夜雨聆风
【MATLAB源码】5G-A:PRS、SRS 高精度定位仿真算法
📡 5G NR PRS/SRS 高精度定位仿真平台
基于 3GPP Rel-16/17 标准的全链路 SISO/MIMO 定位系统零依赖架构 (Zero-Dependency) + 工业级 TDOA 解算 +高清可视化
📌 为什么选择本平台？
在工业互联网 (IIoT) 和自动驾驶等场景中，传统 GNSS 在室内或遮挡区失效，而基于 Wi-Fi/Bluetooth 的定位精度（3-5米）无法满足工业级控制需求。本平台基于 5G NR 物理层协议 (TS 38.211)，完整复现了 PRS/SRS 导频机制，提供了从信号生成到位置解算的一站式科研解决方案。
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🎯 核心价值
🔬 学术科研价值
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💼 工程应用价值
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⚡ 技术亮点
🌊 信号处理流程图 (Signal Flow)
graph LR A[配置生成] --> B[PRS/SRS 序列] B --> C[资源映射 (RE Map)] C --> D[OFDM 调制 (IFFT+CP)] D --> E[MIMO 信道 (TDL)] E --> F[TOA 盲检测 (CFAR)] F --> G[TDOA 解算 (Taylor)] G --> H[高精度坐标]📊 实测性能指标 (Performance KPI)
基于
main_prs_simulation.m(40MHz 带宽, SNR=20dB)
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| Urban Micro |
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2.16 m |
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| Industrial IoT |
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1.85 m |
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| Rural Macro |
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🖥️ 运行环境
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MATLAB 版本: R2021b 或更高 (推荐 R2023b 以获得最佳绘图效果) -
依赖工具箱: 无 (Base MATLAB 即可运行！)
📁 项目结构
5G-NR-Positioning/├── 核心脚本 (Main Scripts)│ ├── main_positioning.m # 旗舰演示：全流程 TDOA 定位可视化│ ├── main_prs_simulation.m # 性能仿真：下行 PRS 链路│ └── main_srs_simulation.m # 上行仿真：SRS MIMO 链路│├── 算法内核 (Core Algorithms)│ ├── estimateTOA.m # 盲检测：互相关 + CFAR 首径搜索│ ├── solverTDOA_LS.m # 解算器：Taylor 迭代 + 正则化抗奇异│ └── calculateRSTD.m # 工具：RSTD 差分测量│├── 物理层组件 (PHY Utils)│ ├── generatePRS.m # 3GPP TS 38.211 Gold 序列│ ├── generateSRS.m # Zadoff-Chu CAZAC 序列│ └── mapResources.m # 3D 时频资源映射器│├── 可视化组件 (Visualization)│ ├── plotPositioningScene.m # TDOA 双曲线几何视图│ └── plotCorrelogram.m # 信道相关谱诊断图│└── 文档 (Docs) ├── 算法文档.md # 5000字理论白皮书 (含 CRLB 推导) └── 代码文档.md # API 开发手册💻 核心代码展示
🔥 泰勒级数迭代解算 (solverTDOA_LS.m)
functionx = solverTDOA_LS(sensorPos, rstd)% 核心逻辑：非线性双曲线方程组的线性化求解% 特性：引入 Tikhonov 正则化解决矩阵奇异问题% 1. 雅可比矩阵构建 (方向余弦差) H = [(x-x_n)/d_n - (x-x_1)/d_1, (y-y_n)/d_n - (y-y_1)/d_1];% 2. 正则化最小二乘 (Regularized LS)% lambda 为正则化系数，防止 GDOP 恶化时解飞越 delta_x = (H'*H + lambda*eye(2)) \ (H' * residual);% 3. 步长饱和控制if norm(delta_x) > maxStep delta_x = delta_x / norm(delta_x) * maxStep;endend🌟 3GPP 资源映射 (mapResources.m)
functiongrid = mapResources(carrier, signal, config)% 像素级复刻 TS 38.211 RE 映射规则% 支持多天线端口 (Antenna Ports) 维度扩展% 计算梳状索引 (Comb Structure) k_indices = config.RBOffset*12 + config.CombSize*(0:M-1) + k_offset;% 填充 3D 网格 [Subcarriers x Symbols x Antennas] grid(k_indices, l_symbol, p_port) = signal;end📸 仿真结果演示
🛒 获取方式
📚 参考文献
[1] 3GPP TS 38.211 V17.4.0, “NR; Physical channels and modulation.”[2] 3GPP TS 38.305, “Stage 2 functional specification of UE positioning in NG-RAN.”
