北斗+5G-通感融合赋能时空位置服务白皮书.pdf

1“北斗北斗+5G+5G”通感融合通感融合赋能时空位置服务赋能时空位置服务白皮书白皮书（20232023年）年）广东省通信学会广东省通信学会广东省通信学会北斗广东省通信学会北斗+5G+5G专业委员会专业委员会3“北斗北斗+5G+5G”通感融合赋能时空位置服务白皮书通感融合赋能时空位置服务白皮书编写委员会编写委员会 指导指导单位：单位：广东省通信学会 主编单位：主编单位：中国电信股份有限公司广东分公司中国电信股份有限公司研究院中国电信股份有限公司广东亿迅科技有限公司北京邮电大学广东省电信规划设计院有限公司 参编单位：参编单位：华为技术有限公司中兴通讯股份有限公司大唐移动通信设备有限公司高德软件有限公司小米科技有限责任公司北京四维图新科技股份有限公司千寻位置网络有限公司北京六分科技有限公司4广东赛宝新天地科技有限公司广东省建筑科学研究院 专家组专家组：李进、刘志军、黄云飞、鲁娜、李成、王建秀、曾杰、邓中亮、胡恩文、肖群力、曾沂粲、涂进、林宁 编写组编写组：梁力维、麦磊鑫、吴棋焕、彭家骏、杨世敬、吕园、谢卓罡、庞涛、邱斌、郭开远、李俊、叶蔼笙、汪博文、刘胜楠、谢瞻远、司志伟、朱剑驰、蒋峥、林祥通、张天圆、刘京融、张智超、丁振柯、刘炳勋、曾俊健、陈涛、方兴、邓勇、苏卓文、李紫阳，韩营、刘峻宁、贺黎滔、张博、胡磊国、刘兆元5前前言言在这个信息化、网络化、智能化的时代，时空信息、定位导航服务已经成为重要的新型基础设施，综合时空体系将向更加泛在、更加融合、更加智能的方向快速迈进。基于新型综合时空体系的时空位置服务将更深入地融进我国的经济生产和社会活动中，是广大人民群众高质量生活的基本保障要素，是现代城市高效率运行与管理的重要保障手段，更是支撑数字经济发展的核心基础能力。近年来，我国自主研发的“北斗”卫星定位导航系统已经实现了全球服务。然而，在城市峡谷和室内场景，卫星信号受阻挡或者无法接收卫星信号，服务受阻，卫星、差分站等基础网络无法满足所有场景定位授时需求。而 5G 具有室内室外全场景覆盖、通信+位置服务一体化的能力，是卫星定位服务的很好的补充，可以实现天地一体、室内室外无缝覆盖、通信和定位一体化的能力。未来，通感融合将是 5GA/6G 必备特征之一。通过一体化空口信号和多样化感知设计，在通信的同时，具备距离、速度、角度等感知新能力，从而构建成本低、性能优、无缝泛在的通感一体网络，成为支撑数字经济的核心通用能力。本白皮书基于对这些探索的总结和思考上编制。中国电信与合作伙伴开展深度合作，研究北斗+5G 高可信智能时空网体系，研发综合时空服务平台，并开展大众规模化应用。通过北斗+5G 通感一体的融合时空位置技术，构建时空网服务体系；面向大众规模应用，提供差异化服务能力，并作为基础设施能力底座促进经济社会发展。“上下四方曰宇，古往今来曰宙”，我们生活的世界叫宇,宇是空间概念,过去和当今还有未来叫宙,宙是时间概念。空间和时间加在一起就是我们生活的天地。我是谁，我在哪里，我将往哪里去，浩瀚宇宙无非时空，6时空位置服务亦即探索宇宙之旅。北斗领航，5G 辅之，探索旅程必定更加行稳致远。在更为广阔的数字经济发展空间中，北斗+5G 通感融合将助力社会各行业实现数字化转型，提高效率、降低成本，为全球数字经济的繁荣做出积极贡献。7目目录录一.背景.91.1.时空位置服务概念与需求.91.2.北斗发展现状.101.3.5G 定位发展现状.111.4.北斗和 5G 的融合定位发展现状.12二.问题与挑战.142.1.北斗与 5G 体系融合的挑战.142.2.室外室内一张网的挑战.152.3.从定位服务到智能感知.16三.北斗+5G 通感融合体系及关键技术.173.1.四层四域时空定位服务融合体系架构.173.2.北斗+5G 融合定位服务关键技术.203.2.1.5G 高精度定位与授时技术.223.2.2.北斗/5G 智能融合增强定位技术.253.2.3.端侧自主完好性监测与评估技术.273.3.5GA 通感一体化关键技术.293.3.1.通感一体系统网络架构演进.293.3.2.通感一体无线关键技术.323.3.3.通感一体标准化工作.35四.典型案例.394.1.基于通感融合技术赋能低空经济的应用(ToG、ToB).404.2.基于北斗+5G 融合定位的智慧港口应用(ToG).464.3.基于北斗+5G 融合定位的道路态势感知应用(ToG).474.4.基于北斗+5G 融合定位的智慧园区应用（ToB）.504.5.