2020年10月，中國(guó)移動(dòng)、中興通訊等聯(lián)合發(fā)布了《5G室內(nèi)融合定位白皮書》，5G定位產(chǎn)業(yè)已經(jīng)得到了業(yè)界的普遍關(guān)注。 眾所周知，4G時(shí)代涌現(xiàn)出了滴滴打車，共享單車等基于用戶地理位置的新應(yīng)用形態(tài)，手機(jī)地圖導(dǎo)航功能也是極大地方便了我們的交通出行。

隨著5G時(shí)代到來，物聯(lián)網(wǎng)和智能化對(duì)基于位置的服務(wù)提出了更高要求，“5G定位”作為一個(gè)新的方向?qū)?huì)對(duì)于解決室外到室內(nèi)的“最后一公里”高精度定位問題發(fā)揮更強(qiáng)的賦能和帶動(dòng)作用(據(jù)統(tǒng)計(jì)人類大約百分之八十的時(shí)間在室內(nèi)活動(dòng))。

• 機(jī)場(chǎng)(車站)、商場(chǎng)、醫(yī)院等人流密集場(chǎng)所，依賴室內(nèi)高精度定位技術(shù)可以提供高效的引導(dǎo)服務(wù)和動(dòng)態(tài)分析手段，提升運(yùn)營(yíng)效率。

• 工廠，依賴高精度無線定位進(jìn)一步擺脫有線的束縛，實(shí)現(xiàn)智能倉儲(chǔ)、生產(chǎn)過程追蹤、自動(dòng)貨物搬運(yùn)與加工，達(dá)到降本增效目的。

• 寫字樓和地下礦井等特殊場(chǎng)所，緊急狀態(tài)下，依賴高精度無線定位，指揮部門可以精準(zhǔn)掌握遇險(xiǎn)人員位置，并且實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌控救援力量的分布狀況，靈活部署救援工作，達(dá)到高效救援目的。

5G針對(duì)定位技術(shù)到底提出了怎么樣的要求呢？

TR 38.855 (NR定位的研究報(bào)告)描述了針對(duì)R16的要求：

對(duì)于監(jiān)管使用，最低性能要求：

• 區(qū)域內(nèi)80％的UE的水平定位精度優(yōu)于50米

• 區(qū)域內(nèi)80％的UE的垂直定位精度優(yōu)于5米

• 端到端延遲少于30秒

對(duì)于商業(yè)應(yīng)用，最低性能要求：

• 區(qū)域內(nèi)80％的UE水平定位精度優(yōu)于3米(室內(nèi))和10米(室外)

• 區(qū)域內(nèi)80％的UE的垂直定位精度優(yōu)于3米(室內(nèi)和室外)

• 端到端延遲少于1秒

TR 38.857 (NR定位增強(qiáng)的研究報(bào)告)中進(jìn)一步描述了針對(duì)R17的要求(截至目前還沒有正式完稿)，重點(diǎn)是為了支撐工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景所需的亞米級(jí)(即厘米級(jí))精度和延遲要求，高精度定位是與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN、超可靠低時(shí)延通信并列的支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

高通(Qualcomm)稍早前展示過5G室內(nèi)高精度定位的場(chǎng)景(<30cm)：

5G究竟是如何實(shí)現(xiàn)更高精度的定位的呢？

3GPP面向5G新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提出了下圖所示的5G定位架構(gòu)圖：

總體上來看，5G的定位從架構(gòu)來看與4G相似，通俗來講就是通過對(duì)接收到的無線電波的特征參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，利用測(cè)量到的無線信號(hào)數(shù)據(jù)，采用特定的算法對(duì)移動(dòng)終端所處的地理位置進(jìn)行估算。

大家如果覺得比較抽象的話可以結(jié)合下面這張示意圖來進(jìn)一步理解：

R16引入了一些針對(duì)5G的定位方案：DL-TDOA、UL-TDOA、DL-AoD、UL-AOA、Multi-RTT、E-CID (具體參見TS 38.305)簡(jiǎn)要說明如下：

? 下行到達(dá)時(shí)間差(DL-TDOA) 

其原理與4G OTDOA類似，終端測(cè)量?jī)蓚€(gè)基站發(fā)送的下行定位參考信號(hào)PRS的到達(dá)時(shí)間差RSTD，上報(bào)位置服務(wù)器，位置服務(wù)器根據(jù)多個(gè)下行參考信號(hào)時(shí)間差，從而獲得終端位置估計(jì)。

