1 中移（上海）信息通信科技有限公司 中国上海 200120；2 中国移动通信集团湖北有限公司 湖北武汉 430023
摘要：进入5G+AICDE的移动互联网时代，基于5G技术的需求或5G网络的应用日益增多，遍布在各行各业。5G融合定位，就是其中一种典型的应用。位置定位服务（LBS）有了进一步的发展，虽然定位精度仍有进一步提升的空间，但基于LBS的需求很旺盛。本文整理了当前应用的5G融合定位技术，指出了后期有待开发的应用场景。本文的工作，旨在为技术人员提供理论支持，为市场人员提供场景开发指导，为管理人员提供决策支撑。
关键词：5G融合定位；卫星定位；定位精度；应用场景
1 概述
按照3GPP的R16标准，5G本身兼备一定的定位功能，即5G自带定位能力，基于5G基站的位置定位服务。当前，尽管5G定位的服务已融入到各行各业，但其本身仍存在一定的不足，一方面，5G定位的精度，存在一定的制约，最好的情况是处于米级，还有一定的提升空间。另一方面，5G定位精度的提升，需要其他辅助装备或技术（比如GNSS辅助、众包、高精度地图、SLA服务等），这无形之间增加了定位成本和实现代价。再者，5G定位的应用场景有限，还有待进一步的开发。
目前虽然有无线蜂窝、蓝牙、UWB、Wi-Fi、红外等定位技术作为卫星定位的补充提供定位能力，但多种定位技术间缺乏有机的和深层次应用的融合，仅仅解决定位精度或者定位范围等某一方面的问题，缺乏一种能够将多种定位技术融合在一起的、全面的、系统的、层次化的融合定位技术框架，无法无缝解决GPS无法到达区域的人或物的位置定位问题。本文对5G环境下基于LBS技术的定位技术进行了综述，总结了用于5G定位融合的辅助技术，指出了5G定位技术有待开发的应用场景。
2 5G融合定位技术
2.1 移动通信网络自身的定位技术
移动通信网络从2G发展到5G，先后经历了多种定位技术，描述如下：
（1）基于CELL ID的E-CID技术
一般地，每个基站有三个扇区，每个扇区120度，对应一个小区，这样，每个小区就会有一个唯一的识别码（CELL ID）。每个基站的绝对位置（经度、维度）都是已知的，这样，就可以通过CELL ID来大致锁定用户手机（MS、UE）的位置。E-CID技术是在CELL ID的基础上形成的增强型定位技术，主要包括CELL ID+RTT和CELL ID+RTT+AOA等。其中，CELL ID+RTT定位技术是在CELL ID的基础上增加RTT测量，可对附近的三个基站进行距离估算来提升定位精准度。CELL ID+RTT+AOA则是在CELL ID+RTT的基础上，再增加AOA测量，更进一步提升定位精度。
（2）TDOA（到达时间差）定位法
TOA（到达时间）指通过测量多个基站发送的参考信号到达手机的时间，来计算不同基站与手机之间的距离，并以该距离为半径分别画一个同心圆，再通过定位算法（三边定位算法、最小二乘算法），来估算手机位置。对TOA进行改进，通过测量手机与附近两个基站的信号到达时间差，来计算手机到基站的距离差，即形成了TDOA技术。基于TDOA定位方法，形成了OTDOA（测量到达时间差定位法）、UTDOA（移动终端发射上行测量信号）和E-OTD（增强测量时间差）等多种定位法。
（3）5G定位技术
.png)
图1：5G定位技术示意图
根据3GPP的R16定义，5G定位能力必须满足一定的最低要求：对于80％的终端，水平定位精度不高于50米，垂直定位精度不高于5米，定位的端到端时延低于30秒。
2.2 融合定位的辅助技术
5G定位技术的应用，存在一些不足，需要引入一些其他技术进行补充。目前，主流的室内定位技术包括蓝牙定位、UWB定位、WIFI定位、SLAM定位等，相应的技术描述如下：
（1）蓝牙定位技术：蓝牙定位技术是一种短距离的无线通信技术，按照实现原理，又可分为iBeacon基站自主定位、蓝牙网关定位、蓝牙AOA定位等多种定位技术。