基于北斗+5G 联合定位的智能检测车应用(ToB).524.6.基于北斗+5G 融合的车道级导航应用(ToC).544.7.基于北斗+5G 融合定位的家人关爱应用(ToC).55五.北斗+5G 产业发展建议.575.1.产业布局建议.575.2.基础设施的规划建议.585.3.突破关键核心技术的建议.585.4.产业链体系的发展建议.59六.总结展望.598英文缩略词表缩写英文全称中文全称AoAAngle of Arrival到达角度测距APIApplication Programming Interface应用程序编程接口BIBusiness Intelligence商业智能D2DDevice to Device CommunicationD2D 通信E-CIDEnhanced Cell-ID增强单元 IDFMCWFrequency Modulated ContinuousWave Radar调频连续波GNSSGlobal Navigation Satellite System全球卫星导航系统GPSGlobal Positioning System全球定位系统IMUInertial Measurement Unit惯性测量单元KPIKey Performance Indicator关键性能指标LPHAPLow Power High Accuracy Positioning低功耗高精度定位MECMobile Edge Computing移动边缘运算NFVNetwork Functions Virtualization网络功能虚拟化OTDOAObserved Time Difference of Arrival可观察到达时间差分OFDMOrthogonal Frequency DivisionMultiplexing正交频分复用技术OTFSOrthogonal Time Frequency Space正交时频空调制PNTPositing、Navigating、Timing定位、导航、授时体系QoSQuality of Service服务质量RTKReal-time kinematic载波相位差分技术SFSensing Function感知网元SLAService Level Agreement服务级别协议SLSidelink直通链路SDKSoftware Development Kit软件开发工具包SULSupplementary Uplink上行补充频谱UWBUltra Wide Band超宽带技术UTDOAUplink Time Difference of Arrival上行到达时间差定位V2XVehicle to Everything车联万物3GPP3rd Generation PartnershipProject第三代合作伙伴计划9一一.背景背景1.1.1.1.时空位置服务概念与需求时空位置服务概念与需求时空位置服务是一种利用全球卫星定位系统、5G 定位和其他技术（如惯性导航、多传感器融合等），来确定目标的位置和时间等信息，并将这些信息通过通信网络传输给用户的服务。这种服务具有高精度、高可靠、高可用、高安全的特点，被广泛应用于智能交通、智慧城市、物联网、智能制造等领域，成为现代社会发展的重要支撑之一。时空位置服务可以分为基础时空信息服务和基于位置信息的综合信息服务。前者包括高精度定位、导航和授时服务，以及大地测量数据的获取、处理和管理等；后者则将时空位置信息与其他信息整合，提供各种基于位置的综合信息服务，如智能交通、智慧工业、智慧物流等。时空位置信息是一切智能规划、决策、管理的基础，北斗全球卫星导航系统作为时空信息基础设施，其应用可以通过跨界融合，赋予其他行业、其他技术精准的时间和位置能力，成为实现区域，甚至全球智能规划、决策和协同控制的基础性技术。时空位置服务可以为经济社会发展提供强有力的支撑，可以促进信息技术与各行各业的深度融合，推动信息化和数字化转型，提升社会效率，促进经济发展。为了推动时空位置服务的可持续发展，我国政府已经发布了一系列具体的政策措施。中华人民共和国卫星导航条例旨在规范卫星导航活动，促进卫星导航事业的发展；国家卫10星导航产业中长期发展规划则明确了卫星导航产业的发展目标、重点任务和政策措施，为卫星导航产业的发展提供了指导和支持。此外，“十四五”现代综合交通运输体系发展规划也将高精度定位、导航和授时服务纳入其中，以推动交通运输领域的应用和发展。政策的制定和实施也体现了我国政府对时空位置服务的高度重视和支持，为产业的可持续发展提供了强有力的保障。