5G定位技術(shù)的類型和優(yōu)勢

本文來源：物聯(lián)傳媒

本文作者：銀匠

數(shù)字社會的發(fā)展有兩張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)：

第一張是移動通信網(wǎng)絡(luò)，主干是運營商的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，比如4G、5G、NB-IoT等，再加上wifi、藍牙、LoRa等“支流”，組成萬物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

第二張是定位網(wǎng)絡(luò)，室外環(huán)境主要是衛(wèi)星定位（GNSS），但在室內(nèi)場景，組建一張大范圍覆蓋的定位網(wǎng)絡(luò)一直是一個困擾行業(yè)發(fā)展的大難題。

難道是因為室內(nèi)定位技術(shù)達不到要求嗎？當(dāng)然不是，目前主流的室內(nèi)定位技術(shù)精度都做到了1m以內(nèi)，這個精度比GNSS要高很多。

既然技術(shù)上沒問題，那限制定位網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展就是產(chǎn)業(yè)的問題，其最核心的問題有2點：

第一點：就是誰來建設(shè)與運營這張網(wǎng)絡(luò)。建設(shè)與運營一張室內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò)需要極大的投資，并且后續(xù)的運維服務(wù)也十分關(guān)鍵，這顯然不是一個小企業(yè)能搞得定的事情，需要移動、電信、聯(lián)通這樣的運營商級別企業(yè)才能做這個事。

三大運營商可以做這個事，但是為什么不去做呢？

那就是第二點的原因，成本與投入產(chǎn)出比。專門為定位建一張網(wǎng)絡(luò)，投入的成本可能不會比投資一張5G網(wǎng)絡(luò)少，但是能創(chuàng)造出多大的收益？運營商現(xiàn)在連5G如何回本這個問題都在大傷腦筋，再單獨搞定位網(wǎng)絡(luò)顯然不現(xiàn)實。

那如何破局呢？答案就是本文要介紹的5G定位網(wǎng)絡(luò)。

5G定位其核心思想是5G的通信與定位復(fù)用一張網(wǎng)絡(luò)，這樣好處也顯而易見。

對于5G網(wǎng)絡(luò)來說，如果依然只是提供單一通信能力，哪怕它性能很強（高速率、低延時等），但對于大多數(shù)用戶來說，4G網(wǎng)絡(luò)足夠用，5G再強，屬于能力溢出，除非是4G退網(wǎng)，市場上只有5G可以選擇，不然的話，僅僅只有高性能的通信能力這一個賣點，不足以讓大家都非要用它。

這樣的背景之下，5G要推廣就需要賦予它更多能力，尤其是之前的技術(shù)所不具備的能力，高精度定位能力就是其中的一個重要的突破方向，它對客戶的賣點就是：用了5G網(wǎng)絡(luò)，不只是可以享受強大的通信能力，也能有精準(zhǔn)的定位能力，這在B端客戶中能滿足很多用戶的需求。

對于室內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò)而言，既然單獨搞一張網(wǎng)絡(luò)的方案行不通，那在不增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的基礎(chǔ)之上，就讓用戶享受到了高精度定位網(wǎng)絡(luò)的能力，這對于整個產(chǎn)業(yè)的普及是一件很利好的事情。

所以5G+高精度定位，一張網(wǎng)絡(luò)多用，是行業(yè)發(fā)展一種必然的趨勢。

接下來，詳細介紹一下5G定位這個技術(shù)

參考5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣聯(lián)盟的資料，我們整理了5G高精度定位的一些詳細信息。

從5G定位原理的角度來看，定位技術(shù)大致可以分為三種類型：基于三角關(guān)系和運算的定位技術(shù)、基于場景分析的定位技術(shù)和基于臨近關(guān)系的定位技術(shù)。

基于三角關(guān)系的定位技術(shù)

這種定位技術(shù)根據(jù)測量得出的數(shù)據(jù)，利用幾何三角或雙曲線關(guān)系計算被測物體的位置，它是最主要的、也是應(yīng)用最為廣泛的一種定位技術(shù)。

基于場景分析的定位技術(shù)

這種定位技術(shù)對定位的特定環(huán)境進行抽象和形式化，用一些具體的、量化的參數(shù)描述定位環(huán)境中的各個位置，并用一個數(shù)據(jù)庫把這些信息集成在一起。業(yè)界習(xí)慣上將上述形式化和量化后的位置特征信息形象地稱為信號“指紋”。觀察者根據(jù)待定位物體所在位置的“指紋”特征查詢數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)特定的匹配規(guī)則確定物體的位置。

基于臨近關(guān)系的定位技術(shù)

基于臨近關(guān)系進行定位的技術(shù)原理是：根據(jù)待定位物體與一個或多個已知位置參考點的臨近關(guān)系來定位。這種定位技術(shù)通常需要標(biāo)識系統(tǒng)的輔助，以唯一的標(biāo)識來確定已知的各個位置。這種定位技術(shù)最常見的例子是移動蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)中的Cell ID。假設(shè)待定位物體分別位于三個Cell中。由于各個Cell中參考點的位置已知，所以根據(jù)待定位物體所在Cell可以粗略確定其位置（即Cell中參考點的位置）。