（2）UWB定位：
UWB（超大带宽）是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbps至数Gbps的数据传输速率UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面就广。
（3）WIFI定位：
每一个无线AP都有一个全球唯一的MAC地址，并且一般来说无线AP在一段时间内是不会移动。设备在开启Wi-Fi的情况下，即可扫描并收集周围的AP信号，无论是否加密、是否已连接、甚至信号强度不足以显示在无线信号列表中，都可以获取到AP广播出来的MAC地址。设备将这些能够标示AP的数据发送到位置服务器，服务器检索出每一个AP的地理位置，并结合每个信号的强弱程度，计算出设备的地理位置并返回到用户设备。
（4）SLAM定位：
SLAM是同步定位及建图，指搭载环境感知传感器等的运动主体，利用环境观测信息估计自身的位姿变化与运动轨迹，同时建立环境地图。按照应用场景分类，SLAM包括激光雷达SLAM、视觉SLAM、视觉-惯性SLAM等多种解决方案。
3 5G融合定位场景开发
5G融合定位的应用场景众多，比如在企业服务领域，5G融合定位可应用于智慧商场与大型超市、智能生产与制造、仓储物流、电力能源等行业；在政府公共服务领域，5G融合定位可应用于智慧交通与公共枢纽、医疗养老、博物展览、矿井、隧道、地下管道等行业。尽管如此，5G融合定位的应用场景，仍需进一步的开发。这里，探讨部分应用场景。
场景1：水泵定位
水泵的类型有多种，用途广泛，比如城市道路广泛分布的消防水泵、用于抗洪抗旱的抽水水泵、居民用水的输送水泵等。可移动的水泵，根据不同的应用场景，具有不同的用途，这类水泵，需要进行定位管理。一方面是出于防盗的目的，方便水泵的追踪与破案；另一方面，则是需要监测水泵的工作状态和流向。
场景2：情侣相互定位
情侣之间的相互定位，是年轻人一直期待的业务，既能体现了人与人之间的相互信任，又能实现“防患于未然”的安全保障。开发该类业务，需事先规避法律方面“泄露用户隐私（用户位置）”的风险，因此，在开通业务前，需要情侣双方签订业务开通协议。位置信息仅限于两人知晓。情侣相互定位只是该类业务的一种应用，可进行扩展，比如夫妻相互定位、父母与子女相互定位、家庭成员多方相互定位、项目团队多方相互定位等。
场景3：监护人对被监护人的定位
与情侣相互定位的业务不同，监护人对被监护人的定位是单向的，即只有监护人才能知道被监护人的位置，被监护人对定位信息无感。该类业务，一般是被监护人没有行为能力或被限制了行为能力，比如父母对子女的监护、年轻人对老人的监护的监控等。
4 结束语
作为一项新的技术应用，5G融合定位不可避免也会伴随新的挑战，比如室内的高精度地图尚未普及、室内的地理信息和定位信息以及个人位置的私密安全性如何保障、toC的定位是否存在法律风险等。后期，将从三个方面开展工作。首先，针对不同的应用场景，研发新的定位技术，更进一步降低定位的代价，提升定位的精度。其次，基于现有的定位技术，实现已确定的应用场景，巩固现有技术方案的价值。第三，广泛开展市场调研，进一步开拓市场，开发更多更贴近用户或企业的应用场景，让更多的用户从科技中受益。
参考文献：
[1]刘江.基于井下WiFi（5G无线通讯）矿用人员定位系统的探究[J].信息技术与信息化.2020（12）.
[2]昌飞.北斗+5G室内外融合定位技术的应用展望[J].集成电路应用.2021（01）.
[3]姚海敏；陈建华.基于高精度地图及多传感器融合定位的车路协同应用实践[J].测绘地理信息.2020（12）.
作者简介：
廖振松（1979-），男，湖北仙桃人，华中科技大学博士，高级通信工程师，从事边缘云计算、车联网、大数据应用等方面的研究。