基于蜂窩通信5G高精度定位技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用培訓(xùn)

基于蜂窩通信—5G高精度定位技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用基于蜂窩通信的高精度定位應(yīng)用前景廣闊高精度定位具有廣泛應(yīng)用場景，成為5G/6G應(yīng)用的使能技術(shù)1高精度定位室內(nèi)應(yīng)用場景高精度定位室外應(yīng)用場景基于蜂窩通信的高精度定位應(yīng)用前景廣闊5G

NR提出了亞米級(jí)高精度定位需求，推動(dòng)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用厘米級(jí)高精度定位成為5G-Adv和6G目標(biāo)，并推動(dòng)通信與定位感知一體化研究220172018201920202021Rel-16（完整版5G標(biāo)準(zhǔn)）RR1e5l:-P1h5ase

1（第一版標(biāo)準(zhǔn)）Rel-15完成以下標(biāo)準(zhǔn)化工作監(jiān)管業(yè)務(wù)的位置服務(wù)基于4G信號(hào)提供定位服務(wù)，支持RTK

GNSS定位Rel-16完成以下標(biāo)準(zhǔn)化工作商業(yè)位置服務(wù)基于5G

NR信號(hào)的定位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，商用場景的定位精度1米北斗三號(hào)全球?qū)Ш紹1C信號(hào)Rel-17（5G增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)）Rel-17正在進(jìn)行以下標(biāo)準(zhǔn)化工作端到端的高精度、低時(shí)延位置服務(wù)

，例如：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景的亞米級(jí)(0.2米)高精度、低時(shí)延、高效能定位方案北斗三號(hào)全球?qū)Ш紹2a和B3I信號(hào)衛(wèi)星完好性(Integrity)

定位服務(wù)Rel-18潛在的標(biāo)準(zhǔn)化方向Sidelink

定位，包含測距和相對定位/絕對定位人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)定位低能力終端定位基于5G

NR的載波相位定位…Rel-18（5G增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)）2021202233GPP

5G

NR定位技術(shù)持續(xù)開展標(biāo)準(zhǔn)化3GPP

Rel-16

定位架構(gòu)設(shè)計(jì)基于服務(wù)化思想采用統(tǒng)一的系統(tǒng)架構(gòu)支持監(jiān)管類業(yè)務(wù)和商業(yè)應(yīng)用的定位請求5G位置服務(wù)作為一種網(wǎng)絡(luò)能力，通過NEF，開放給第三方2018/12可行性研究2019/06支持多種類型請求（MT、MO等）2020/03Rel-16架構(gòu)層面的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)、流程的細(xì)化5G漫游場景的架構(gòu)45基于無線接入網(wǎng)的定位技術(shù)下行到達(dá)時(shí)間差定位(DL-TDOA)下行離開角度定位(DL-AoD)上行到達(dá)時(shí)間差定位(UL-TDOA)上行到達(dá)角度定位(UL-AoA)多小區(qū)往返時(shí)間定位(Multi-RTT)增強(qiáng)小區(qū)標(biāo)識(shí)定位

(E-CID)基于無線接入網(wǎng)和獨(dú)立于無線接入網(wǎng)的定位技術(shù)的混合定位獨(dú)立于無線接入網(wǎng)的定位技術(shù)輔助全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位（A-GNSS）藍(lán)牙定位（Bluetooth）基于IEEE

802.11b標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)定位（WiFi）慣導(dǎo)定位大氣壓力傳感器定位地面信標(biāo)系統(tǒng)（TBS）定位3GPP

Rel-16

定位方法3GPP

Rel-17

定位增強(qiáng)技術(shù)定位精度提升方向消除基站/終端收發(fā)定時(shí)誤差消除非視距傳播UL-AoA性能提升DL-AoD性能提升on-demand

PRSRRC-INACTIVE態(tài)的終端定位網(wǎng)絡(luò)/終端效率增強(qiáng)方向定位時(shí)延降低

方向降低定位時(shí)延63GPP

Rel-17定位關(guān)鍵技術(shù)方案消除基站/終端收發(fā)定時(shí)誤差的高精度方案UE/基站收發(fā)定時(shí)誤差將帶來定位精度的急劇下降方案1：將UE/基站收發(fā)定時(shí)誤差組信息上報(bào)給定位服務(wù)器或終端，用于位置解算時(shí)預(yù)處理或者補(bǔ)償定位測量量方案2：引入定位參考設(shè)備，通過雙差分方法來消除UE/基站收發(fā)定時(shí)誤差消除非視距傳播對定位精度的影響無線電波的反射和折射導(dǎo)致基站與終端之間的無線信道傳播的非視距現(xiàn)象嚴(yán)重，對定位精度帶來重要影響方案1：UE/基站上報(bào)LOS/NLOS指示（或以及極化功率、頻域方差、相干帶寬等信息）來識(shí)別和消除多徑誤差方案2：