政策的实施将进一步促进时空位置服务的发展和创新，为我国经济社会发展做出更大的贡献。2022 年我国时空位置服务产业总体产值达到 5007 亿元人民币，较 2021 年增长 6.76。其中，包括与卫星导航技术研发和应用直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的核心产业产值同比增长 5.05，达到 1527 亿元人民币，在总体产值中占比为 30.50。由时空位置服务所衍生带动形成的关联产值同比增长 7.54，达到 3480 亿元人民币，在总体产值中占比达到69.50。在我国 5007 亿元人民币总体产值中，珠三角地区产值占总产值的比重达 20.5%。2023 中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书指出，2022 年北斗应用总体规模仍在稳步提升，推进机制得到进一步健全，基础设施愈加完善，标准化建设取得新进展，检测认证体系日益强化，重点领域也在持续发力，国际合作实现稳步发展。北斗规模化应用正在全面开启市场化、产业化和国际化发展的新篇章。1.2.1.2.北斗发展现状北斗发展现状北斗三号开通以来，系统运行连续稳定可靠，服务性能世界一流，11实现全球定位精度优于 5 米。在产业化发展方面，“行业北斗”蓬勃发展，时空信息业务需求已经深入许多行业最基层的业务环节。北斗大众应用服务正步入快车道，近两年销售的智能手机的北斗功能渗透率接近 100，高精度定位服务功能也已进入智能手机。在国际化方面，北斗系统已获得民航、海事、应急搜救等国际组织的认可，北斗国际应用进一步拓展和深化，海外的认知度和影响力正不断提升。面向未来，我国将建设技术更先进、功能更强大、服务更优质的北斗系统，建成更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系，提供高弹性、高智能、高精度、高安全的定位导航授时服务，更好惠及民生福祉、服务社会发展进步。1.3.1.3.5G5G 定位发展现状定位发展现状全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）是定位技术的典范，但局限于室外场景。在蜂窝网络标准方面，5G 无线定位已经在第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）进行了数个 Release 的标准化工作。3GPP Rel-15 NR 定义了 NR 定位协议 A（NRPPA），在 Rel-16 阶段开始研究基于 NR 的定位技术，定义新的定位参考信号和终端/基站（UE/gNB）测量，更新定位的信令协议和过程。定位技术作为典型的感知技术，是支撑未来通感融合的基础技术。5G 能够为室内场景带来高精度定位，比拟 GNSS 的室外定位精度。5G 在定位方面，有高载频、大带宽、多天线、D2D 通讯（Device to Device Communication）、高网络密12度五大优势。3GPP Rel-16 协议于 2020 年中首次将定位能力引入到5G 网络标准，除传统的 E-CID（Enhanced Cell-ID）、OTDOA（Observed Time Difference of Arrival）和 UTDOA（Uplink Time Difference of Arrival）等外，5G 定位结合大带宽和多天线特性，进一步支持了 multi-RTT、UL-AoA、DL-AoD、LPHAP(Low Power High Accuracy Positioning)、Sidelink 定位、载波相位定位、带宽聚合定位等多种定位技术。经过数个版本的不断演进，定位目标精度从 Rel-16 版本的米级向 Rel-18 的分米级持续增强。Rel-16 版本要求商业应用的定位需求，水平方向定位精度室内小于 3 米80%，室外小于 10 米80%，垂直方向定位精度小于 3 米，到 Rel-17 版本，普通商业场景 90%用户的水平和垂直定位精度分别小于 1 米和 3 米，在工业物联网场景，水平和垂直定位精度分别小于 0.2 米和 1 米90%。