为满意5G架构下移动定位商场的高精度定位特性和需求，提出了依据5G移动通讯网络的定位网络架构，要点规划了依据5G信号的高精度定位技能方案。经过技能功用评价证明，运用蜂窝网进一步提高定位精度在5G网络中成为或许。猜测5G移动定位的布置趋势将是通讯定位一体化、本地化，工业物联网和车联网场景下对高精度定位的需求，将是后续高精度定位要点开展的方向。

　　移动通讯网络定位技能最早起源于美国，1996年，美国联邦通讯委员会（FCC）强制要求一切无线事务供给商，在移动用户动身紧迫呼叫时，必须向公共安全服务体系供给用户的方位信息和终端号码，以便对用户施行紧迫救援作业，并要求到2001年10月，67%的呼叫定位精度抵达125 m。美国联邦通讯委员会这一规则，清晰了供给E-911定位服务是移动通讯网络必备的根底功用。尔后，日本、德国、法国、瑞典、芬兰等国家纷繁推出各种各具特色的商用定位事务。跟着我国移动通讯的蓬勃开展，依据方位的事务近年来在我国顾客范畴出现了爆发式增加。

　　到，5G定位事务场景更丰厚，其掩盖度、精确度、时延、移动速度等各方面方针要求远高于4G。从顾客范畴搬运到了更为广泛的笔直范畴，特别是室内定位事务的诉求越来越多，精度要求和移动速度方针大大提高。现在方位信息服务（LBS, Location-Based Service）在国防军事、交通运输、公共安全等范畴效果日益凸显。

　　（图1）[2]。特别是室内掩盖和密布掩盖场景，是急需提高功用的场景。一起，这两类场景也是移动通讯网络掩盖相对密布的区域。在5G网络架构下，运用蜂窝网进一步提高定位精度在5G网络成为了或许。

　　5G通讯以高速率、低时延、很多衔接等为特征，其关键技能包含大规模天线阵列、超密布组网、新式多址、全频谱接入和新式网络架构等。5G遍及选用毫米波通讯，因为毫米波优异的方向性，可以完结精确的测角、测距等，能得到比4G定位办法更高的精度，然后完结精确的基站定位。大规模天线技能具有更高的自由度，可以完结更高精度的测距和测角特性，特别是依据AOA的定位办法在5G将会具有更高的精度。依据DL-TDOA和UL-TDOA、小区ID或E-CID等已知定位技能，运用守时丈量来定位UE，带来了新的功用边界（特别是在高频带运用宽带信号）。

　　面向5G定位场景需求，依据5G网络的高精度定位技能孕育而生。5G网络定位相关规范在3GPP规范拟定中分为两个阶段，第一个阶段是将LTE网络中的定位技能滑润移植到NR（5G）网络，NR R15版别中现已表现。第二阶段是针对5G新增场景需求，面向5G新的网络架构，提出新的高精度定位办法和定位架构

　　（图3），并上报给网络。定位服务器依据多个参阅信号时刻差RSTD（Reference Signal Time Difference），运用罗兰导航技能的逆使用，已知时刻差和基站方位，解方程组，然后取得终端方位估量。

　　Rel-16 NR规范没有界说NR DL-TDOA定位的详细算法。终端丈量两个TRP（其间一个为参阅TRP）发射的下行定位参阅信号（DL PRS）的抵达时刻之差（RSTD），由每个丈量值（DL PRS RSTD）转换为间隔，然后构成一条双曲线，双曲线的焦点为这两个TRP地点的方位，双曲线上的恣意点到两个TRP的间隔之差为RSTD丈量值，UE即坐落双曲线之上的某个点。若UE由N个TRP取得N-1个DL PRS RSTD丈量值，则可构成一个有N-1个双曲线方程的方程组，UE的方位可由解算该双曲线

　　显现了一个用NR DL-TDOA进行定位的比如，其间UE由3个TRP得到2个DL PRS RSTD丈量值RTSD2,1和RTSD3,1（TRP1为参阅TRP），由RTSD2,1和RTSD3,1构成条2个双曲线个双曲线的交点得到。一般来说，每个DL PRS RSTD丈量值都有必定的丈量差错。因此，运用NR DL-TDOA定位时，期望UE能从较多的TRP取得更多和更精确的RSTD丈量值，以下降丈量差错对UE方位解算的影响，得到更精确的UE方位。这要求合理和优化地规划DL PRS信号（如信号序列、映射形式和静音形式等），让UE由尽或许多的TRP接纳到DL PRS信号并取得精确的RSTD丈量值。