? 上行到達(dá)時(shí)間差(UL-TDOA)

原理與DL-TDOA類似，但這是基于上行信號(hào)的定位技術(shù)，基站測(cè)量上行相對(duì)到達(dá)時(shí)間差UL RTOA(利用增強(qiáng)的探測(cè)參考信號(hào)SRS)，上報(bào)位置服務(wù)器，位置服務(wù)器判斷終端的位置。

? 下行離開角度(DL-AoD)

終端測(cè)量并上報(bào)下行參考信號(hào)波束的接收功率(即每個(gè)基站的波束的DL RSRP)，根據(jù)發(fā)送波束方向來估計(jì)終端的位置角度，根據(jù)多個(gè)基站估計(jì)值，位置服務(wù)器解方程組，從而獲得終端位置。

? 上行到達(dá)角度(UL-AoA)

原理與DL-AoD類似，但這是基于上行信號(hào)的定位技術(shù)，多個(gè)基站測(cè)量終端上行信號(hào)的到達(dá)角度，上報(bào)位置服務(wù)器，根據(jù)多個(gè)基站測(cè)量的到達(dá)角度，位置服務(wù)器解方程組，從而獲得終端位置。

? 多站往返時(shí)間 (Multi-RTT)

終端與至少三個(gè)基站互發(fā)參考信號(hào)，測(cè)量 Rx-Tx 時(shí)間差以得到 RTT，三個(gè)圓的交點(diǎn)即為終端位置，Rx-Tx信息匯總到位置服務(wù)器，從而獲得終端位置估計(jì)。

? 增強(qiáng)小區(qū)ID (E-CID)

基站與終端互發(fā)參考信號(hào)測(cè)量 Rx-Tx 時(shí)間差以得到RTT，確定終端所在的圓，結(jié)合DL-AoD或UL-AoA 得到角度信息，它與圓的交點(diǎn)即為終端位置。這種定位方法的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：僅靠單站即可完成定位，不受基站之間同步精度的影響。

總的來說，5G相對(duì)于4G在定位技術(shù)方面具備一些天然的優(yōu)勢(shì)，比如大帶寬(時(shí)間分辨率高)以及采用Massive MIMO大規(guī)模天線技術(shù)，具有更高分辨率的波束，可以實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)距和測(cè)角，上述定位方法既可以單獨(dú)使用，也可以結(jié)合使用，以此來滿足室外和室內(nèi)不同場(chǎng)景的精度需求。

機(jī)遇和挑戰(zhàn)

端到端的5G定位產(chǎn)品和服務(wù)的落地需要電信運(yùn)營(yíng)商，系統(tǒng)供應(yīng)商和終端/模組/芯片供應(yīng)商的通力協(xié)作，共建產(chǎn)業(yè)生態(tài)來提升產(chǎn)品和服務(wù)的成熟度，來滿足多樣化應(yīng)用的需求，改善定位服務(wù)的體驗(yàn)，發(fā)展新的定位服務(wù)業(yè)務(wù)模式。

當(dāng)然了，我們同時(shí)也會(huì)面臨一些挑戰(zhàn)，比如：

? 5G定位需要綜合考慮建網(wǎng)成本，芯片、模組、終端以及后期維護(hù)的成本，建設(shè)初期的成本可能會(huì)高于傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)(比如Bluetooth、Wi-Fi、UWB等)，后續(xù)推廣可能需要充分利用5G產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)模成本和性能優(yōu)勢(shì)。

? 5G定位在實(shí)際部署中存在諸多因素可能影響定位精度(比如帶寬、信噪比、站間的同步誤差等)，可能還需要借助AI與創(chuàng)新的定位模型算法來進(jìn)一步提升室內(nèi)定位的精度和服務(wù)的體驗(yàn)。

? 當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域碎片化比較嚴(yán)重，能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)定位的技術(shù)眾多，不同技術(shù)各具優(yōu)勢(shì)但同時(shí)也各有局限性，實(shí)際部署的時(shí)候需要考慮選擇不同的定位技術(shù)滿足業(yè)務(wù)層面對(duì)定位精度、時(shí)延、容量等方面的需求，最后可能是各種室內(nèi)定位技術(shù)的相互融合。

2020年7月中國(guó)聯(lián)通的時(shí)空服務(wù)能力報(bào)告中也可以看出這一點(diǎn)。