全球导航卫星系统（GNSS）在定位方面取得了巨大成功，可以在室外开阔地带达到分米级定位精度（刘经南，2011）。但由于GNSS信号弱，无法覆盖室内，难以形成有效定位。现有室内定位的研究主要集中在WiFi、蓝牙、超宽带、地磁、声音等方面。虽然各有优点，但适合移动终端，具备高可用、开机即得的室内定位仍然存有很大的挑战性，亟待突破（陈锐志等，2017）。
随着5G技术的发展，5G蜂窝网络已在全球范围内大规模部署（GSMA，2023）。 5G新信号通过引入天线阵列、波束赋形和全频谱接入等新技术，为高精度无线定位的发展提供了新潜力，受到了业界和学术界的广泛关注（陈亮等，2022）。现有5G定位方案主要分为基于几何定位和基于指纹定位的方法。其中，基于几何定位的方法主要包括测距、测角及混合定位方法。但由于室内空间拓扑复杂、信号传输复杂等因素的限制，几何定位方法易受多径影响，在实际场景中定位误差大。此外，典型室内场景中可同时接收的5G基站数量常常少于3个，这也限制了几何定位方法的应用。

基于指纹定位的方法主要可观测量包括信道状态信息 (CSI) 和参考信号接收功率 (RSRP)。在最新的研究中，Hi-Loc和 iPos-5G（阮焱林等，2022）使用单波束 5G 信号进行了基于CSI的定位，但 CSI 处理和定位计算复杂、能耗高限制了该方法在面向大众用户的手持终端和可穿戴等设备上的应用。相比之下，RSRP 可以通过低成本硬件快速获取，在实际应用中可用性更高。然而，现有工作主要集中在室外以及毫米波仿真场景（陈亮等，2022），而针对实际室内场景的定位尚待进一步研究。

本文考虑在仅有5G单基站的典型室内场景，针对商用 sub-6 GHz 频段中真实的 5G 信号，利用5G 多波束，分析了其空间分布特性，开展了室内定位创新研究，开发了一种基于5G多波束的室内定位方案，进一步研发了一套基于软件无线电的5G定位原型系统。通过多波束同步信号块（SSB）检测、导频提取等步骤，获取多波束SSB的RSRP和参考信号接收质量（RSRQ）的观测值，利用RSRP/RSRQ构建多波束指纹数据库，并引入CatBoost算法处理指纹特征，加速指纹匹配效率，提高室内定位精度。

为了评估所开发的定位原型系统在真实5G商用环境中的定位性能，我们在装配了单个5G基站的典型办公场景中进行了室内现场测试。结果表明，通过利用5G新空口多波束的优势，即使在只有一个基站的条件下，通过所提方法，也能取得1.08米的定位精度，与仅使用单波束信号相比，定位性能提高 48%。测试证明了使用多波束特性能够有效提升5G的定位性能，为室内单基站场景中的 5G定位提供了一种低成本、高精度的定位方案。
 

5G,室内定位