5G的高精度定位

無線電定位基于 4 種物理方式，包括信號(hào)擴(kuò)展，基于時(shí)間，基于角度，基于頻率。主要資源包括帶寬，天線元素，頻率精度和信噪比。

Wifi 的 RSSI 定位方法在復(fù)雜的多徑環(huán)境下，測(cè)距定位性能急劇下降，誤差可達(dá)十幾米；FTM 測(cè)距精度與帶寬相關(guān)，但是沒有利用多天線，其抗多徑能力仍然受限。受制于較低的瞬時(shí)帶寬以及 2.4G 頻段信號(hào)擁擠造成的干擾，藍(lán)牙測(cè)向定位精度有限。UWB 帶寬大于 500MHz，抗多徑和抗干擾能力強(qiáng)，功耗低，利用超窄脈沖可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的精確室內(nèi)定位。UWB 標(biāo)簽雖然已經(jīng)可以做到小型化，但目前沒有集成到智能手機(jī)，所以待定位目標(biāo)需要單獨(dú)配備 UWB 標(biāo)簽。UWB 技術(shù)通常用于特定行業(yè)，其基站在人流密集的城市和室內(nèi)環(huán)境下覆蓋率很低。

自 2016 年起，3GPP 在 R13、R14 版本持續(xù)開展針對(duì) 3G 和 4G 室內(nèi)定位技術(shù)增強(qiáng)的研究，增強(qiáng)了 RAT（RadioTechnology，無線電技術(shù)）定位方法，完善了非 RAT 的室內(nèi)定位方法等。在 R14 標(biāo)準(zhǔn)版本的定位增強(qiáng)技術(shù)包括以下幾方面：?

（1）共享 PCI（Physical Cell Identifier，物理小區(qū)標(biāo)識(shí)）場(chǎng)景下的 OTDOA（Observed Time Differenceof Arrival，觀察到達(dá)時(shí)間差）增強(qiáng)。R14 中，終端能夠區(qū)分共享 PCI 場(chǎng)景下的不同傳輸節(jié)點(diǎn)，增加了終端側(cè)可進(jìn)行定位測(cè)量節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，從而提高了定位精確度。

（2）基于定位參考信號(hào)的信標(biāo) R14 引入了只傳輸定位參考信號(hào)的傳輸節(jié)點(diǎn)，該特性使得終端能夠識(shí)別額外的定位參考信號(hào)，從而提高了定位精確度。

（3）定位參考信號(hào)結(jié)合 CRS（Cell ReferenceSignal，小區(qū)參考信號(hào)）進(jìn)行測(cè)量終端能夠結(jié)合定位參考信號(hào)和小區(qū)參考信號(hào)，獲得 RSTD（Reference Signal Time Difference，參考信號(hào)時(shí)間差測(cè)量），從而改善 OTDOA 精確度。

（4）多徑下的 TOA（Time of Arrival，到達(dá)時(shí)間）R14 中，終端可以將多條路徑下的 TOA 上報(bào)給網(wǎng)絡(luò)側(cè)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)可以利用該信息，補(bǔ)償由于多徑衰落導(dǎo)致的測(cè)量誤差，從而提高了定位精確度。?2019 年 6 月，3GPP 的 Rel.15 版 TR38.885 對(duì)于定位的描述為：一般用戶，80%的情況下水平定位精度不低于 50 米，垂直精度 5 米，端到端延遲低于 30 秒，對(duì)商業(yè)用戶為水平定位精度，室內(nèi)不低于 3 米，室外不低于 10 米，垂直精度不低于 3 米。端到端延遲低于 1 秒。Rel.16 版計(jì)劃做到商業(yè)用戶室外最低 3 米的定位精度，端到端延遲低于 1 秒。本來預(yù)計(jì)到今年 3 月底發(fā)布，但疫情打亂了日程，估計(jì)到 9 月底才能完成 R16 版。17 版計(jì)劃做到亞米級(jí)定位，端到端延遲低于 100 毫秒，預(yù)計(jì) 2021 年底發(fā)布。R16 版也支持日本的 QZSS 的 SSR 信息，可以接受，但是需要特別的解碼器。

PRS（positioningreference signal 位置參考信號(hào)）SRS（sounding reference signal 探測(cè)參考信號(hào)）LPP（LTE Positioning Protocol LTE 定位協(xié)議）

基于用戶（UE）的位置測(cè)量報(bào)告包括如下

?Downlink reference signal referencepower (下行參考信號(hào)電平值 DL RSRP) per beam/gNB
?Downlink reference signal timedifference (下行參考信號(hào)時(shí)間差 DLRSTD)
?UE RX-TX time difference 用戶接收發(fā)射時(shí)間差
基于 gNB- 的位置測(cè)量報(bào)告
??Uplink angle-of-arrival (上行到達(dá)角 UL-AoA)??Uplink reference-signal receive power (上行參考信號(hào)電平值 UL-RSRP)??UL relative time of arrival (上行鏈路相對(duì)到達(dá)時(shí)間 UL-RTOA)??gNB RX-TX time difference?5G 在定位方面，有 5 大優(yōu)勢(shì)，一是高載波頻率。

