如图2所示。
39.2)在驻留到定位设备的5g小区之前，目标用户终端处于连接(connect) 状态。这种状态下，一般都是终端在宏网小区发生了异常，比如宏网小区的信号较弱，或者受到的强干扰等。此时完成驻留后的目标用户终端发送rrc重建请求(rrc reestablishment request)至5g定位基站，5g定位基站反馈rrc 设置信令(rrc setup)至目标用户终端，后续完成rrc连接建立(rcc setupcomplete)，如图3所示。
40.3)在驻留到定位设备的5g小区之前，目标用户终端处于不活跃 (inactive)状态。如果定位设备的5g小区的rac与该终端驻留的5g宏网小区不同，那么目标用户终端将发送rrc恢复请求(rrc resume request)至 5g定位基站，后续完成rrc连接建立(rcc setup complete)，如图4所示。
41.在完成诱导目标用户终端驻留到定位设备后，接下来需要采集目标用户终端的信息，包括imsi、imei等，在5g技术中，引入了supi和suci等概念，因此需要获取目标用户终端的imsi或者supi，以使得5g定位基站允许目标用户终端发起随机接入流程，从而实现侦控定位。
42.在5g中，引入了新的终端永久识别号(subscription permanent identifier， supi)以及隐藏识别号(subscription concealed identifier，suci)，它们共同完成了gsm/3g/lte制式中imsi的功能。supi保存在运营商数据库和终端的sim 卡或存储空间，其
可以采用现有imsi的形式，也可以采用nai(username: password)的形式。suci则是由supi通过运营商规定的加密算法获得的。截至当前冻结的标准状态，共定义了三种加密算法：空算法，此时suci就是supi；椭圆曲线集成加密算法(ecies)profilea；椭圆曲线集成加密算法(ecies) profile b。profilea和profile b仅在加密算法中某些参数不同，加密的方案是相同的。
43.通过对标准进行分析可知，标准为了降低终端身份被窃取的概率，supi不能在空口传输，所以当5g定位基站希望获知终端的supi时，就通过发送nasidentity request，要求目标用户终端反馈suci。目标用户终端收到这个请求后，计算获得suci，将suci反馈给5g定位基站的核心网接入和移动性管理功能 (coreaccess andmobilitymanagementfunction，amf)，如图5所示。
44.运营商会分配给目标用户终端{supi，加密算法，公钥}，同时自身保存有 {supi，加密算法，私钥}。当目标用户终端需要生成suci时，每次生成suci 时终端都会新生成一套公钥/私钥，参与suci的计算，因此，目标用户终端每次计算的suci值都不同。需要注意的是，目标用户终端每次新生成的suci有 60秒的生存周期，在此期间目标用户终端在identity response中反馈相同的 suci，5g定位基站收到suci后，解译出supi，从而最终获知目标用户终端。
45.5g标准中运营商给目标用户终端分配{supi，加密算法，公钥}，可以有两种方式：
46.1)写到sim卡：需要使用新的sim卡；
47.2)写到目标用户终端的存储空间：此时该类数据作为应用数据通过空口传输。
48.从当前标准分析，在supi的形式上，考虑到gsm/lte会和5g并存多年，当前的supi主要以imsi为主，因此采集目标用户终端的supi的方案按照5g 内采集和4g内采集两套方案进行，其中4g内采集是指目标用户终端首先被吸引到定位设备的5g小区，然后使其切换到4g进行采集。
49.在5g内采集supi时，通过identity流程，可以获得suci。假如运营商采用了空算法，或者线下方案可以由suci得到supi，那么就可以直接在5g内采集终端的supi(也就是imsi)，即通过nas identity request/identity response 消息交互获得。
50.在4g内采集supi时，在5g连接中，终端只能切换或重定向到4g，不能到其他制式，4g内采集有两种实现思路：1)目标用户终端与5g定位基站连接后，完成注册并建立业务承载，然后5g定位基站发送切换命令，将目标用户终端强制到4g基站，并维持连接；4g基站通过4g nas identity request/identityresponse获得imsi，即得到目标用户终端的supi；2)5g定位基站设置与周围宏网5g基站相同的tac，目标用户终端与5g定位基站连接后，目标用户终端向5g定位基站发起注册请求(registration request)，5g定位基站发送注册拒绝(registration reject)消息至目标用户终端，使得该tac下所有5g基站都被禁止接入；然后目标用户终端重新选择连接到4g基站，通过4g nas identityrequest/identity response获得imsi，即得到目标用户终端的supi。
