5G最擅长的是室内定位,因为5G的穿透力比较差,大范围定位不是5G的强项。自主代客泊车的地下停车场定位是最具备优势的,和完全依靠概率算法的摄像头方案比,通讯的物理定位准确度、稳定性和鲁棒性强之百倍。
基于4G的蜂窝定位,受信号带宽、同步以及网络部署的影响,定位精度一般在几十米左右,而随着5G的到来,大带宽、多天线以及高精度同步技术等的支撑,可以使得5G的定位精度大大提高,目前在仿真/测试场景下,室内定位可达2~3米精度,可在室内及隧道环境下弥补卫星定位的不足。
5G最擅长的是室内定位,因为5G的穿透力比较差,大范围定位不是5G的强项。自主代客泊车的地下停车场定位是最具备优势的,和完全依靠概率算法的摄像头方案比,通讯的物理定位准确度、稳定性和鲁棒性强之百倍。地下停车场照度低,光线变化剧烈,非常不适合基于摄像头的方案。还有基于物流仓库的室内定位,水平与垂直都要求精度是5-10厘米,远不是摄像头能做到的,UWB方案则成本较高,也有频谱问题。
在3GPP 23.273中定义了5G定位的相关架构。5G定位由UE终端、5G无线接入网、5G核心网组成。运营商依托5G基础网络建设优势,可同步部署5G定位网络,实现通信定位一张网,从而形成统一的5G定位基础设施网络和5G定位中台能力,为第三方客户提供5G网络通信及定位服务。
5G定位的相关架构
1、 终端(UE)
5G终端接入网络时需上报定位能力信息。终端可主动发送SRS(Sounding Reference Signal)探测参考信号给网络侧,由网络侧完成信号测量及位置计算;或者由网络侧下行PRS(Positioning Reference signal)位置参考信号,由5G终端自身完成信号测量并将测量结果反馈给网络计算位置。以上行测量为例,无线基站对5G终端的SRS信号进行到达时间(TOA,Time of Arrival)/信号强度(RSRP,Reference Signal Receiving Power)等测量,并将测量结果上报给5G核心网。无线基站与5G核心网基于3GPP定义的N2接口对接,并通过AMF在LMF和基站节点之间传输定位消息,包括定位请求与响应、测量请求与响应等。与N2接口相关的定位消息在3GPP TS 38.455中定义。AMF(Access and Mobility Management Function) 接入和移动性管理功能:采用3GPP标准流程集成,支持LCS特性开放NL1/NL2接口,也支持对接MEC上LCS服务;UDM(Unified Data Management) 统一数据管理功能:采用3GPP标准流程集成,支持LCS特性开放NL6接口;MEC(Multi-access Edge Computing) 多接入边缘计算:UPF可下沉园区部署,为园区提供本地分流能力;LCS(Location Services)位置服务:集成了高精度定位算法,并提供配置入口,用于导入特定定位区域内基站规划信息,实现精确位置解算;MP1:ETSI定义的标准API接口,并在基础5G定位能力上进行增强,从而满足运营商5G位置服务平台位置服务按需调用的业务需求;运营商5G位置服务平台作为第三方应用与5G定位网络的中间桥梁,通过开放的REST API接口为客户提供基于5G定位网络的位置能力,如实时位置推送、电子围栏、地图管理、位置告警、轨迹查询、视频联动、位置数据分析等服务。
3GPP Release16版本中,引入了多种定位使能技术,如UTDOA、OTDOA、AOA、RTT等。从技术复杂度、产业成熟度等方面综合考虑,重点介绍下UTDOA、AOA、RTT技术。UTDOA(Uplink Time Difference of Arrival)即上行到达时间差定位法。该定位方法以监测站为焦点,距离差为长轴作双曲线,双曲线的交点就是信号的位置,通过计算终端上行参考信号SRS到达不同基站的时间差来计算终端相对基站的位置。UTDOA对终端要求低,流程简单,产业成熟度高,是众多定位技术中使用最广泛的技术之一。该技术需要多站协同定位,对站间同步要求苛刻,适用于室内皮基站场景。
AOA(Angle of Arrival)即到达角度定位法。该定位方法基于信号的入射角度进行定位。在仅有AOA定位方法的情况下,两个基站即可完成终端定位。但AOA为了准确测量出电磁波的入射角度,接收机须配备方向性强的天线阵列。实际部署对工程条件要求极高,需要非常准确的记录基站部署位置,严格的对准基站天线阵列的方向等来确保入射角测量的准确性。基于这些严格的工程要求,AOA定位算法一直有探索尚未得到规模商用。该技术对基站天线数目要求较高,适用于室外宏基站场景。
RTT(Round Trip Time)即环回时间。RTT通过分别测量下行PRS,上行SRS得到被定位终端与多个基站的RTT,从而确定终端的位置。该定位方法支持单站和多站定位。当只有一个基站参与定位是,RTT需与AoA结合。RTT技术不需要站间严格同步,室内外均可使用。
5G在定位方面,有5大优势,一是高载波频率。二是高带宽。三是天线数量极多。四是D2D直接通讯。五是网络密度很高。从理论上分析,一方面,5G采用高频或者毫米波通信,毫米波通信具有非常好的方向性,可以实现更高精度的测距和测角;另外一方面,5G采用大规模天线技术,具有更高分辨率的波束,也可以实现更高精度的测距和测角特性。因此,基于AOA的定位方法将比4G具有更高的精度。此外,由于5G采用了低时延、高精度同步等技术,对提升TDOA定位精度也有帮助。TDOA的误差来源主要是时钟误差,降低时钟误差可以采用高精度晶振,但这个提升有限,要大幅度提高成本较高。AOA的的误差是基站与终端距离的线性函数,这个容易后期补偿,成本较低。因此AOA是主要方向。