中国移动5G高精定位能力白皮书.pdf

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1、 1/20 “智简“智简 5G5G”系列白皮书”系列白皮书 中国移动中国移动 5G5G 高精定位能力高精定位能力白皮书白皮书 （2022021 1 年）年）中国移动通信有限公司研究院中国移动通信有限公司研究院 2/20 联合编写单位及作者联合编写单位及作者 编写单位及主要作者（排名不分先后）：编写单位及主要作者（排名不分先后）：中国移动通信有限公司研究院：中国移动通信有限公司研究院：丁海煜，丁海煜，王锐，张龙，王东，王锐，张龙，王东，王昕怡，王昕怡，程锦霞程锦霞 中国移动通信集团广东有限公司：中国移动通信集团广东有限公司：蔡伟文、罗伟民、陈其铭、庄沛升、蔡伟文、罗伟民、陈其铭、庄沛升、朱立标，

2、陈波朱立标，陈波 中移（上海）产业研究院：中移（上海）产业研究院：梁善婧、王牧云、蔡川、郭卫江梁善婧、王牧云、蔡川、郭卫江 华为技术有限公司：华为技术有限公司：夏苏华，王奇，吴敏夏苏华，王奇，吴敏 中兴通讯股份有限公司：中兴通讯股份有限公司：张寿勇，王红欣，赵琼鹰，蓝剑张寿勇，王红欣，赵琼鹰，蓝剑 3/20 前前 言言 随着 5G 网络部署速度的加快，5G 渗透率也在快速提升。在强大的网络能力支持下，用“一张网”同时解决通信与定位两个关键问题的行业诉求也越来越迫切。中国移动 5G 高精定位的总体策略包含 5G 基站高精定位与 5G+泛无线高精定位两部分。本白皮书聚焦 5G 基站高精定位，期望与

3、业界探讨我们对该议题的思考。本白皮书从垂直行业的一线落地项目调研出发，首先从广域与局域两方面给出现阶段需求旺盛或已有试点落地的典型应用场景；其次，介绍使能 5G 基站高精定位的关键技术及演进方向；再次，针对广域与局域场景的不同诉求，给出适配行业诉求的定位架构；最后，介绍近期部分定位试点，以及对定位端到端路标的一些思考。中国移动向产业表明对 5G 基站高精定位的发展规划与技术判断，旨在呼吁产业界共同努力，加快对关键使能技术以及局域架构的支持，推动端到端产业成熟，助力我国 5G 的全面引领。本白皮书的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。4/20 目录目

4、录 1 1 定位需求定位需求.5 1.1 广域场景需求.5 1.1.1 智慧物联.5 1.1.2 智慧警务.5 1.2 局域场景需求.6 1.2.1 智能制造.6 1.2.2 智慧化工.7 1.2.3 智慧商超.7 1.3 需求小结.8 2 2 定位架构定位架构.10 2.1 广域定位架构.10 2.2 局域定位架构.11 3 3 定位关键使能技术与演进方向定位关键使能技术与演进方向.12 3.1 关键使能技术.12 3.1.1 UTDOA.12 3.1.2 AOA.12 3.1.3 RTT.13 3.2 演进方向.13 4 4 定位路标定位路标.15 4.1 技术/架构路标.15 4.2 定

5、位业务平台路标.15 5 5 现网（试点）案例现网（试点）案例.17 5.1 智慧商超.17 5.2 交通枢纽.17 5.3 智慧园区.18 6 6 总结和展望总结和展望.19 参考文献参考文献.20 5/20 1 1 定位需求定位需求 随着智慧化浪潮的兴起，垂直行业对定位的需求日益迫切。2020 年 6 月冻结的 3GPP Rel-16 版本中，引入了 5G 基站定位功能。R16 的设计目标为室内水平维和垂直维定位精度均小于 3m（区域内 80%用户），端到端时延小于 1s。行业的定位场景，主要分为两大类：广域定位场景和局域定位场景。广域场景里最典型的应用就是老人/小孩等定位，以及部分警务车

6、/出警人员等的定位。局域场景是定位的强需求场景，最典型的就是制造工厂里人/车/物/料的管理以及化工厂里高危区域安全管理等。1.11.1 广域场景需求广域场景需求 1.1.11.1.1 智慧物联智慧物联 智慧物联中定位的典型场景主要为老人/小孩定位、宠物跟踪等。该场景对功耗敏感，待机时长要求较高。老人定位：随着社会老龄化人口快速增加，老年人（尤其是失能老人）的看护，变成了一个需要全社会关注的重要课题。当前部分地方政府已经在通过门控、水龙头监控等方式来识别老人健康状态。未来可以通过定位、监控、通信一体化智能手环，解决老人防走失、健康监控、及时求助等问题。该场景定位精度要求达到 3 米，待机时长 1

