【导航论坛】 5G时代定位通信协同发展模式&高精度地面无线定位网

一、当前位置服务与无线通信的发展模式

相信近五年来大家都体验到了我们生活方式的巨大变化，如商品的流动方式和我们的出行方式等。现在，我们可以坐在家里购物，由快递员送货上门，可以在任何地方呼叫出租车车辆或找到可用的自行车。这种生活方式变化背后的动因何在呢？它们其实是源于无线定位和通信的结合，即互联网+卫星定位的发展模式。互联网+卫星定位系统提供了位置服务平台。在该模式下，互联网为位置服务提供通道。这种模式的发展经历了一个过程，定位技术和无线通信技术的发展路径分为两个阶段：第一、独立发展阶段。卫星导航和无线通信技术相对独立发展，各自有自己的标准、设备、发射机和接收机。近几年来进入融合阶段，但只是初级的融合。

卫星导航技术的发展自60年代起步，至今已经历了三代。发展过程中主要考虑定位，几乎不考虑通信功能。北斗有短报文功能，不过主要还是以定位为出发点。无线通信发展到现在第五代，主要关注点是通信业务的需求，包括提供更大的带宽和更广的业务范围等。

通信定位独立发展方式问题何在呢？一般环境卫星导航的定位精度约为20米；如果是RTK，在空旷场景可以达到非常高的精度。现在我们在很多时候都能定位，但是有很多地区是盲点，比如室内环境和城区环境很难进一步定位覆盖。除了卫星导航以外还有很多定位技术，如WIFI定位技术和惯导定位技术等。分析这些定位技术后可以发现，它们仍存在诸多问题：

目前很多定位技术只适应某些场合，在另外一些特殊场合无法满足定位需求。 

如在没有布设WIFI的地方是没办法使用wifi定位的。

现在指纹定位技术的研究也很多，这种技术的成本问题就很突出。

蜂窝网无论是在覆盖还是通信性能方面做的都非常好，但是在定位方面却没有起到很好的作用，现在蜂窝网普遍定位精度在100~1000米。纵观上述定位技术，都存在种种问题需要解决，现在仍然缺乏一种成熟的室内定位解决方案。

二、

5G时代位置服务需求

5G时代对位置服务的需求是怎样的呢？5G主要规划了三个主要场景，即大带宽场景，可提供更快的上网速度；低延时环境，支持车联网等延迟非常小的通信功能；大容量接入，以支持物联网。

5G最终要满足未来的各种智能化需求，如智能城市、智能建筑和智能家庭等，未来5G引导的目标是智能化生活。智能化生活中时空信息是一个非常重要的基本信息，而地点和时间必须靠高精度定位解决。位置服务如此重要，却存在诸多盲点，而这些盲点地区却是我们将来开展新兴业务的重要场景，如未来商场、体育馆、大学和医院等。只有室内导航位置服务问题得到解决后，我们的新兴产业才能有非常好的发展。

5G具有大带宽、低时延和大规模天线的特点。带宽变大，测距精度就会提高，对高精度定位就会有一个非常好的支撑作用；低时延可以快速响应定位；大规模天线可以对非常窄的波束进行跟踪。因此，从基本特点上看，5G应该能够支持高精度定位，并且5G已经规划很高的定位目标：支持95%的室内室外区域，定位精度可达1米以内，并支持移动性和场景覆盖。目前，3GPP已经做了很多定位方法的研究，这里主要提两点，即基于通信网定位的增强，实现米级或者更高定位精度；实现对TBS等地面定位信标系统的支持。相比3G时代，通信网的定位还更加关注定位方法的融合以及提升定位精度。

总结一下5G时代的定位需求：第一、定位精度：达到3米甚至1米内。第二、定位覆盖：可实现室内室外无缝覆盖。第三、支持不同的定位等级，尤其是高精度室内定位。这些定位目标实际上对通信网的发展提出了要求。

三、

5G时代定位技术发展趋势

为满足未来智能化社会的需求，并解决定位精度和定位覆盖问题，未来5G定位技术的发展有两个趋势，即通信定位一体化趋势和融合定位趋势。通信和定位一体化趋势不但指单纯的互联网+卫星导航（这种方式本质上移动通信网只做管道），还包括通信网自身不但能够通信而且能够支持高精度、高覆盖的定位。在此，有几种一体化方式可以选择，第一、一体化定位信号发射单元。第二、定位辅助信息发布一体化。第三、定位结果存储与定位业务请求一体化。第四、定位信号测量单元或设备一体化。第五、定位估算单元一体化。通信定位一体化网络架构，必然会增加一些定位设备。通过这些设备，在某些情况下的通信已经满足的环境下，纯粹做定位增强，通信方面不做任何改动，下面是一个典型的广域通信一体化结构，包括几个特点。

第一、通过卫星广域高精度同步，网络节点传递误差在纳秒级同步时钟，为高精度定位打下良好基础。

第二、通信定位的一致覆盖或增强覆盖。一致覆盖就是定位和通信都在基站上播发，这种方式一般实现比较低的定位精度等级。定位增强覆盖是指通过建立一些独立的局部定位增强网络，实现米级或亚米级定位。

第三、定位结果会统一发放到5G网络中，对外提供既有通信又有位置的一体化运营平台。

除了蜂窝网，未来WIFI仍会存在，同时还会有一些其他形式存在的异构网络。从定位角度来说，未来定位技术架构是以融合定位技术为核心的架构，包括室内基础定位技术，提供高覆盖、高精度的通用定位技术；以及融合的辅助定位技术，如地图和惯导等。智能识别和适应各种场景，是一个学习和融合的定位过程，包括位置融合、预测、决策和场景识别等。

从上面可以看出，我们要解决室内定位的问题，提供在很多场合都能使用的低成本、高精度的定位技术是非常关键和基础的。要达到这个目标需要存在一个地面定位网。

我们正在设想通过通信网带内实现高精度定位网，在实现通信和定位一体化的智能覆盖的同时，对地下商场、停车场和体育馆等进行独立增强，提高基站之间的同步精度。这种定位网除了通信基站设备之外，还应包括参考基站和定位网元等设备。基于通信网的定位网可以实现运营商级的无线定位服务，

带内无线定位网具备以下几个特点：第一、实现室内外的一体化覆盖，第二、它可以极小的成本，根据需求实现不同的等级的定位服务，从10米的定位精度直至达到亚米级精度。第三、与通信网也保持平滑融合，终端改动也非常小。一般情况下带内定位网可以满足求精度达5米左右的需求。在某些特殊场合，比如商场里，可以实现米级定位精度。此外，还有其他方式，如异频带地面定位网和共频带定位网。这些定位网甚至可以比带内定位网实现更高的定位精度。

地面定位网与北斗系统是互补关系，可以实现室内外无缝定位，继而满足未来智能化社会各项业务的发展需求。

        陈诗军 中兴资深项目经理 

 先后2G/3G/4G/5G技术研究与产品研发等20多个项目与课题，在高精度无线定位方面首先提出了运营商级室内定位解决方案-带内定位网技术，对高精度同步、多径环境测量技术、定位网规划技术等进行了长期深入研究；正在承担了2016年国家重大科技专项-亚米级5G定位技术研究、2015国家863课题-通信定位一体化试验基站、2016 国家十三五重点研发计划课题，深圳重大技术攻关课题等。
        申请专利60余项，发表论文20篇；担任CCSA ST9（导航与位置服务） 室内定位工作组组长、北斗技术与应用委员会副主席等职务，获得深圳科技贡献奖章、广东省科技奖、深圳科技奖、中国通信学会科技奖等10项科技奖。