在Rel-18 版本，基于直通链路（Sidelink，SL）定位，在 V2X（Vehicle to Everything）场景中，Set A 的水平定位精度为 1.5 米，垂直定位精度 3 米，Set B 的水平定位精度为 0.5 米，垂直定位精度 2 米；在 IIoT 场景中，Set A 的水平定位精度为 1 米，垂直定位精度 1 米，Set B 的水平定位精度为 0.2 米，垂直定位精度 0.2 米；同时，定义了低能力等级终端（RedCap UE）定位，Rel-18 RedCap UE 的水平和垂直定位需求分别是 1 米90%和 3 米90%。1.4.1.4.北斗和北斗和 5G5G 的融合定位发展现状的融合定位发展现状北斗和 5G 是时空位置服务的核心，具有天然的互补性。国务院13发布的新时代的中国北斗白皮书，提出北斗发展新愿景是建成更加泛在、融合、智能的综合时空体系，提供高弹性、高智能、高精度、高安全的定位导航授时（Positioning、Navigating、Timing，PNT）服务。白皮书指出，北斗系统为 2G、3G、4G、5G 移动通信系统和终端使用北斗网络辅助定位和高精度定位功能提供重要支持，更好服务全球用户与相关行业发展。国资委发布的中央企业北斗发展三年行动计划（2021-2023 年），要求推进北斗与 5G 融合应用，建立基于北斗+5G 融合通信能力平台和高精度融合定位能力平台，提供室内外一体化的高精度定位服务。在北斗和 5G 融合定位中，5G 技术的差分通道传输发挥着关键作用，为北斗系统提供了更加准确和稳定的位置信息。首先，差分通道传输技术通过消除信号传输过程中的常见误差，如大气层的影响、信号传播路径的不确定性等，提高了北斗系统的定位精度。其次，北斗系统中的卫星信号在传输过程中会受到多种干扰，这些干扰的实时性和频率可能较高。5G 技术的高速传输和低时延特性使得北斗系统可以更及时地获取并响应这些干扰，从而更加迅速地进行差分修正，提高了定位系统的动态性能。此外，5G 的大规模设备连接特性也为差分通道传输提供了更好的支持。通过连接大量的终端设备，可以实现更广泛区域内的数据采集和误差监测，使得差分通道传输技术的修正更加全面和精准，进而获得一个全面修正的定位信息，为北斗系统的性能提升提供了强有力的支持。145G 网络已广泛应用北斗系统。根据 2022 年中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书，在移动通信领域，北斗系统可支持 4G/5G基站时钟同步和同步网设备时钟同步，支撑 5G 网络的低时延要求；同时在 5G 网络，5G 基站同步部署 GNSS 接收机，支撑开展北斗高精度应用。二二.问题与挑战问题与挑战2.1.2.1.北斗与北斗与 5G5G 体系融合的挑战体系融合的挑战北斗卫星导航系统与 5G 移动通信网络的融合面临着一系列任务，其主要挑战包括：（1）为克服北斗卫星导航系统和 5G 移动通信网络的精度和覆盖范围差异化问题，确保在各种环境下都能提供高精度的时空服务，亟需解决北斗+5G 的海量数据的同步、校准和融合问题，以提供一致而准确的时空信息。为克服北斗卫星导航系统和 5G 移动通信网络的精度和覆盖范围差异化问题，确保在各种环境下都能提供高精度的时空服务，亟须解决北斗+5G 的海量数据的同步、校准和融合问题，以提供一致而准确的时空信息。（2）亟需制定北斗+5G 融合体系标准与架构，参与行业联盟和标准化组织，与相关机构和企业合作，制定技术规范、数据格式和接口协议等统一标准，以满足不同系统之间的互通性和互操作性，推动北斗卫星导航系统与 5G 移动通信网络的有机融合。15（3）要深度挖掘室内外融合定位及应用，着力突破室内外无缝定位技术，大力挖掘室内外融合应用场景，这将极大拓展时空应用的范围，真正实现时空服务的泛在、融合与智能。（4）在推动北斗卫星导航系统与 5G 移动通信网络的融合过程中，产业合作起着至关重要的作用，亟需促进各领域的合作与协同创新，建立合作机制和开放平台，打破壁垒，实现资源共享与优势互补，推动技术的发展与应用。2.2.2.2.室外室内一张网的挑战室外室内一张网的挑战随着卫星定位与移动通信网络技术的发展，基于位置的服务需求与日俱增，然而在 PNT 标准化方案尚未落地的室内、地下、隧道、城市峡谷等复杂遮挡场景中，服务存在“最后一公里”的空缺，构建无缝 PNT 系统已成为当前亟待满足的关键技术需求。现有的广域无缝 PNT 技术在准确性、连续性与可用性方面仍然存在“本体能力不足、融合层次不深、评估检验不严密”等突出问题，其主要挑战包括：（1）环境差异室内和室外环境具有显著的差异，包括信号传播特性、建筑结构、地形等。