移动通信网络侧高精定位应用研究_中国移动高精度基站

通信世界网消息（CWW）定位技术根据业务发起方式可分为主动定位与被动定位。主动定位指人员借助移动终端主动获取自己的位置信息，多用于车辆导航、测绘、娱乐等终端侧应用场景，主要定位技术为卫星定位。目前，基于北斗卫星导航系统的终端侧定位技术已被广泛应用，可实现室外亚米级、厘米级定位精度。被动定位又称为网络侧定位，指位置管理平台通过网络侧定位技术获取被定位终端的位置信息，多用于人员实时位置管理、报警定位、120定位、车辆管理、司法校正、信用卡防盗、物品实时位置管理等应用场景，主要依赖基站定位技术，常用的基站定位技术有基于小区标识的CELLID定位、基于信号强度的ECID定位及基于参考时间的TDoA定位、MultiRTT等，可实现室外百米级到十米级定位精度，但与卫星定位仍存在较大差距。

基于“5G+北斗”的融合定位系统，可提供网络侧高精位置服务。5G网络通过控制面可对空闲态终端进行唤醒，使终端连接到网络执行定位交互流程，获取终端位置信息。北斗卫星定位系统通过星历数据播发实现终端对卫星信号快速捕获，并通过差分改正技术消除卫星和路径相关干扰，从而实现高精定位。本文设计了网络侧高精度定位的架构和关键方案，，获取终端所在位置的差分数据与星历数据，通过蜂窝网控制面与终端进行交互，触发终端接收差分数据并进行北斗高精定位，最终获取终端高精度位置信息。基于“5G+北斗”的融合定位可满足各行业对位置管理精度提升的需求，更好地支撑政府与公共服务领域紧急救助、公检法司、交通枢纽、数字化城市管理等定位服务，满足企业的智慧工厂、仓储物流、人员管理等定位需求，提供服务范围内全天候、高精度的亚米级，甚至厘米级定位服务，实现北斗系统的深度应用。

“5G+北斗”网络侧高精定位系统设计

LBS（Location Based Services)是通过移动通信网与卫星定位系统的定位技术获得移动终端位置，进而实现各种与位置相关的服务业务。位置服务是众多应用场景的底层能力，包括蜂窝网基站定位技术、卫星定位技术及UWB、蓝牙等小射频定位技术。其中，室外定位场景可使用卫星定位，室内可使用蜂窝定位或UWB、蓝牙定位。LBS定位能力融合平台可满足基于平台侧位置管理类需求与终端位置自服务需求，基于多种定位技术融合可提供室内外无缝的高精定位服务，为万物互联提供精确的时空信息感知能力支撑。

“5G+北斗”网络侧高精定位功能以北斗卫星导航系统为主要定位手段，结合全面覆盖的5G网络控制面定位技术，向各领域提供高精度位置服务。此定位功能需要北斗差分数据中心、“5G+北斗”融合定位平台、5G核心网、5G基站及支持北斗高精定位的5G终端共同协作。其中，差分数据中心用于提供北斗实时差分改正数与星历数据；“5G+北斗”融合定位平台用于发起控制面定位流程，向终端播发卫星数据并获取终端位置；5G核心网与无线网用于具体流程交互（如终端寻址、唤醒及定位流程传递）。

本文设计的“5G+北斗”网络侧高精定位系统主要由北斗差分数据中心、“5G+北斗”融合定位平台、5G核心网与基站、支持北斗高精定位的5G终端等组成。其中，“5G+北斗”融合定位平台既包含了5G定位GMLC和LMF的能力，还新增了与差分数据中心的接口，以获取卫星增强数据。图1为“5G+北斗”网络侧高精定位系统结构。

图1 “5G+北斗”网络侧高精定位系统结构

实现高精定位的关键点

关键点一：5G网络基于控制面LPP的功能支持

网络侧北斗高精定位需要5G网络控制面LPP协议层的支持，LPP协议在5G网络中的交互关系如图2所示。LPP需要5G核心网AMF、NG-RAN支持LPP消息的承载，建立终端与融合定位平台网元LMF间的信令连接。融合定位平台作为网络侧定位的发起端，需要LMF支持基于LPP协议的定位流程与北斗卫星数据的编码封装功能，支持通过与终端交互提供多种类型的星历数据与差分数据，如单星历、混合星历、多星多频差分数据、多星单频差分数据等，以实现终端侧的定位解算需求。

图2 LPP协议在5G网络中的交互关系

关键点二：终端芯片基于网络侧北斗高精定位能力的支持

控制面北斗高精定位能力需要终端通信芯片支持基于控制面LPP协议，并支持北斗高精定位解算。通过LPP协议传递星历数据与差分数据，终端获取卫星辅助数据后传递给终端北斗高精定位解算芯片或解算模块，进行卫星差分位置解算。目前行业标准规范已支持通过控制面LPP传递卫星辅助数据，支持北斗高精定位解算的普通终端也越来越多。

关键点三：提升定位成功率的方案设计

卫星定位技术虽然比较成熟，但在遮挡严重的室外环境效果较差，会受到高楼、树荫等影响。在室内由于卫星信号受到墙体遮挡，无法直接通过卫星进行室内定位。因此，需要设计出定位成功率保障逻辑，将多种定位技术进行融合，当卫星信号较差时可通过策略判断进行切换。以控制面高精度定位下切逻辑为例，如图3所示，当定位请求端向融合定位平台发起网络侧北斗卫星高精定位请求时，请求中携带业务类型以及QoS标识。融合定位平台收到定位请求后发起控制面北斗高精定位，如定位成功，则返回北斗卫星高精定位结果；如定位失败，则根据业务类型和QoS要求进行流程处理。（1）若业务类型指示室内外协同的业务且对精度没有强制要求，则在控制面卫星定位失败后触发基站精定位（如UTDoA或指纹定位等）获取终端位置，若定位成功，则返回终端位置，若定位失败，则回落到CELLID定位；(二)若消息中携带业务指示为单室外业务，则在控制面卫星定位失败后直接回落至CELLID定位，返回终端定位结果。因控制面卫星发出定位请求时同步进行CELLID定位计算，所以在获取不到卫星定位与基站精定位结果时，可立即返回CELLID定位结果，以保证成功率与定位结果的时效性。

图3 控制面卫星定位成功率保障示意

小结

本文综合国内外最新研究成果，提出了“5G+北斗”融合定位网络侧高精度定位系统方案，阐述了基于5G网络控制面北斗高精定位系统架构，并指出了实现过程中的关键点。作为5G产业化应用的重要抓手，“5G+北斗”融合定位能力可广泛应用于交通、公安、农业等专业领域，导航、物流、监护等大众应用领域，应急、能源、化工等特殊领域，以及自动驾驶、智慧城市、智慧农业等新兴领域。北斗高精定位与5G通信网络深入融合，将极大地提升网络侧定位精度，填补网络侧高精定位能力的空白，帮助电信运营商抢占高精定位市场先机，推动高精定位深入千行百业，同时也有利于5G通信与卫星融合定位技术互相促进，持续演进。