二是高帶寬。

三是天線數(shù)量極多。

四是 D2D 直接通訊。

五是網(wǎng)絡(luò)密度很高。

這 5 大優(yōu)勢(shì)最終變?yōu)?UL-RTOA 和 UL-AoA。TDOA（TimeDifference of Arrival，信號(hào)到達(dá)時(shí)間差）和 AOA（Angle of Arrival，到達(dá)角度測(cè)距）是兩種基礎(chǔ)的無線定位技術(shù)。

從理論上分析，一方面，5G 采用高頻或者毫米波通信，毫米波通信具有非常好的方向性，可以實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)距和測(cè)角；另外一方面，5G 采用大規(guī)模天線技術(shù)，具有更高分辨率的波束，也可以實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)距和測(cè)角特性。因此，基于 AOA 的定位方法將比 4G 具有更高的精度。此外，由于 5G 采用了低時(shí)延、高精度同步等技術(shù)，對(duì)提升 TDOA 定位精度也有幫助。TDOA 的誤差來源主要是時(shí)鐘誤差，降低時(shí)鐘誤差可以采用高精度晶振，但這個(gè)提升有限，要大幅度提高成本較高。AOA 的的誤差是基站與終端距離的線性函數(shù)，這個(gè)容易后期補(bǔ)償，成本較低。因此 AOA 是主要方向。

5G 最擅長(zhǎng)的是室內(nèi)定位 ，因?yàn)?5G 的穿透力比較差，大范圍定位不是 5G 的強(qiáng)項(xiàng)。自主代客泊車的地下停車場(chǎng)定位是最具備優(yōu)勢(shì)的，和完全依靠概率算法的攝像頭方案比，通訊的物理定位準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和魯棒性強(qiáng)之百倍。地下停車場(chǎng)照度低，光線變化劇烈，非常不適合基于攝像頭的方案。還有基于物流倉(cāng)庫(kù)的室內(nèi)定位，水平與垂直都要求精度是 5-10 厘米，遠(yuǎn)不是攝像頭能做到的，UWB 方案則成本較高，也有頻譜問題。

通信網(wǎng)和定位網(wǎng)可以合二為一，提高網(wǎng)絡(luò)利用率，分?jǐn)偛糠殖杀尽５统杀臼瞧渥畲髢?yōu)勢(shì)。定位網(wǎng)元可以和基站共站，支持常規(guī)的一體化的通信和定位覆蓋；定位設(shè)備也可以以獨(dú)立定位設(shè)備形態(tài)存在，支持獨(dú)立的定位增強(qiáng)覆蓋網(wǎng)絡(luò)；可以支持異構(gòu)定位網(wǎng)，包括帶內(nèi)定位網(wǎng)、共頻帶定位技術(shù)、TBS、Wi-Fi 等；各種定位網(wǎng)絡(luò)支持接入 5G 網(wǎng)絡(luò)，在終端或者定位服務(wù)器中進(jìn)行融合定位。因?yàn)槟壳皹?biāo)準(zhǔn)基站之間接口無法支持高精度同步，應(yīng)此必須增加高精度同步網(wǎng)絡(luò)單元。

2019 年 10 月，華為、香港電訊(HKT)和全球移動(dòng)供應(yīng)商協(xié)會(huì)(GSA)聯(lián)合發(fā)布《室內(nèi) 5G 場(chǎng)景化白皮書》，其中就提到高精度室內(nèi)定位，目前已經(jīng)能達(dá)到亞米級(jí)。2020 年 2 月 29 日，華為召開 5G 室內(nèi)覆蓋新產(chǎn)品與解決方案線上發(fā)布會(huì)，重磅推出 5G 室內(nèi)數(shù)字化家族系列全新產(chǎn)品和解決方案，包含升級(jí)版 5G LampSite、5G LightSite，和 5G 室內(nèi)覆蓋解決方案 LampSiteEE（Enterprise Edition）。華為面向行業(yè)場(chǎng)景發(fā)布的 LampSite EE 解決方案，包含有 5 大功能集：5G 室內(nèi)超寬帶、5G 室內(nèi)精準(zhǔn)定位、5G 工業(yè)級(jí)超低時(shí)延、5G 室內(nèi)高可靠性、5G 工業(yè)級(jí)高密并發(fā)連接。

2020 年 3 月 19 日，高通則發(fā)表了自己的室內(nèi)定位視頻。? ? ?

室內(nèi)共有 5 個(gè) TRP（發(fā)射與接收點(diǎn)），每個(gè)使用定向天線，4X4MIMO 陣列，400MHz 帶寬，中心頻率 6.225GHz。

水平定位精度基本保持在 10 厘米左右，垂直定位精度略低。

如果在高速公路這樣的開放空間，利用 V2X 網(wǎng)絡(luò)也可以做大范圍的高精度定位。而室內(nèi)的高精度定位顯然用 5G 是最合適的。