这些差异会导致定位算法在室内和室外环境中的表现不同。因此，需要设计适应不同环境的定位算法，能够在室内和室外环境中都能提供准确的定位。16（2）异构传感器数据关联与匹配室内和室外定位系统通常使用不同类型的传感器，如 GPS（Global Positioning System）、IMU（Inertial Measurement Unit）、Wi-Fi、蓝牙等。将这些异构传感器集成到一张网络中需要解决数据融合和传感器校准的问题，以确保数据的一致性和准确性。（3）安全和隐私在合并室内和室外定位网络时，需要考虑数据的安全和隐私保护。定位数据可能包含个人敏感信息，如位置轨迹和身份信息。因此，必须采取适当的安全措施来保护数据的机密性和完整性。综上所述，将室内和室外定位网络合并成一张网络需要解决传感器集成、环境差异、多路径干扰、数据关联、管理和维护、安全和隐私等挑战。这需要综合考虑定位算法、传感器选择、数据融合技术和系统架构等多个方面，并进行适当的算法设计和系统工程。2.3.2.3.从定位服务到智能感知从定位服务到智能感知蜂窝网络定位技术在业务需求和技术增强两个层面都存在向通感一体化演进的强烈驱动力。随着信息技术和社会形态的发展，生产生活中涌现出了一些传统定位功能无法满足的新业务需求，如低空经济中非协作无人机的监管问题；另外，现有蜂窝网络中定位相对于通信独立存在，而二者在系统架构、信道特征、信号处理等方面存在高度的相似性，一体化设计有利于通信和感知能力的双提升。通感与定17位在目标特性和业务形态方面显著有别：现有协议中，定位目标均为授权终端，定位伴随信息交互，而感知目标可以为非授权的，不必信息交互；感知除定位外，还包括成像、模式识别等更丰富的业务。未来低空无人机经济有望成为通感一体化的关键应用场景，需求上，多地区积极布局低空网络基础设施建设，无人机市场将进一步拓宽；技术上，蜂窝网络在提供广域连续覆盖和组网协同监控上具备天然优势，其他技术无法替代。然而，蜂窝网络在向通感一体化网络演进过程也面临诸多挑战，包括通感物理层设计中波形设计、通感资源分配、干扰消除和管理问题；网络架构中感知网元设计、信令交互设计等；此外，还有尤为重要的通感信道建模问题。总之，通感一体化是进一步提升网络位置服务能力的必由路径，同时面临技术挑战。三三.北斗北斗+5G+5G 通感融合体系及关键技术通感融合体系及关键技术3.1.3.1.四层四域时空定位服务融合体系架构四层四域时空定位服务融合体系架构围绕海量大众用户差异化的时空服务需求，着眼建立更加泛在、更加融合、更加智能的综合 PNT 体系，建立北斗卫星导航系统、5G移动通信网络及北斗差分地基增强系统的融合体系架构，通过北斗与移动通信网、差分站网等在信号、信息层面的双层融合，建立“北斗主外，5G 主内”的室内外无缝 PNT 服务总体架构体系。北斗与 5G、差分站网的深度融合体系着重考虑北斗卫星导航系统全遮挡环境（室内、地下、隧道等）下的 PNT 能力补充、半遮挡（城18市峡谷等）与开阔环境下的融合 PNT 能力增强。为此，在全遮挡环境下着力发展基于 5G 的 PNT 能力，并由北斗卫星导航系统提供时空基准；在半遮挡及开阔环境下重点研究北斗卫星导航系统与 5G 的融合增强技术；利用移动通信网络的双向链路优势，建立位置服务质量保障体系，发展具备闭环验证能力的 PNT 服务。图 3-1北斗、5G、差分站网融合体系架构针对现有时空网中，GNSS（北斗卫星/差分站）、移动通信基站等时空网基础设施资源不统一，其能力、接口规范、服务机制等方面各有不同的现状，参考网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization,NFV）的理念进行基础资源融合，通过统一平台接口实现PNT 使能封装。基于更加泛在、更加融合、更加智能、更加安全的时空服务理念，设计“四层四域”的时空服务体系架构，面向海量数据大并发场景，提升时空服务体系的稳定性和可靠性，实现用户透明 PNT 服务能力。19图 3-2高可信时空信息服务体系从逻辑视图角度，架构划分为基础设施域、能力服务域、安全保护域、运营管理域。基础设施域建立和维护可靠的物理终端和网络基础设施域，推动融合定位授时终端规模应用，统一多种 PNT 网络基础。能力服务域整合基础设施域的资源，提供 PNT 能力，面向大众用户、行业用户规模应用落地。