　　Multi-cell RTT 技能是5G新引进的高精度定位技能。依据抵达时刻TOA的原理，终端以基站为圆心，确认终端二维坐标需求3个圆，终端在3个圆的交点

　　。终端丈量下行参阅信号，取得发送接纳时刻差；基站丈量单元捕获上行参阅信号，丈量发送接纳时刻差，汇总到定位服务器，解方程组。以往移动通讯网络定位DL-TDOA技能要求各个基站严厉同步，但Multi-cell RTT技能不依赖基站间的严厉同步，丈量精度不会遭到基站间的同步精度的影响，可是需求终端知道信号开端传输的切当时刻。TOA原理：依据丈量接纳信号在基站和移动台之间的抵达时刻，然后转换为间隔，然后进行定位。该办法至少需求三个基站，才干核算方针的方位。

　　NR Multi-RTT定位办法选用的丈量值，为UE丈量的来自各TRP的DL PRS的抵达时刻与UE发送定位参阅信号（SRS-Pos）的时刻差（称为UE Rx-Tx时刻差），和各个TRP所丈量的，来自UE的SRS-Pos的抵达时刻与TRP发送DL PRS的时刻差（称为gNB Rx-Tx时刻差）。

　　UL-TDOA与DL-TDOA原理相似，但它是依据上行定位参阅信号的定位技能。由基站丈量终端发射的信号抵达不同基站的传输时刻差，网络依据上行参阅信号，多个基站丈量终端抵达时刻差

　　，然后把丈量值上报给定位服务器，运用双曲线算法核算出UE的方位。在NR UL-TDOA定位办法中，服务基站首要要给UE装备发送上行链路定位参阅信号（SRS-Pos）的时刻和频率资源，并将SRS-Pos的装备信息告诉给定位服务器。定位服务器（LMF）将SRS-Pos的装备信息发给UE周围的TRP。各TRP依据SRS-Pos的装备信息去检测UE发送的SRS-Pos并获取SRS-Pos抵达时刻与TRP自身参阅时刻的相对时刻差（UL RTOA）。UL-TDOA一般选用依据网络的定位办法，即各TRP将所丈量的UL RTOA传送给LMF，由LMF运用各TRP供给的UL RTOA以及其他已知信息（例如TRP的地理坐标）来核算UE的方位。

　　终端丈量上报下行参阅信号抵达终端的接纳功率，网络依据发送波束方历来估量终端的方位视点。5G选用的大规模天线技能，具有更高的自由度，可以完结更高精度的测距和测角特性。在NR DL-AOD定位办法中，UE依据定位服务器（LMF）供给的周围TRP发送下行定位参阅信号DL PRS的装备信息，来丈量各TRP的DL PRS信号，并将DL PRS RSRP丈量值上报给LMF。LMF运用UE上报的DL PRS RSRP以及其他已知信息（例如各TRP的各个DL PRS的发送波束方向）来确认UE相对各TRP的视点，即DL-AOD，然后运用所得的DL-AOD以及各TRP的地理坐标来核算UE的方位。

　　网络依据上行参阅信号，多个基站丈量终端发射的参阅信号抵达基站的方向。每个方向便是一条终端指向基站的直线，经过多个基站丈量就可以得到多条直线，这些直线的交点即为待定位终端的估量方位，解方程组，取得终端方位。5G选用的大规模天线技能具有更高的自由度，可以完结更高精度的测距和测角特性。

　　Rel-16 NR规范既没界说TRP怎么由UE SRS-Pos获取UL AOA，也没有界说LMF怎么由UL AOA来确认UE的方位。估量UL AOA的算法有多种，简略的办法是直接用接纳波束的方历来作为UL AOA。这种简略办法的视点估量分辨率较低。分辨率较高的办法是经过接纳天线阵列接纳UL SRS-Pos信号

