北斗+5G 融合定位技术研究

2021年第9期

北斗

+

5G融合定位技术研究

*

刘海蛟

1

　刘硕

1

　刘文学

2

　唐超

1

(1.中国信息通信研究院技术与标准研究所,北京100191;

2.中国科学院空天信息创新研究院,北京100094)

摘要:卫星导航在国防和国民经济领域占据了越来越重要的地位,其所提供的定位、导航和授时等服务

已经逐渐为人们熟悉并依赖。卫星导航定位解决了室外空旷区域定位的基本需求问题,在室外空旷区

域北斗系统已经能够提供较为可靠的定位结果,但卫星信号无法覆盖室内,难以满足必要的定位条件。

5G系统具有密集组网、大带宽和多天线等对定位有利的条件,通过北斗与5G的深度融合,可构建室内

外无缝定位体系,满足日益增长的泛在定位需求。分析了北斗

+

5G融合定位的发展现状,介绍了几种典

型的融合定位技术,最后通过仿真对融合定位技术的性能进行了验证。

关键词:卫星导航;北斗;5G

中图分类号:TN927.2;TN967.1　　　　文献标识码:A

47(9):41-46.

引用格式:刘海蛟,

刘硕,刘文学,等.北斗

+

5G融合定位技术研究[J].信息通信技术与政策,

2021,

doi:

10.12267/.2096-5931.2021.09.007

室内且对环境免疫性较差,难以满足室内定位以及室

外遮挡等复杂区域定位的必要条件,目前已有的室内

定位手段也因为系统复杂度和成本等问题,未能大范

围推广应用。

有利的条件,其信号应用于定位具有功率强、伪距测量

精度高、信号带宽资源丰富、信号多径免疫性强等优

势。因此,基于5G通信网络的定位技术可在室内等

复杂条件下实现亚米级,甚至分米级定位精度。通过

北斗与5G的深度融合,可构建室内外无缝定位体系,

满足日益增长的泛在定位需求,从而为未来智能社会

提供全场景高精度时空感知基础支撑。

5G系统具有密集组网、大带宽和多天线等对定位

0　引言

北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)是我国

自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,为全球用户

提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。

2020年7月31日,北斗三号系统建成开通并提供全球

服务,北斗系统进入全面推广应用的新阶段。

卫星导航定位解决了室外空旷区域定位的基本需

求问题,在室外空旷区域北斗系统已经能够提供较为

可靠的定位性能,尤其是北斗增强的区域差分技术(如

实时动态码相位差分技术(Real

TimeDifferential,

RTD)、实时动态载波相位差分技术(Real-Time

Kinematic,RTK))和广域增强技术(如精密单点定位

技术(Precise

PointPositioning,PPP)),可实现有基于

北斗信号的米级、亚米级甚至厘米级的高精度定位。

然而,由于导航卫星信号的自身特点,其信号无法覆盖

∗基金项目:国家重点研发计划项目(No.2019YFB1803105)资助

1发展现状

ITU、IMT2020、3GPP相继启动了5G定位研究工

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·41·

专题:卫星通信

作,普遍认为5G主要的两大驱动力是移动互联网和

物联网。高精度位置服务作为未来移动互联网和物联

网的重要核心业务之一,必然是未来5G网络核心业

务之一。为应对用户日益提高的无线高精度定位需

求,3GPP设立了定位增强项目,开展了室内定位需求

相关标准和技术的研究。

1.1　

大部分室外4G通用基站的站间部署密度约为300~

1500

m,考虑不同的定位算法,通用基站网络的定位精

度在50

m以上,只能作为GNSS定位系统的补充。

在定位原理方面,4G无线通信定位技术和卫星定

位技术类似,采用三角定位技术。目前,常见的定位信

号有3类:RSSI信号场强、TDOA、AOA。在网络架构

方面,借助运营商室内数字化分布式小蜂窝解决方案

(RRU

+

BBU)可以实现室内范围无线信号的无缝覆

移动智能终端北斗定位应用

移动通信受众广、用户群体庞大,在全球拥有几十

亿的移动通信用户和终端。北斗移动通信国际标准化

工作是北斗系统实现产业化、国际化的关键环节,我国

高度重视北斗在智能终端中的推广应用。国务院

2013年印发的《关于促进信息消费扩大内需的若干意

推动北斗导航与移动通信、地理信息、卫星遥感、移动

互联网等融合发展”;国务院办公厅2013年印发的《国

家卫星导航产业中长期发展规划》也明确提出“重点

推动北斗兼容卫星导航功能成为车载导航、智能手机

的标准配置”。根据中国信息通信研究院发布的《国

内手机产品通信特性与技术能力监测报告》,2021年

第一季度,申请进网的手机中支持定位功能的有86

款,其中68款支持北斗定位,占比79.07%,北斗在手

机中的渗透率得到大幅提升

[1]