7、 个月。宠物跟踪：当前猫狗宠物数在 1.5 亿以上，大量走失成为流浪猫狗。定位成为宠物跟踪防走失的关键刚需。该场景要求定位精度达到 3 米，电池要求 3 个月以上。1.1.21.1.2 智慧警务智慧警务 智慧警务对于 5G 定位的需求，主要集中在接警处理、警员出警和指挥控制调度。110/119 报警人定位：呼叫中心在接到报警电话时，结合定位和 GIS，可以直接在地图上显示报警人位置，节省位置询问时间，同时也可以指导出警人迅速 6/20 抵达现场。该场景要求定位精度 1030 米，由报警电话触发，不需要特殊定位终端，基于报警人的手机进行定位。消防队员安全定位：在火场环境下，精确跟踪消防员的位置，

8、并实现消防员和后场监控系统之间的信息传递，保护消防员的生命安全。该场景定位精度要求1 米。定位频率为 1 次/秒，要求终端尺寸小、功耗低，待机时间至少为 60 天。警务车/巡逻民警定位：结合 GIS 地图实时显示警务车和巡逻民警的位置状态，可以实现警力分布的宏观统计，指挥中心根据警情实时指挥调度警务车和距离事发地最近的巡逻民警出警。该场景要求定位精度 35 米左右，定位频率为 1次/分钟，要求定终端尺寸小、功耗低，待机时间至少为 90 天。1.21.2 局域场景需求局域场景需求 1.2.1 智能制造智能制造 智能制造工厂业务数据流复杂，园区面积大、涉及人员、设备众多，人员/物料定位是强需求，定

9、位精度要求 35 米，且对数据安全较敏感，要求数据不出园区。工厂可借助定位技术，实现对工厂内的人、车、物、料等的精确定位、无缝追踪、智能调配与高效协同，大幅提升工厂的生产效率及精细化管理水平。图1 智能制造典型定位需求 人员位置的管理：快速了解员工的分布，提高调度管理效率；同时可以基于人的位置，对特定区域的不当进入进行报警处理，提升园区的安全。物资的位置管理：基于位置做生产过程追溯，实现对每个产品生产流转过程（包括订单接收、确认产品 ID、生产组装、测试、厂内仓储、厂外物流等环节）的全程追溯及作业过程的高度透明化，规范作业流程的同时，大幅提高作业效率；AGV 自动路线规划导航服务：AGV 自动

10、牵引小车，根据位置信息进行路线规划与自动驾驶，极大提升 AGV 运营效率；智能制造作业场景对定位技术的抗干扰、抗遮挡能力要求较高，且定位终端 7/20 主要面向设备和企业员工，终端功耗较敏感。1.2.21.2.2 智慧化工智慧化工 化工园区，危险区域比较多，对人员定位是强需求，定位精度要求35米，且对数据安全较敏感，要求数据不出园区。同时化工园区安全性要求高，施工难，后续新增电气设备以及铺设线路安全评估周期长，施工会导致停工停产，需提早规划具备位置能力。图2 智慧化工典型定位需求 人员位置的管理：为园区提供电子考勤，提升管理效率；电子围栏：若工作人员误入危险区域，及时进行越界告警，保障员工的人

11、身安全；一键报警：根据定位终端的位置以及动态预测，检测当前用户的状态。当检测用户标签位置异于历史位置，或者一直处于静止态，则系统触发告警，保障人员/设备安全。1.2.31.2.3 智慧智慧商超商超 商超作为最重要的室内商业环境之一，室内定位技术将为其智慧化转型提供重要支撑，主要特点是定位终端在消费者侧，要求定位终端具有通用性，定位精度要求 13 米，可以定位到车位或者商超店铺区域。对于商超管理经营者来说，通过室内定位技术，可以为其提供基于位置大数据商业分析工具，为商场提供客流动线、停留时长、到访频次等分析核心信息，提升管理商场经营管理水平。8/20 图3 商超管理经营者位置服务：到店客流监测、