运营管理域采用端到端融合理念，对北斗/差分能力、5G 定位能力、授时能力等不同能力进行调度、融合、管理，形成统一的调度策略，实现时空网的能力管理和运营，为多场景用户的差异化需求提供融合 PNT 服务能力以及服务级别协议（Service Level Agreement,SLA）的管理。安全保护域基于云网端高精度时空信息保护技术框架，实现全生命周期的自主可控安全保护体系，实现平台安全保护。从空间视图角度，架构划分成终端设备层、基础网络层、能力使能层、业务服务层。针对现有终端设备无法实现融合定位网络接入的问题，基于 5G 高精度定位授时技术框架和北斗与 5G 通导融合的技术框架，推动 5G 基站和北斗差分基准站的有机融合。通过使用多种开20源技术和标准协议，推动实现能力模块自动化按需部署和可移植的高可用服务；通过能力组件、定位服务、API(Application Programming Interface)等方式，构建 PNT 综合服务平台，实现定位授时能力使能，面向大众的 PNT 应用，提供差异化服务能力。通过“四层四域”的高可信时空网服务体系架构，采用统一的综合时空服务平台，整合现有的定位基础资源，充分发挥 GNSS 卫星导航、移动通信网的 PNT 能力优势，实现更加泛在、更加融合、更加智能、更加安全的时空服务体系，促进定位导航产业化和位置服务的商业化。推动高可信时空网在大众用户的规模化应用，实现关键重点行业的深化应用。3.2.3.2.北斗北斗+5G+5G 融合定位服务关键技术融合定位服务关键技术5G 移动通信网络已完成 R16、R17 的定位标准制定，正在研究 R18 标准，已具备米级定位能力和亚米级定位潜力，其定位信号可覆盖室内外、地下、隧道、城市峡谷等环境，可成为北斗卫星导航系统全遮挡环境下的补充、半遮挡与开阔环境下的融合增强手段。在融合定位过程中，需要满足高精度、高可靠、高可用、高安全的要求。（1）高精度:借助北斗卫星和 5G 基站提供的定位信号,将 5G 载波相位高精度测距与北斗卫星定位能力相结合,在室内外环境实现高精度位置服务。（2）高可靠:在复杂环境下实现连续稳定可靠定位的能力，具备21系统鲁棒性、数据完整性、异常处理能力和可靠性验证与监测等特点，在导航系统不能用于导航时为用户提供及时、有效告警信息，满足关键应用领域对于定位服务高可靠性的需求，为用户提供可靠的服务和保障。（3）高可用:充分挖掘北斗卫星导航系统和 5G 移动通信网络的定位能力，将两者的定位结果进行同步、校准和融合。同时，根据用户需求、环境条件和通信条件进行判决，实现北斗+5G 的异构网络切换。最后，5G 与北斗形成多层信号覆盖，保障 5G 小区与卫星信号空间组合覆盖率达99.9%以上，支撑在不同场景下提供稳定的定位服务。（4）高安全:5G 网络与北斗卫星进行端到端加密传输，设计信号安全机制有效防止欺骗信号干扰。5G 和北斗可以采取多项措施共同验证终端权限,实现从源到端的定位导航服务安全性保障。然而，无线信号传播情况具有不定性、受环境影响大、衰减大、多径效应影响严重的特点，北斗/5G 混构网同步误差大，且异质多源融合模型稀缺，现有完好性评估指标之间相互孤立、缺乏体系。针对大众用户 PNT 服务连续性与可用性差等技术瓶颈，构建网络异构、数据异质融合增强定位与可信度评估模型，突破 5G 载波相位测量、载波聚合等定位技术，提出多场景约束的多源信息弹性融合定位函数模型、北斗+5G 智能融合鲁棒定位、基于机器学习的自主完好性监测技术与 PNT 可信度评估方法，开展全空域全时域北斗+5G 融合定位技术验证，实现室内厘米级定位、北斗+5G 高精度定位与授时，形成泛在、22融合、可信的 PNT 技术能力，为面向海量大众用户的差异化可信定位服务提供重要支撑。3.2.1.3.2.1.5G5G 高精度定位与授时技术高精度定位与授时技术5G 高精度定位与授时技术主要从信道模型构建、非视距识别与抑制、5G 载波相位与载波聚合角度出发，支撑亚米级定位精度指标。技术路线如下：（1）构建基于机器学习的信道模型构建，利用无线多径/非视距识别与抑制技术，减少非视距误差对定位的影响。（2）基于 5G 载波相位高精度定位与非连续多频大带宽载波聚合技术，利用模糊固定算法和多频聚合技术，实现 5G 定位信号高精度测量。（3）基于 5G 网络授时技术，通过融合网络授时技术、5G 空口授时技术，为高精度定位提供授时支撑。23图 3-3 5G 高精度定位与授时技术路线3.2.1.1.3.2.1.1.