5G时代，定位技术与位置服务将带来哪些新的机遇和挑战呢?

2019年7月30日下午，由中国物联网产业应用联盟主办，深圳物联传媒承办，Redpoint Positioning、成都四相致新科技有限公司特别赞助的一年一度“深圳国际高精度定位技术与应用创新高峰论坛”将在深圳会展中心举办，汇聚目前活跃在一线的定位企业以及学术专家300余人，共同探讨UWB、蓝牙、5G定位、GNSS惯导等主流的定位技术的最新突破与创新应用与挑战。

东南大学移动通信国家重点实验室齐望东教授以“5G时代下普适定位技术展望”为主题，分享了他对目前各种定位新技术的思考以及未来5G时代，定位技术发展与应用的趋势。

齐教授表示，理想的普适定位服务是我们能够获得任何人和物在任何时刻的精确位置，不管他处于什么环境。GNSS(Global Navigation Satellite System)全球卫星导航系统就是一种普适定位系统，覆盖了整个地球的表面。GNSS已经深刻地改变了交通、军事等多个领域，极大地方便了人类的生活与工作。GNSS在国民经济中占据了重要的地位，欧盟GDP的6%-7%依赖于GNSS。

GNSS虽然得到了广泛的应用，但是它仍然存在着很大的局限性。在城市环境，GNSS的卫星信号易受到高层建筑的遮挡和反射，非视距和多路径效应严重，定位误差大。GNSS信号功率非常低，会受到墙体的阻隔无法进入室内，因此室内通常无法进行GNSS定位。

普适定位面临的挑战

在室内和城市峡谷提供高精度的普适定位服务面临两个挑战：第一点，每个建筑物中需要单独部署基础设施，每个城市街道需要单独部署基础设施;第二点，不管是距离测量还是方向测量，测量的都是直达路径的信号，但是复杂环境存在的大量反射信号会干扰直达路径信号，必须减小复杂环境存在的大量反射信号对直达信号的干扰。

WiFi定位

目前WiFi定位主要是基于RSSI(Received Signal Strength Indicator)的三边定位以及指纹定位。百度地图室内定位使用了增强型WiFi指纹(众包)，同时结合地磁定位，但是定位精度仍然差强人意。

802.11-2016标准支持FTM(Fine Timing Measurement )技术，可较为准确地测量ToF。最新的研究测试表明在80MHz带宽以及弱多径环境下，可实现1~2m的测距精度。

但上述测量方法仍然存在一些问题：指纹法的采集/维护工作量大，容易受到环境变化的影响，难以广泛部署;RSSI定位方法在复杂的多径环境下，测距定位性能急剧下降，误差可达十几米;FTM测距精度与带宽相关，但是没有利用多天线，其抗多径能力仍然受限。

蓝牙5.1定位

蓝牙5.1全新测向功能支持AoA (Angle of Arrival) 和AoD (Angle of Departure) 测量，测向精度可达到5°。受制于较低的瞬时带宽以及2.4G频段信号拥挤造成的干扰，蓝牙测向定位精度有限。

UWB定位

UWB带宽大于500MHz，抗多径和抗干扰能力强，功耗低，利用超窄脉冲可实现厘米级的精确室内定位。UWB标签虽然已经可以做到小型化，但目前没有集成到智能手机，所以待定位目标需要单独配备UWB标签。UWB技术通常用于特定行业，其基站在人流密集的城市和室内环境下覆盖率很低。

Locata定位

Locata技术由澳大利亚一家公司开发，用于当GPS信号被遮挡、干扰时， Locata可代替或增强GPS实现城市环境下厘米级高精度定位。Locata使用了地面设备而非卫星，在局部区域可发射出比GPS强100万倍的无线电信号。Locata定位系统缺点在于结构复杂，由流动站、地基卫星站以及高精度同步网络等多部分构成。此外，部署成本高，专业级接收机价格甚至可达1万美元。

蜂窝网络定位

蜂窝网络作为通信基础设施，几乎无所不在，在城市的覆盖尤其完善，有助于实现室内外无缝连续定位。从2G到4G，Cell-ID，OTDoA，UTDoA等蜂窝定位技术在不断发展演进。但目前只能提供粗略的位置信息。

因此，目前定位技术无法同时解决普适定位所面临的两大挑战。那新的5G技术将带来什么呢?

5G时代的新机遇

构造高精度普适定位系统的关键在于遍及建筑物的基础设施以及克服多径的测量技术。而随着5G时代的来临，普适定位将带来新的机遇。

新机遇的本质包括两点：一是移动通信系统的基站密集地分布在城市街道和室内环境;另外一个是大带宽和多天线使得通信设备具备了对抗多径的条件。

这两点在5G之前都不具备。目前使用WiFi和LTE设备进行的AoA测量与定位测试首先要强调实现了对普通智能手机的精确测向和定位;其次，目前基站设备使用的带宽和天线配置未来会进一步升级，定位性能会进一步提高。

5G网络特点

1、 超密集网络

5G的超密集网络使得基站密度显著提高，基站间距离低至几十米甚至十几米，信号覆盖性极佳，可实现连续不间断的可靠定位。

2、大带宽和多天线

随着5G时代的来临，克服多径效应的关键是大带宽和多天线，该条件已经具备。5G最大信道带宽可以达到200MHz，支持高达640MHz聚合带宽。802.11ac和802.11ax可支持最大160MHz的带宽。

5G基站配置的天线单元数量可达上百个，能实现Massive MIMO。WiFi可支持多达8天线的MIMO技术。

而大带宽和多天线的特征与高精度的测角(AoA)需求完美匹配。在此基础上，应用5G毫米波技术将带来更丰富的频段资源，同时使得天线阵更加小型化。

总结

随着5G的到来，高精度普适定位服务将惠及人类活动最频繁的城市街道和室内环境。普适定位系统2.0将主要是一个GNSS与5G的融合系统。其中，AoA将会在5G定位中扮演重要角色。而在普适定位系统2.0时代，WiFi、蓝牙、UWB等将发挥区域性辅助或增强作用。