12、用户数据分析 对于店铺管理经营者来说，基于位置服务可为其提供会员到达提醒，优惠活动触达客户等，提升店铺经营效率。图4 店铺管理经营者位置服务：到达提醒，优惠活动 针对消费者来说，基于位置服务可为其提供商场定位、导航、导购服务，以及停车、寻车服务，提升用户的体验。图5 个人位置服务：商品推送、定位导航、反向寻车 1.31.3 需求小结需求小结 综上所述，典型行业定位场景的定位需求归纳如表 1。从场景、需求可以看出，不同行业、不同业务对于定位的精度、功耗等需求差异巨大，定位网络、定位技术的选择需要与不同的需求进行适配。表1 典型行业定位场景需求 9/20 场景分场景分类类 典型场典型场景景 行业应

13、用行业应用 定位精定位精度需求度需求 终端需求终端需求 定位数据是否可定位数据是否可以出园区以出园区 形态形态 续航续航 广域场景 智慧物联 老人定位 3 米 穿戴设备 1 个月 NA 宠物跟踪 3 米 小型标签 3个月以上 智慧警务 110/119 报警人定位 1030 米 报警人手机 无 消防队员安全定位 1 米 嵌入消防头盔或消防鞋 60 天 警务车/巡逻民警定位 35 米 穿戴设备 90 天 局域场景 智能制造 人员的位置管理 35 米 穿戴设备 否 物资的位置管理 35 米 标签 AGV 自动路线规划导航服务 35 米 标签 智慧化工 人员位置管理 35 米 穿戴设备 否 电子围栏、

14、一键报警 智慧商超 产品推送及智慧运营 1-3 米 消费者手机 无 是 客流分析及商场管理 导航导购及停车寻车 10/20 2 2 定位架构定位架构 从定位需求来看，广域定位场景一般对数据不出园区没有硬性要求，对定位时延不敏感，适合复用大网（广域）架构。而绝大多数的行业局域场景对数据不出园区有强烈的安全诉求，且对定位时延敏感，要求架构简单，部署灵活，需要考虑适配局域架构。2.12.1 广域定位架构广域定位架构 图6为适用于广域场景的定位架构，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

15、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。图6 广域定位架构 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。基站（gNB）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)/信号强度（RSRP）等测量，并将测量结果上报给5G核心网。5G核心网 参与网元较多，如UDM、AMF、LMF、GMLC等，根据gNB/UE测量结果完成位置解算，并通过MP1接口将用户位置反馈给运营商5G位置服务平台；运营商5G位置服务

16、平台 11/20 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。，2.22.2 局域定位架构局域定位架构 针对局域场景要求定位业务在本地完成的安全诉求，在原有4G本地定位架构基础上，创新提出了5G高精度局域定位服务架构。局域定位架构涉及网元较少，可实现快速部署，如图7所示。图7 局域定位架构 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PR

17、S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。基站（gNB）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)/信号强度（RSRP）等测量，并将测量结果上报给定位服务器。定位服务器 以上行测量为例，定位服务器根据BBU上报的测量信息进行定位解算，完成位置信息与用户信息的绑定，并支持将位置信息批量上报给运营商位置服务平台。运营商位置服务平台 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。12

18、/20 3 3 定位定位关键关键使能技术与演进方向使能技术与演进方向 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，本章节重点介绍UTDOA、AOA、RTT技术。定位技术在Release17/18版本中，也将会在降低定位时延、提高定位精度、降低定位终端功耗等方面进行持续演进。3.13.1 关键使能技术关键使能技术 3.1.13.1.1 U UTDOATDOA UTDOA（Uplink Time Difference of Arrival）即上行到达时间差定位法。该定位方法通过计算终端上行参考信号S

19、RS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，适用于室内皮站场景。图8 UTDOA原理示意图 3.1.23.1.2 AOAAOA 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 13/20 线阵列的方向等，来确

20、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，适用于室外宏站场景。3.1.33.1.3 R RTTTT 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。图9 RTT原理示意图 3.23.2 演进方向演进方向 R17在商业应用下的定位目标为：对90%的用户的水平定位精度小于1米、垂直定位精度小于3米、端

21、到端定位估计时延小于100毫秒。在IIoT用例下的定位目标为：对90%的用户的水平精度和垂直精度分别小于0.2米和1米，部分场景的精度放松到0.5m90%。端到端定位时延小于100毫秒。为达成该设计目标，R17主要在聚焦在降低定位时延、增强NLoS上报等几个方面增强来提升定位精度：1.通过减少UE以及gNB相关的收发时延来增强定位精度，包括基于下行，基于上行，和上下行结合的定位技术，以及基于UE(UE-based)和UE辅助(UE-assisted)定位技术中如何来减少时延。2.增强定位信令和流程来降低定位时延，包含基于下行，和上下行定位结合的定位技术。降低时延的技术包括多项：定位测量，定位估