UE/基站上報(bào)包括多徑的多組測量量，定位服務(wù)器或者UE在解算時(shí)，通過算法處理，來識(shí)別和消除多徑誤差79%96%95%

100%0%20%40%60%80%100%InF-DHInF-SH非視距環(huán)境識(shí)別成功率RSRP

basedVariance

ofCFR

based73GPP

Rel-18定位的潛在標(biāo)準(zhǔn)化方向Rel-18定位8人工智能定位Sidelink定位低能力終端定位低功耗高精度定位蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位完好性載波聚合定位載波相位定位定位性能增強(qiáng)方向載波相位定位技術(shù)人工智能定位載波聚合定位蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位完好性定位應(yīng)用范圍擴(kuò)展方向Sidelink

定位低能力終端（Redcap

UE）定位低功耗高精度定位衛(wèi)星(GNSS)載波相位定位GNSS

Satellites衛(wèi)星定位地基增強(qiáng)站衛(wèi)星定位增強(qiáng)信息9地基增強(qiáng)的衛(wèi)星高精度定位(A-GNSS+5G)高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)存在不足：適用于室外較開闊的應(yīng)用場景，無法在密集城區(qū)等具有較多障礙物遮擋的環(huán)境，應(yīng)用環(huán)境受限；信號(hào)容易受到干擾，實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性受限；無法應(yīng)用于室內(nèi)定位場景。高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位GNSS定位系統(tǒng)是全球使用最為廣泛的定位系統(tǒng)，采用載波相位定位技術(shù)，傳統(tǒng)精度一般能達(dá)到3~5米；通過地基增強(qiáng)站與載波相位差分技術(shù)，對位置信息、衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘差通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，可以實(shí)現(xiàn)亞米到厘米級(jí)定位精度?；诜涓C信號(hào)的載波相位高精度定位技術(shù)傳統(tǒng)蜂窩信號(hào)定位技術(shù)：采用測量信號(hào)到達(dá)時(shí)間或者時(shí)間差的方式進(jìn)行定位，如下行鏈路信號(hào)到達(dá)時(shí)間差(TDOA)，但精度很難達(dá)到亞米級(jí)。DL-TDOA

定位原理圖蜂窩系統(tǒng)載波相位定位技術(shù)：利用測量信號(hào)載波的相位變化，獲取更精確的傳播距離信息，可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位。蜂窩系統(tǒng)載波相位定位示意圖10載波相位定位原理對應(yīng)于小區(qū)i的載波相位測量值入i=ri?入Ni+c(

r?i)+

wiri是從小區(qū)i到UE的真實(shí)距離;Ni是在定位計(jì)算期間需要求解的整周模糊度,Tr和Ti分別是UE和第i個(gè)基站的時(shí)鐘偏差wi是接收機(jī)相位測量誤差(包括相位噪聲和多徑產(chǎn)生的相位測量誤差).載波相位

和距離p的關(guān)系p=入（

r(tr)?叭(tr?Δt))+入N=

cΔt11叭(tr

?Δt)為基站在tr

?Δt時(shí)刻發(fā)送信號(hào)時(shí)的載波相位r(tr)為UE在tr時(shí)刻接收信號(hào)時(shí)的載波相位入為載波波長C為光速蜂窩系統(tǒng)載波相位定位的關(guān)鍵技術(shù)基站間定時(shí)偏差估計(jì)接收機(jī)相位估計(jì)非連續(xù)信號(hào)處理方法定位參考信號(hào)設(shè)計(jì)快速搜索整周模糊度12蜂窩系統(tǒng)載波相位定位的仿真假設(shè)采用3GPP

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的室內(nèi)定位仿真場景，移動(dòng)終端運(yùn)動(dòng)路線如圖中紅色箭頭所示。參數(shù)名稱仿真參數(shù)場景智慧工廠大廳的長度L=300m，寬度W=150m，高度為10m信道模型InF-SH定位周期間隔1s載波頻率2

GHz定位基站數(shù)量5（編號(hào)2,3,4,9,10）移動(dòng)終端速度1m/s,勻速直線運(yùn)動(dòng)載波相位測量算法鎖相環(huán)（PLL）13蜂窩系統(tǒng)載波相位定位的仿真評估利用測量信號(hào)載波的相位變化，獲取傳播距離信息，可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位載波相位定位示意圖基于3GPP