5G高精度定位技术发展与应用.pdf

5G高精度定位技术发展与应用索士强基于蜂窝通信的高精度定位应用前景广阔高精度定位具有广泛应用场景，成为5G/6G应用的使能技术高精度定位室内应用场景高精度定位室外应用场景1基于蜂窝通信的高精度定位应用前景广阔5G NR提出了亚米级高精度定位需求，推动在工业互联网等行业应用厘米级高精度定位成为5G-Adv和6G目标，并推动通信与定位感知一体化研究220172018201920202021Rel-16（完整版5G标准）R15:Phase 1Rel-15（第一版标准）Rel-15完成以下标准化工作 监管业务的位置服务基于4G信号提供定位服务，支持RTK GNSS定位Rel-16完成以下标准化工作商业位置服务基于5G NR信号的定位技术标准化，商用场景的定位精度1米北斗三号全球导航B1C信号Rel-17（5G增强标准）Rel-17正在进行以下标准化工作端到端的高精度、低时延位置服务，例如：工业物联网场景的亚米级(0.2米)高精度、低时延、高效能定位方案北斗三号全球导航B2a和B3I信号卫星完好性(Integrity)定位服务Rel-18潜在的标准化方向 Sidelink 定位，包含测距和相对定位/绝对定位人工智能/机器学习定位 低能力终端定位 基于5G NR的载波相位定位 Rel-18（5G增强标准）202120223GPP 5G NR3GPP 5G NR定位技术持续开展标准化33GPP Rel-16 3GPP Rel-16 定位架构设计p 基于服务化思想p 采用统一的系统架构支持监管类业务和商业应用的定位请求p 5G位置服务作为一种网络能力，通过NEF，开放给第三方p 支持多种类型请求（MT、MO等）2018/122018/12可行性研究2019/062019/062020/032020/03Rel-16Rel-16架构层面的标准化参数、流程的细化5G5G漫游场景的架构4基于无线接入网的定位技术下行到达时间差定位(DL-TDOA)下行离开角度定位(DL-AoD)上行到达时间差定位(UL-TDOA)上行到达角度定位(UL-AoA)多小区往返时间定位(Multi-RTT)增强小区标识定位(E-CID)基于无线接入网和独立于无线接入网的定位技术的混合定位独立于无线接入网的定位技术辅助全球导航卫星系统定位（A-GNSS）蓝牙定位（Bluetooth）基于IEEE 802.11b标准的无线局域网定位（WiFi）惯导定位大气压力传感器定位地面信标系统（TBS）定位3GPP Rel-16 3GPP Rel-16 定位方法53GPP Rel-17 3GPP Rel-17 定位增强技术6定位精度提升方向消除基站/终端收发定时误差消除非视距传播UL-AoA性能提升DL-AoD性能提升on-demand PRSRRC-INACTIVE态的终端定位网络/终端效率增强方向定位时延降低方向降低定位时延 3GPP Rel-17 3GPP Rel-17定位关键技术方案消除基站/终端收发定时误差的高精度方案UE/基站收发定时误差将带来定位精度的急剧下降方案1：将UE/基站收发定时误差组信息上报给定位服务器或终端，用于位置解算时预处理或者补偿定位测量量方案2：引入定位参考设备，通过双差分方法来消除UE/基站收发定时误差消除非视距传播对定位精度的影响无线电波的反射和折射导致基站与终端之间的无线信道传播的非视距现象严重，对定位精度带来重要影响方案1：UE/基站上报LOS/NLOS指示（或以及极化功率、频域方差、相干带宽等信息）来识别和消除多径误差方案2：UE/基站上报包括多径的多组测量量，定位服务器或者UE在解算时，通过算法处理，来识别和消除多径误差79%95%96%100%0%20%40%60%80%100%InF-DHInF-SH非视距环境识别成功率RSRP basedVariance of CFR based7 3GPP Rel-18 3GPP Rel-18定位的潜在标准化方向Rel-18定位人工智能定位Sidelink定位低能力终端定位低功耗高精度定位蜂窝网络定位完好性载波聚合定位载波相位定位定位性能增强方向 载波相位定位技术 人工智能定位 载波聚合定位 蜂窝网络定位完好性定位应用范围扩展方向 Sidelink 定位 低能力终端（Redcap UE）定位 低功耗高精度定位8卫星(GNSS)载波相位定位GNSS Satellites卫星定位地基增强站卫星定位增强信息地基增强的卫星高精度定位(A-GNSS+5G)高精度卫星定位系统存在不足：适用于室外较开阔的应用场景，无法在密集城区等具有较多障碍物遮挡的环境，应用环境受限；信号容易受到干扰，实时性和准确性受限；无法应用于室内定位场景。高精度卫星导航定位高精度卫星导航定位p GNSS定位系统是全球使用最为广泛的定位系统，采用载波相位定位技术，传统精度一般能达到35米；p 通过地基增强站与载波相位差分技术，对位置信息、卫星星历、时钟差通过通信网络进行实时更新，可以实现亚米到厘米级定位精度。9基于蜂窝信号的载波相位高精度定位技术传统蜂窝信号定位技术：采用测量信号到达时间或者时间差的方式进行定位，如下行链路信号到达时间差(TDOA)，但精度很难达到亚米级。蜂窝系统载波相位定位技术：利用测量信号载波的相位变化，获取更精确的 传播距离信息，可以实现厘米级定位。DL-TDOA 定位原理图蜂窝系统载波相位定位示意图10载波相位定位原理对应于小区?的载波相位测量值?=?+?+?是从小区?到UE的真实距离;?是在定位计算期间需要求解的整周模糊度,?和?分别是UE和第i个基站的时钟偏差?是接收机相位测量误差(包括相位噪声和多径产生的相位测量误差).11载波相位?和距离?的关系?=?t?+?=?t?为基站在?t时刻发送信号时的载波相位?为UE在?时刻接收信号时的载波相位?为载波波长?为光速蜂窝系统载波相位定位的关键技术12基站间定时偏差估计接收机相位估计非连续信号处理方法定位参考信号设计快速搜索整周模糊度蜂窝系统载波相位定位的仿真假设13 采用3GPP 工业物联网（IIoT）的室内定位仿真场景，移动终端运动路线如图中红色箭头所示。参数名称仿真参数场景智慧工厂大厅的长度L=300m，宽度W=150m，高度为10m信道模型InF-SH定位周期间隔定位周期间隔 1s载波频率载波频率 2 GHz定位定位基站数量基站数量5（编号2,3,4,9,10）移动终端速度移动终端速度 1m/s,匀速直线运动载波相位测量载波相位测量算法算法 锁相环（PLL）蜂窝系统载波相位定位的仿真评估14 利用测量信号载波的相位变化，获取传播距离信息，可以实现厘米级定位载波相位定位示意图基于3GPP IIOT仿真场景的定位精度评估小结15 基于蜂窝网络的高精度定位是5G/6G垂直行业重要使能技术，在室内外具有广泛的应用场景，正成为工业互联网应用的热点研究技术方向；基于蜂窝网络的载波相位定位技术具有实现5G-Adv和6G厘米级定位精度的技术潜力，可适用于室内外广泛高精度定位应用部署场景。Thank you!