22、计，以及定位辅助数据相关的请求和响应流程；UE测量所需时间的增强；UE测量间隙相关的增强。14/20 3.支 持 基 于 UE(UE-based)和 基 于 网 络(network-based)的 非 激 活(RRC_INACTIVE)态UE的定位，包括支持UE在非激活态定位测量以及上报测量结果的下行定位；以及支持gNB测量非激活态上行信号的上行定位和上行结合的定位技术。从定位需求可以看出，可穿戴设备的定位是一个刚需。面向行业可穿戴设备的定位需求，低功耗、低成本定位（如Redcap终端的定位）成为R18定位的重要研究方向。该方向的持续增强将有助于提升5G定位的竞争力，打开基于5G定位的垂直市场

23、。15/20 4 4 定位路标定位路标 为满足垂直行业对定位解决方案的迫切需求，产业各方应积极行动，加快定位端到端相关技术和产品的研发，力争早日商用。4.14.1 技术技术/架构路标架构路标 为满足行业对5G定位的需求，网络将分阶段引入UTDOA、局域定位架构等定位增强技术，技术路标如下图：图10 定位技术/架构路标 4.24.2 定位定位业务业务平台路标平台路标 以行业需求为导向，以室内高精度定位平台和服务为核心，推进室内多元融合高精度定位平台的研发和建设，推进5G+位置服务能力的拓展。2020年已构建定位平台基础服务能力，实现基础位置解算能力、开发电子围栏、路径跟踪等基础服务能力；2021

24、年将持续开发智能考勤、区域统计、热图展示等共性行业业务功能组件，并可响应行业个性化项目研发需求，不断丰富平台业务功能和位置服务解决方案，满足行业应用需求，深化行业的拓展能力。16/20 图11 定位平台路标 17/20 5 5 现网（试点）案例现网（试点）案例 5.15.1 智慧商超智慧商超 中国移动联合产业在广州完成了业界首个基于 UTDOA 技术+局域架构的室内商用验证。试点表明，该方案可实现 5G 室内高精度定位业务的快速部署，定位精度优于 2 米。同时，支持位置信息批量订阅，使得面向工厂、商超、机场、园区等各典型行业的 5G 定位服务规模应用成为可能。图13 智慧商超（楼宇）室内试点

25、5.25.2 交通枢纽交通枢纽 中国移动联合产业在杭州完成了UTDOA技术+广域架构的5G定位室内应用试点，实现了 23 米90%定位精度。该功能不仅可以使工作人员快捷调度和统一指挥变得更高效，还能为旅客提供多楼层导航、餐饮或购物店铺精准推送等智慧化的优质服务。18/20 图14 交通枢纽室内试点 5.35.3 智慧园区智慧园区 中国移动联合产业在深圳完成了业界首个基于 RTT 技术+局域架构的室外试点验证。试点表明，该方案可实现 5G 室外高精度定位业务的快速部署，定位精度优于 2 米。同时，支持位置信息批量订阅，使得面向工厂、商超、机场、园区等各典型行业的 5G 定位服务规模应用成为可能。

26、图13 智慧园区室外试点 19/20 6 6 总结和展望总结和展望 本白皮书从定位的广域/局域行业需求、面向定位场景的关键使能技术及其后续演进方向、适配不同场景的定位架构、定位端到端技术路标等方面阐述了中国移动对 5G 基站高精定位的发展规划与技术判断，旨在呼吁产业界共同努力，促进定位端到端技术成熟与落地，赋能更多的行业应用，推动行业向数字化、自动化、智能化转型。当前，面向行业需求的不断增长，产业上下游需要提前在技术及规划上做好准备。一方面，进一步推动使能技术的持续增强，加强对低成本低功耗定位方向的投入；另一方面，针对行业的共性特色强需求场景，如数据不出园区的局域定位场景，进一步推动局域定位架构端到端成熟。面向未来，定位乃至 5G 网络的发展需要参与行业数字化的各方共同努力，明确行业对定位业务的需求，完善使能技术体系，不断提升 5G 网络的高精定位能力。期待未来，中国移动与产业界共同携手，推动行业应用的快速落地，助力我国 5G 行业网、5G 垂直行业取得更大的成功。20/20 参考文献参考文献 1 3GPP TS38.305 2 3GPP TS38.355 3 3GPP TS23.273 4 中国移动,精准定位联盟.室内定位白皮书,2020.