信道建模与多径信道建模与多径/非视距识别与抑制技术非视距识别与抑制技术应用场景中提出的增强型移动宽带、高可靠低时延及海量机器通信三大典型应用场景，载波带宽、基站数目、设备密度以及天线数量的激增，使所需测量的数据量和维度迅速增加，从而导致数据的爆炸式增长，在获取、存储和处理大量数据的过程中给传统的信道参数估计以及信道建模方法带来了很大的挑战。针对信道建模的准确性、计算复杂度和数据量等问题，分析网络模型对 5G 信道建模的影响，进而选择最优模型用于 5G 信道模型的构建。在模型建立的基础上，对不同信号特征进行甄别，提出采用分类模型进行非视距类型智能识别的方法进行非视距识别与弱直达径非视距误差抑制算法，进而准确识别与抑制非视距误差，减少非视距误差对定位的影响。3.2.1.2.3.2.1.2.5G5G 载波相位高精度定位与非连续多频带大带宽载波相位高精度定位与非连续多频带大带宽载波聚合技术载波聚合技术北斗卫星可以利用接收到的码和相位两种观测信息，而载波相位的精度要明显高于码观测的精度，因而载波相位测量是高精定位应用的重要途径。但载波相位测量过程中，相位观测值实际上还包含一个固定的整周未知参数（整周模糊度），分析 5G 载波相位高精度测距模糊度产生原理，利用模糊固定算法，实现 5G 定位信号高精度测量；24分析5G定位信号定位原理，利用载波聚合技术扩展5G定位信号带宽，提升 5G 信号时域分辨精度与抗多径能力，结合基站几何构型分布，尽可能少的频谱资源的前提下，研制一种多波段测距信号，使用较少的信号频带测距，降低了时延估计和载波相位估计的计算复杂度，共同支撑实现 5G 亚米级的定位能力。3.2.1.3.3.2.1.3.5G5G 网络授时技术网络授时技术授时服务主要是为终端提供服务，实现数据信息和精确时间信息在服务平台上的共网传输，支持定位终端利用 5G 授时网络提供高精度授时服务。B 端（行业）业务中通信基站的切换、漫游需要精准的时间控制，对授时精度的要求高，也需要足够的稳定性，业务内容包括电网设备、交通调度、地理测绘、防震减灾、气象监测等各个领域；C 端（个人）业务面向个人用户提供手机、电脑、互联网等授时服务，将北斗时间信号传递给需要时间信息的用户，业务内容包括高精度时间获取、定位测试、金融贸易等领域。通过融合多种技术，实现数据信息和精确时间信息在服务平台上的共网传输。时空网综合服务平台能够支持定位终端利用 5G 网络提供的高精度定位授时服务，赋能“静态后处理毫米级定位服务”、“差分定位 CORS 定位服务”、“高精度地图服务”等应用，助力智慧城市、智慧农业、智慧港口、智能车联网等行业应用。253.2.2.3.2.2.北斗北斗/5G/5G 智能融合增强定位技术智能融合增强定位技术北斗卫星导航系统与 5G 移动通信网的智能融合将能实现相互增强，提高服务质量，形成室内外无缝定位导航能力。异质多源信息融合可构建多源融合分层定位模型，实现数据融合互补增强；同源异构观测信息筛选方法评估优选多尺度、多类型的观测数据，实现北斗/5G 异构观测数据的评估优选与定位能力增强；基于机器学习的终端差异化高可用定位技术，提升差异化网络环境下异构融合定位鲁棒性。技术路线如图所示：图 3-4 北斗/5G 智能融合增强定位技术路线3.2.2.1.3.2.2.1.异质多源信息融合分层定位模型异质多源信息融合分层定位模型智能移动终端的普及大大拓宽了位置服务的应用场景，单一的定位手段在复杂环境下易出现信息缺失导致定位精度差甚至无法定位。虽然终端传感器种类繁多、定位信息多样，但是信息精度与定位能力26各异，难以提供高精度高可用的定位信息，迫切需要多场景、多源信息融合的高精度定位模型。异质多源信息融合分层定位模型通过对室内外多场景进行联合约束，同时对多源信息进行特征融合进而优化定位方法，实现数据异构与信息异质下的融合互补增强，进而有效应对复杂环境，提高定位精度，扩展了位置服务的应用场景。3.2.2.2.3.2.2.2.多尺度、多类型观测数据评估与优选技术多尺度、多类型观测数据评估与优选技术物体遮挡 5G 直射径信号造成的非视距观测数据，给终端带来了难以预测的定位误差。虽然识别 NLOS 信道状态，选择视距信道下的观测值进行终端定位，能够抑制 NLOS 误差对定位结果的影响，但在过度筛选时可能造成定位几何构型的恶化，反而造成定位精度降低。在 5G 异构网络中，同一基站与终端间的上下行信号链路能够提供 DTDOA、TOF 与 DOA 等多尺度、多类型的异构定位观测信息，不同观测信息对定位结果的影响并不相同，如果仅对信源进行监测，将导致过多 NLOS 的观测值加入定位，造成定位精度的降低。