。

移动通信领域北斗定位国内国际标准化工作有序

盖。定位能力只是普通4G无线通信业务之外附加的

能力,通过将网络边缘计算(Mobile

EdgeComputing,

MEC)作为对外定位能力的开放平台,提供各种第三

方移动业务(包括位置服务LBS业务)应用接口。因

此,MEC也是融合其他非蜂窝定位技术(如Wi-Fi、蓝

牙、地磁、惯导等)的统一位置服务平台载体。

1.3　

见》提出“加快推动北斗导航核心技术研发和产业化,

多体制协同的室内外无缝定位技术

导航卫星与地面网络协同、多种地面定位技术的

协同以及室内外协同的高精度无缝定位技术已成为未

来的发展趋势。

谷歌公司开发了全球大众化手机终端网络定位服

务平台(Google

MobileService),在服务层,一般都用

离线和在线结合的方式,聚合大量局部的基站、Wi-Fi

数据库等定位资源,通过协同计算最大限度满足用户

的实时定位体验。

欧洲航天局联合使用了能在室内接收到GPS和

Galileo信号的高灵敏度接收器和辅助定位传感器如

气压高程计、加速度计、陀螺传感器、UWB、Wi-Fi等,

并结合地图匹配技术可依据当前建筑的计算机模型综

合本地现有的数据在室内外进行无缝定位。

美国高通公司研发了AGPS

+

AFLT

+

Cell-ID(无线

辅助定位

+

CDMA网络三角定位技术

+

小区定位)混合

定位技术gpsOne,形成无线网络辅助GPS定位,可以

实现城区5~50

m的定位精度以及室内70m的定位

推进。国内标准方面,自2014年起,中国通信标准化

协会(China

CommunicationsStandardsAssociation,

CCSA)ST9等多个工作委员会在工作范围内陆续启动

了北斗定位行业标准的制定工作,涵盖性能、协议、射

频、电磁兼容等多个方面。国际标准方面,中国信息通

信研究院联合国内优势单位,制定26项支持北斗二号

B1I信号的3GPP标准,支持北斗三号B1C信号的3项

3GPP标准于2020年7月随R16版本正式发布。

1.2　4G蜂窝定位技术

目前,利用4G蜂窝网络进行定位的优势在于其

定位参考点(定位基站)网络是利用运营商规模建设

的无线通信网络,定位终端是广泛普及的移动智能终

端。因此,4G无线通信网定位系统具备天然的普适性

和易推广优势,也是建立和承载各种基于位置的服务

(Location

BasedServices,LBS)业务的有效入口。4G

精度。

1.4　

北斗+5G融合定位试验验证情况

上研讨会,介绍项目成果。该项目属于欧洲航天局卫

星导航研究与创新框架计划,使用德国电信在慕尼黑

的移动通信网络,结合诺瓦泰公司的卫星导航设备和

差分数据修正服务,开展天地混合定位测试,展示了卫

星导航和5G融合应用的潜力。

2021年3月,欧洲航天局召开GINTO5G项目线

无线通信网定位系统的定位精度与定位参考基站的部

署密度(站间距)和无线环境参数等密切相关。目前,

·42·

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2021年第9期

了5G室内定位能力验证,5G基站对用户终端的无线

信号特征参数进行测量,并通过基站和边缘计算的协

同,解算终端所处位置。经测试,在基站隐藏部署的情

况下可实现地铁站台和站厅范围内99%区域3~5

m

2021年3月,苏州移动联合华为在苏州地铁进行

2.2　

上行定位技术

上行定位技术在上行链路中发送与定位相关的信

号,由基站端进行位置解算,典型的定位方法有UL-

TDOA和UL-AOA。UL-TDOA的原理和DL-TDOA

基本一致,UL-AOA需要在定位基站上部署天线阵列,

其定位过程如图2所示。定位精度。

统,并在重庆解放碑地下环道进行试验。该系统结合

5G大带宽、低时延、广连接的优势和北斗系统的导航

定位能力,为集地下车行道、轨道交通、人防设施、地下

车库为一体的解放碑地下环道提供全天候的高精度定

位服务。

2021年4月,中国移动开发5G

+

北斗精准导航系

本文标签： 定位技术基站信号终端