5G Release 16如何革新定位精度

3GPP Release 16通过利用新信号特性并融合多种非蜂窝技术，承诺提供更廉价、更可靠的高精度定位服务，为混合定位打开大门。

当我们在手机上点击GPS坐标时，得到的是一个统计估计。该值代表一种概率——通常为50%——即设备位于报告位置特定半径（如1米）内。我们对该数值的信任程度取决于底层数据如何生成和验证。

GNSS长期以来一直是精准定位的金标准，但对安全关键、高精度应用日益增长的需求，要求具备稳健的置信度指标，并在卫星信号失效时提供回退选项。

蜂窝调制解调器通过三角测量蜂窝信号已提供粗略定位。u-blox等领先制造商提供结合GNSS与蜂窝数据的混合模块，以扩展覆盖和可靠性。

5G定位——5G生态系统中常被忽视的一面——正由行业驱动的3GPP标准化。该组织汇聚七个技术机构和数百家企业会员，正引导5G定位朝向多元垂直行业需求发展。

定位从一开始就融入蜂窝网络，最初用于将呼叫路由至正确基站。1999年监管对紧急服务的要求和2002年欧盟要求加速了蜂窝定位服务演进，3GPP持续完善这一进程。

当今4G LTE基础设施提供一套定位方法——小区ID、增强小区ID、TDOA等——各有不同精度和覆盖。附表（见图1）总结了这些技术。

表1. 主要4G LTE定位服务

5G Release 16如何革新定位精度

除监管强制外，越来越多硬件制造商、航天机构和运营商要求亚米级精度以启用下一代服务。应用涵盖自动驾驶汽车、无人机、智慧城市、穿戴设备和AR。

5G承诺绝对和相对定位的融合，每种均附带量化置信度。关键性能指标——水平/垂直精度、相对精度、首次定位时间、速度精度、功耗、延迟和安全性——在Release 16中仍在完善中。

图1展示了三大垂直领域——无人机任务、工业物联网追踪和自动驾驶导航——的严格精度目标，依据3GPP TR 22.872及相关研究。

5G Release 16如何革新定位精度

现代GNSS接收机现可利用多星座——GPS、GLONASS、Galileo、北斗——且在许多情况下支持区域增强系统。多星座、多频段设备（如u-blox F9）能捕获更多卫星，即使在城市峡谷也能改善精度和首次定位时间。

双频段接收机利用频率多样性缓解电离层延迟，将开阔天空下平均误差从约2.5米降至1米以下。商业校正服务（包括差分和RTK）进一步将精度推向厘米级。

新兴基于广播的校正方案旨在通过互联网或卫星向整个区域提供高精度数据，在保持精度的同时降低成本。

GNSS在室内和隧道仍表现挣扎，且遭受数秒冷启动延迟。辅助GNSS（A-GNSS）和惯性导航系统（INS）可弥补这些短板，尤其在汽车场景中。

3GPP Release 15定义的5G新空口已在全球以非独立组网和独立组网配置推出。虽然首批商用5G部署始于2019年，但高精度定位标准将在Release 16引入，计划2019年底发布，2020年部署。

运营商视5G为三大核心场景的收入驱动力：eMBB（增强移动宽带）、uRLLC（超可靠低延迟通信）和mMTC（大规模机器类通信）。每个场景都要求更高精度、更低延迟和更高可靠性。

蜂窝定位将利用上行链路和下行链路信号、增强小区ID、TDOA，并可能采用侧向链路设备到设备技术。5G更宽带宽，尤其是24 GHz以上毫米波频段，锐化时间分辨率并缓解多径干扰。

更高频段部署导致基站网络更密集，并采用具备波束成形的先进天线阵列，改善时延、到达角和离开角测量。某些情况下，单个基站即可满足精准定位需求。

没有单一技术能保证跨所有环境所需的严格精度。GNSS室外优势明显但室内失效；5G在室内外均表现出色。融合GNSS、蜂窝、Wi-Fi、蓝牙、地面信标和惯性数据的混合方案，提供高置信度定位所需的冗余和完整性。

3GPP研究范围明确包含GNSS、地面信号和短距无线，目标在2020年Q1完成Release 16规范。

在5G多元信号图景中交付基于蜂窝的定位，要求跨GNSS、蜂窝、卫星和短距域的复杂集成和快速基础设施部署。行业必须协作，产出超越各部分总和的解决方案。

u-blox在GNSS、短距无线和蜂窝技术的专长，使其独特地处于加速5G混合定位、促进创新和释放新应用的位置。

本文由u-blox产品中心定位部高级首席工程师David Bartlett合著。

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