5G時代大量的應(yīng)用需要精準(zhǔn)定位，比如工業(yè)AGV、資產(chǎn)追蹤等，尤其是室內(nèi)精準(zhǔn)定位，為此3GPP R16協(xié)議版本于2020年中凍結(jié)并將定位能力引入到5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。除了傳統(tǒng)的E-CID、OTDOA和UTDOA等定位技術(shù)，5G定位結(jié)合5G寬頻譜和多波束的特性，進一步定義和支持了基于蜂窩小區(qū)的信號往返時間（multi-RTT）、到達角測量法（UL-AoA）和離開角測量法（DL-AoD）等多種定位技術(shù)。

5G定位技術(shù)優(yōu)勢包括：

1、高載波頻率

5G采用高頻或者毫米波通信，高頻波具有嚴重的穿透損失性質(zhì)，所以不會有多路徑衰減的干擾；高頻電磁波幾乎只能以直線路徑（Line of Sight, LOS）的方式傳遞，電磁波繞射、散射及反射的干擾問題不大，而直線是最容易計算距離的路徑類型。

2、高帶寬

5G頻譜尤其是毫米波（mmWave）具有移動通訊中前所未有的大帶寬，當(dāng)傳輸帶寬越大，信號的取樣間隔越短，毫米波系統(tǒng)便具備較高的原始分辨率，可測量的最小距離越小，代表精確度越高。

3、天線數(shù)量極多

5G支持多輸入多輸出（Multi-input Multi-output, MIMO）技術(shù)，在基站設(shè)置大規(guī)模的多天線數(shù)組，利用多根發(fā)射天線與多根接收天線的組合提升頻譜的效率，提供更多的空間自由度（High degree of resolvability of angles）。更多的訊號角度信息增加，定位的分辨率就能跟著提升，判別更精準(zhǔn)的地理位置。

4、網(wǎng)絡(luò)密度高

由于5G覆蓋范圍小且容易遭到建筑物遮蔽，如果要達到都市內(nèi)普及，運營商須大規(guī)模部署小型5G基站。高密度基站代表有許多可供參考的資源節(jié)點，可以提供高密集度的位置信息達到更精準(zhǔn)的定位。

5、室內(nèi)室外一張網(wǎng)、通信定位一張網(wǎng)

5G室內(nèi)外一張網(wǎng)（室外5G宏站、室內(nèi)5G室分站），既可以滿足設(shè)備終端通信的要求，同時可以實現(xiàn)低功耗高精度定位的應(yīng)用，一網(wǎng)多用，大幅度降低客戶的使用成本。

隨著3GPP Rel-17版本的凍結(jié)，5G定位技術(shù)將逐漸走向成熟。

針對一般商用場景，R17定位精度目標(biāo)從室內(nèi)3米、室外10米提升到了亞米級，定位的時延要求小于100ms。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景，R17定位精度誤差要求小于20cm，定位的時延要求小于10ms。

R17通過優(yōu)化差分定位降低終端和基站收發(fā)時延的影響，支持多路徑信號測量上報，輔助信息發(fā)送等提高到達角和離開角的測量精度，從而提高定位精度。R17通過定義按需發(fā)送的定位導(dǎo)頻信號，降低定位測量的請求回應(yīng)時間、終端測量時間及測量Gap激活時間等降低時延。通過支持RRC非激活狀態(tài)終端的定位測量、信令和流程等降低功耗，并支持GNSS定位的完好性判決增強，以及A-GNSS定位增強，實現(xiàn)更優(yōu)的GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）輔助定位性能。

5G定位的爆發(fā)需要低成本、低功耗的標(biāo)簽芯片

5G高精度的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施與5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)復(fù)用，在工業(yè)場景中，要實現(xiàn)無死角的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，需要布設(shè)大量的5G小基站，布設(shè)間距大約是20-30m，這個密度也足以支撐高精度定位能力對于基站的布設(shè)要求。

因此，在不增加網(wǎng)絡(luò)成本的條件下，5G高精度定位的發(fā)展就具有商業(yè)可行性，但是早期5G終端芯片產(chǎn)品都集中在高性能方向，價格貴，且功耗高，如果用這樣的芯片做定位標(biāo)簽產(chǎn)品，顯然很難落地。

所以，5G高精度定位標(biāo)簽產(chǎn)品對芯片的需求是低成本與低功耗，基于這樣的市場需求，北京智聯(lián)安科技有限公司推出的高精定位5G RedCap芯片MK8520，在5.12秒的定位周期下，1000mAH電池容量可支持終端待機時長長達6-12個月，實現(xiàn)性能，功耗和成本的最佳平衡，滿足絕大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

據(jù)了解，在2023年10月份，北京智聯(lián)安與信通院、華為一起宣布完成了5G 蜂窩低功耗高精度定位的關(guān)鍵技術(shù)驗證，

此次技術(shù)驗證嚴格遵循 IMT-2020（5G）推進組制定的《5G 蜂窩定位技術(shù)要求》和《5G 蜂窩定位測試方法》，采用華為無線 LampSite 基站和入駐式 5G 核心網(wǎng) LCS（Location Service）模塊，并通過普通 5G 手機終端和使用智聯(lián)安 5G 低功耗高精度定位芯片的終端進行測試，定位精度最高可達到 0.4 米以內(nèi)（LOS 場景）。

總結(jié)來說，5G高精度定位技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與5G toB的產(chǎn)業(yè)路線高度吻合，因此，這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也取決于5G在B端行業(yè)的發(fā)展進度如何。目前技術(shù)層面在逐漸成熟，預(yù)計在2024年會逐漸有規(guī)?；?G高精度定位落地項目。

審核編輯：湯梓紅