同源异构观测信息筛选的NLOS数据抑制方法在监测NLOS信源的同时对该信源的观测值进行筛选，保留对定位效果提升最大的观测值加入定位，提高系统整体定位精度。3.2.2.3.3.2.2.3.基于机器学习的终端差异化高可用定位技术基于机器学习的终端差异化高可用定位技术受到复杂室内外环境、电磁干扰、定位基站重新部署等众多因素影响，加上设备异构性，定位信号存在动态时变性等因素，往往会导27致在定位阶段采集的信号分布偏离离线阶段构建的信号分布，进而严重影响定位准确度。针对当前存在的数据分布差异问题，基于机器学习的高可用定位方法能够有效提高定位系统的泛化性能以及实用性。基于机器学习的终端差异化高可用定位技术在不同的采样尺度下实现分层式多模态特征计算，捕获多尺度局部时空特征，跨尺度融合不同采样空间的信息流特征，捕获细节度更高的特征表达，实现具有良好泛化性能的高鲁棒性精确定位系统。3.2.3.3.2.3.端侧自主完好性监测与评估技术端侧自主完好性监测与评估技术提出基于机器学习的端侧自主完好性监测算法，该算法基于多假设解分离构建多源信息融合判决模型，其检验特征由全集定位解和子集观位解之差组合获得，有效保留原始数据的高维信息；其次结合混沌粒子滤波与似然比结合故障监测算法，提取时域相关信息，检测缓慢增加的故障事件；最后采用迁移学习中域自适应算法，针对不同应用场景进行特征域校正，有效分离多源故障特征。图 3-5 端侧自主完好性监测与评估技术路线283.2.3.1.3.2.3.1.完好性指标建模完好性指标建模为了构建多源融合自主完好性监测模型并使用合理指标进行评估，采用基于多假设解集（MHSS）的 ARIAM 算法对不同场景下的自主完好性进行监测。MHSS 通过计算要监视的最大时空信号源数来获得故障模型，然后逐一计算这些故障模型，并将其与全视图解决方案进行差异比较，以识别和消除时空网信号源的故障。随后，提取计算故障模型中获得的参数，并计算延时判决门限告警、可用性预测、服务等级等多因素完好性指标，建立多因素完好性指标体系。3.2.3.2.3.2.3.2.故障检测算法故障检测算法利用混沌的遍历性、随机性特点进行搜索，将变量从混沌空间映射到解空间，对当前粒子个体产生混沌扰动，使粒子跳出局部极值区间，提高粒子样本质量，将混沌粒子群优化滤波结果进行似然比估计，获得判决与故障检测结果，提高不同场景下端侧自主故障检测能力，使得定位系统能够对系统偶发故障及时识别处理，提升差异化网络环境下异构融合定位鲁棒性，并使终端告警时间得到了压缩。3.2.3.3.3.2.3.3.终端自主完好性监测技术终端自主完好性监测技术对于传统的终端自主完好性检测方法，大都使用以快照算法为代表的传统完好性监测算法。这类算法能够很好地解决定位系统中的偶发故障问题，但是难以及时监测缓慢增加的误差故障或累计误差故障问题。29针对时空网中异构信源与差异化终端场景，为了解决由于故障特征空间域移位而导致的故障监测能力下降与相似特征空间故障监测识别的重复计算问题，提出基于域适应的故障特征空间的提取与泛化方法来弥补上述问题导致的性能下降。3.3.3.3.5GA5GA 通感一体化关键技术通感一体化关键技术2023 年 6 月 ITU-R WP 5D 会议通过的 6G 纲领性文件IMT 面向2030 及未来发展的框架和总体目标建议书中定义了六大场景，其中通信感知一体化作为建议书中首次提及的新场景，将移动网络服务扩展到了通信以外。通信感知一体化是指基于软硬件资源共享或信息共享同时实现感知与通信功能协同的新型信息处理技术，可以有效提升系统频谱效率、硬件效率和信息处理效率。基站需具备对覆盖区域的目标状态监控能力，为以低空经济为代表的典型应用场景提供支持。此外，建议书定义了一些新功能，包括感知精度、分辨率、检测概率，以便对无线网络进行评估。为达到预定能力指标，实现此愿景目标，5G-A 阶段即需积极开展探索，增强当前网络定位能力，从无线空口和网络架构等多方面开展通感技术研究和标准推进工作，最终演进成为感知内生的通感一体化网络。3.3.1.3.3.1.通感一体系统网络架构演进通感一体系统网络架构演进通感一体化系统网络架构由无线接入网、用户设备以及包含感知服务器和感知客户端的核心网组成。感知客户端负责发起感知请求，30包含感知目标的相关信息，如大小、位置和速度等。感知服务器根据具体的感知需求，对无线接入网进行配置并触发相应的感知过程，无线接入网负责无线资源调度、感知数据处理以及感知结果上报。图 3-6 展示了通感一体系统网络架构，主要由三个组件组成，包括感