51.在5g定位基站获知目标用户终端的supi后，接下来对目标用户终端进行准确信号定位。
52.5g定位基站维持与目标用户终端的连接，并测量目标用户终端的上行信道质量，或目标用户终端上报的下行信道质量；定位设备的上行信道质量。5g引入了物理层的下行
信道测量结果上报，以及波束赋形，为定位提供了更多的手段和更好的精度。
53.5g标准在更多的物理信道和物理信号上采用了波束赋形，并且引入了下行波束管理流程p1/p2/p3和上行波束管理流程u1/u2/u3，其中u
x
与p
x
(x＝1，2，3) 一一对应。
54.p1：基站下行发送粗波束和终端下行接收波束配对
55.p2：基站下行发送细波束和终端下行接收波束配对
56.p3：终端下行接收波束调正
57.粗波束可以是ssb或csi
‑
rs，细波束一般都是csi
‑
rs。
58.ssb是最常用的粗波束。每个ssb突发(ssb burst)持续5ms，包含多个 ssb。每个ssb使用不同的发送波束。在3ghz以下，每个ssb burst最多包括 4个ssb；3ghz～6ghz，最多包括8个ssb；6ghz以上，最多包括64个ssb。
59.5g基站在sib1中广播了randomaccess preamble的时频资源和ssb发送波束的映射表。
60.当目标用户终端驻留到5g小区，准备发起注册流程时，首先会执行随机接入流程。在第1步终端选择randomaccess preamble的时频资源时，需要由它已测量的最佳的ssb发送波束和映射表来决定。5g定位基站检测到randomaccess preamble后，就可以由映射表获得终端认可的最佳的下行发送波束，后续下行数据发送都以此下行发送波束为准，这是最初始的p1过程。后续调整下行发送波束，需要重新发起p1过程或p2过程。5g定位基站通过随机接入流程确定了目标用户终端认可的最佳下行发送粗波束，在连接过程中，可以通过p2/p3流程完成波束细调。
61.5g定位基站在该最佳下行发送粗波束的方向角范围内，发送多个csi
‑
rs 信号，这些csi
‑
rs信号在覆盖范围上尽量不重叠，然后要求终端发起测量，并通过物理层信令上报这些csi
‑
rs的参考信号接收功率(reference signalreceiving power，rsrp)，5g定位基站就可以得到终端认可的最佳细波束。在调细过程中，p2/p3过程是并行完成的，即如果终端能力允许，下行接收波束也可以调细，从而提高接收性能。
62.终端设备受限于尺寸以及多天线干扰，天线数一般不超过4个，大多为2 天线。终端测量目标可以是下行信号，结合终端的物理层测量结果上报，或上行信号，结合基站的物理层测量结果上报。
63.通过目标用户终端的初始随机接入过程，5g定位基站可以获知目标用户终端认可的最佳下行发送粗波束(ssb)。然后5g定位基站与目标用户终端完成 rrc连接，并通过一定的策略保持基站与终端的连接。在此基础上，5g定位基站可以要求目标用户终端测量并上报在该最佳下行发送粗波束(ssb)下的信道或者信号的第一强度，根据第一强度就可以得到相应的rsrp，从而可以判断出目标用户终端相对于5g定位基站的第一距离，实现粗定位。
64.5g定位基站在该最佳下行发送粗波束的方向角范围内，同时可以配置多个细波束(采用csi
‑
rs资源)到目标用户终端，要求目标用户终端测量并上报这些细波束的信道或者信号的第二强度。通过终端的测量，根据第二强度就可以得到这些细波束上的rsrp。由于细波束的强度相较粗波束更大，因此可以获得更好的定位精度。另外细波束的波束角可以帮助定位获得更好的方向性，根据细波束的波束角和第二距离实现精定位。
65.终端完成连接建立后，5g定位基站通过发送一些数据来保持与目标用户终端的连接，同时触发定位设备的上行发送，得到相应的pucch、pusch或者 srs等的第三强度，就可
以得到相应的rsrp，从而根据第三强度判断定位设备相对于5g定位基站的第三距离。通过多次测量不同位置下的第三强度，将第三距离逐次逼近第二距离，最终实现对目标用户终端的定位。
66.本实施例所提出的5g通信侦控定位方法通过将目标用户终端驻留在定位设备的5g小区上，并建立目标用户终端与5g定位基站的rrc连接以及获取目标用户终端的supi，利用波束赋形技术实现对目标用户终端的粗定位和精定位，最后利用定位设备逐次逼近的方式实现对目标用户终端进行最终的定位，定位精度可达1米以内，具有定位精度高、速度快的优点，特别适用于工作中对用户终端的定位需求，为在5g场景下实现对用户终端的准确定位提供了一种高效的定位方法。
67.在另一个实施例中，如图6所示，本发明还提供了一种5g通信侦控定位系统，该系统包括5g定位基站100和便携式的定位设备200，其中，5g定位基站100分别与定位设备200和目标用户终端300保持连接，5g定位基站100和定位设备200采用前述实施例所述的5g通信侦控定位方法对目标用户终端300 进行定位，此处不再赘述。
68.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
69.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。