　　，运用信号和噪声子空间之间的正交性，经过有用的算法（例如MUSIC、ESPRIT等）将调查空间分解成两个子空间：信号子空间和噪声子空间，并由信号子空间估量SRS信号的抵达方向UL AOA。一旦取得UL AOA，就可运用已有的算法来核算出UE的方位（图7）。

　　Cell-ID是曩昔3G移动网络中最简略的一种定位技能，定位算法运用手机地点蜂窝小区和小区掩盖半径来进行大略预算，后来LTE结合了时刻提前量和方位抵达角进一步提高定位精度。

　　，联合终端地点小区ID信息，核算方针的方位。常用的办法是由UE所上报的RRM丈量值（参阅信号接纳功率或参阅信号接纳质量），结合假定的信道途径损耗模型推导出UE与发送参阅信号的TRP之间的间隔，然后由TRP的地理坐标、UE与TRP的间隔以及TRP参阅信号发送方向核算出UE的方位。因为假定的信道途径损耗模型与实在信道途径损耗的差异，以及RRM丈量值的丈量差错，所推导的UE和TRP之间的间隔与UE和TRP之间的实在间隔差错一般较大，因此E-CID定位的精度相对于NR的其他定位办法较低。

　　3GPP安排经过对依据5G无线信号的定位技能的开始评价，首要考虑方针监管需求和商业使用需求。以掩盖80%的用户为基准界说了最低功用方针 [3] ：针对方针监管的惯例则位需求，水平方向的定位差错小于50 m，笔直方向的定位差错小于5 m，定位时延小于30 s；针对商业使用定位需求，水平方向的定位差错室内小于3 m，室外小于10 m，笔直方向的定位差错小于3 m，定位时延小于1 s。

　　3GPP给出了依据蜂窝网络的5G候选定位技能方案的精度功用的评价成果 [3] ：

　　（1）面向室内掩盖场景，上述六种定位技能可以满意方针监管需求（美国911紧迫呼叫）和商业使用需求。

　　（2）面向密布城区微蜂窝掩盖场景，上行AoA定位技能无法支撑商业使用需求。

　　（3）面向宏站掩盖场景，下行技能可以满意5G的方针监管需求和商业使用需求，可是上行技能无法满意方针监管需求和商业需求，Multi RTT无法满意室外终端的商业使用需求。

　　（4）上行和下行的定位技能方案的精度最高到米级，无法抵达分米级乃至厘米级的定位精度。

　　从现在高精度定位网络架构来看，5G移动定位的布置趋势将是通讯定位一体化、本地化：

　　（1）一体化：依据现有的蜂窝网络，建造一个依据移动通讯网的高精度六合一体化定位网络。定位发射单元丈量单元与通讯设备一体化，运用传统的室内散布体系，建造依据移动通讯信号的定位发射单元和丈量接纳单元，低成本地建造地上高精度掩盖网络，完结高精度室内定位掩盖诉求。

　　（2）本地化：将传统的依据中心网的定位服务功用单元进行本地化处理。定位服务器功用下沉到无线接入网单元，本地完结方位预算存储功用，提高定位服务功用在移动通讯网中的快速布置、晋级、呼应才能。

　　跟着移动定位事务从4G走向5G，从顾客范畴走向笔直范畴，工业物联网场景和车联网场景的高精度定位诉求将是后续高精度定位开展场景。以下是现在3GPP方案要点研讨的高精度定位场景需求：

　　（1）工业物联网的场景下（特别是工厂/园区内），因为工业化操作和移动财物的办理，对定位精度需求定位精度要求将会在20 cm之内，乃至更低。

　　（2）在车联网场景下，对车辆间相对方位定位的精度要求将会在0.5 m之内，车辆前后方位定位精度将会在0.1 m之内。

　　（3）整体定位时延将控制在100 ms之内，在IIOT中一些实时性更强的场景下，定位时延期望在10 ms之内。

　　二维码，到知网阅览下载本篇论文★原文发表于《 移动通讯》2022年第1期★

　　【2022年 · 第1期】“5G中心网”专题论文调集（11篇）【通感一体化 5月专题征稿】4月5日截稿

　　《移动通讯》杂志由我国电子科技集团公司主管，我国电子科技集团公司第七研讨所主办，是我国科技中心期刊、我国期刊方阵“双效期刊”、工业和信息化部精品电子期刊、广东省优异期刊、我国科技论文计算源刊。

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