北斗+5G通感融合賦能時空位置服務(wù)白皮書

1“北斗+5G”通感融合賦能時空位置服務(wù)廣東省通信學會北斗+5G專業(yè)委員會3《“北斗+5G”通感融合賦能時空位置服務(wù)白皮書》編寫委員會4梁力維、麥磊鑫、吳棋煥、彭家駿、楊世敬、呂園、謝卓罡、龐濤、5在這個信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的時代，時空信息、定位導(dǎo)航服務(wù)和定位一體化的能力。未來，通感融合將是5GA/6G必備特征之一。通過平臺，并開展大眾規(guī)?；瘧?yīng)用。通過北斗+5G通67一.背景 91.1.時空位置服務(wù)概念與需求 91.2.北斗發(fā)展現(xiàn)狀 101.3.5G定位發(fā)展現(xiàn)狀 111.4.北斗和5G的融合定位發(fā)展現(xiàn)狀 12二.問題與挑戰(zhàn) 142.1.北斗與5G體系融合的挑戰(zhàn) 142.2.室外室內(nèi)一張網(wǎng)的挑戰(zhàn) 152.3.從定位服務(wù)到智能感知 16三.北斗+5G通感融合體系及關(guān)鍵技術(shù) 173.1.四層四域時空定位服務(wù)融合體系架構(gòu) 173.2.北斗+5G融合定位服務(wù)關(guān)鍵技術(shù) 203.2.1.5G高精度定位與授時技術(shù) 223.2.2.北斗/5G智能融合增強定位技術(shù) 253.2.3.端側(cè)自主完好性監(jiān)測與評估技術(shù) 273.3.5GA通感一體化關(guān)鍵技術(shù) 293.3.1.通感一體系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進 293.3.2.通感一體無線關(guān)鍵技術(shù) 323.3.3.通感一體標準化工作 35四.典型案例 394.1.基于通感融合技術(shù)賦能低空經(jīng)濟的應(yīng)用(ToG、ToB) 404.2.基于北斗+5G融合定位的智慧港口應(yīng)用(ToG) 464.3.基于北斗+5G融合定位的道路態(tài)勢感知應(yīng)用(ToG) 474.4.基于北斗+5G融合定位的智慧園區(qū)應(yīng)用（ToB） 504.5.基于北斗+5G聯(lián)合定位的智能檢測車應(yīng)用(ToB) 524.6.基于北斗+5G融合的車道級導(dǎo)航應(yīng)用(ToC) 544.7.基于北斗+5G融合定位的家人關(guān)愛應(yīng)用(ToC) 55五.北斗+5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議 575.1.產(chǎn)業(yè)布局建議 575.2.基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建議 585.3.突破關(guān)鍵核心技術(shù)的建議 585.4.產(chǎn)業(yè)鏈體系的發(fā)展建議 59六.總結(jié)展望 598ApplicationProgrammingInterfaDevicetoDeviceCommuFrequencyModulatedCGlobalPositioningSNetworkFunctionsVirtualizatiOrthogonalFrequencyOrthogonalTimeFrequenPositing、NavigatingUplinkTimeDifferenceofArr9一.背景1.1.時空位置服務(wù)概念與需求時空位置服務(wù)是一種利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、5G定位和其他技書》指出，2022年北斗應(yīng)用總體規(guī)模仍在穩(wěn)步提升，推進機制得到1.2.北斗發(fā)展現(xiàn)狀1.3.5G定位發(fā)展現(xiàn)狀全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GhipProject，3GPP）進行了數(shù)個Release的標準化工作。3GPPRe測量，更新定位的信令協(xié)議和過程。定位技術(shù)作為是支撐未來通感融合的基礎(chǔ)技術(shù)。5G能夠為室內(nèi)場景帶來高精度定 5G網(wǎng)絡(luò)標準，除傳統(tǒng)的E-CID（EnhancedCell-ID）、OservedTimeDifferenceofArrival）和UTDOA（UplinkTimeD進一步支持了multi-RTT、UL-AoA、DL-AoD、LPHAP(LowPowerH從Rel-16版本的米級向Rel-18的分米級持續(xù)增強。Rel-16版本要Rel-18版本，基于直通鏈路（Sidelink，SL）定位，在V2X（Vehic1.4.北斗和5G的融合定位發(fā)展現(xiàn)狀北斗和5G是時空位置服務(wù)的核心，具有天然的互補性動計劃（2021-2023年）》，要求推進北斗與5G融合應(yīng)用，建立基和頻率可能較高。5G技術(shù)的高速傳輸和低時延特性使得北斗系統(tǒng)可高了定位系統(tǒng)的動態(tài)性能。此外，5G的大規(guī)模設(shè)備連接特性也為差二.問題與挑戰(zhàn)2.1.北斗與5G體系融合的挑戰(zhàn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的融合面臨著一系列任準確的時空信息。為克服北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的精（2）亟需制定北斗+5G融合體系標準與架構(gòu)，參與行業(yè)聯(lián)盟和（3）要深度挖掘室內(nèi)外融合定位及應(yīng)用，著力突破室內(nèi)外無縫（4）在推動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的融合過程2.2.室外室內(nèi)一張網(wǎng)的挑戰(zhàn)地形等。這些差異會導(dǎo)致定位算法在室內(nèi)和室外環(huán)在合并室內(nèi)和室外定位網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮數(shù)據(jù)的安全和隱私保2.3.從定位服務(wù)到智能感知蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)在業(yè)務(wù)需求和技術(shù)增強兩個層面都存在向通術(shù)上，蜂窩網(wǎng)絡(luò)在提供廣域連續(xù)覆蓋和組網(wǎng)協(xié)同監(jiān)控上具備天然優(yōu)干擾消除和管理問題；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中感知網(wǎng)元設(shè)三.北斗+5G通感融合體系及關(guān)鍵技術(shù)3.1.四層四域時空定位服務(wù)融合體系架構(gòu)更加融合、更加智能的綜合PNT體系，建立北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、5G北斗與5G、差分站網(wǎng)的深度融合體系著重考慮北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系圖3-1北斗、5G、差分站網(wǎng)融合體系架構(gòu)針對現(xiàn)有時空網(wǎng)中，GNSS（北斗衛(wèi)星/差分站）、移動通信基站各有不同的現(xiàn)狀，參考網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NetworkFunctionsVirtu圖3-2高可信時空信息服務(wù)體系行業(yè)用戶規(guī)模應(yīng)用落地。運營管理域采用端到端融合理念，對北斗/差分能力、5G定位能力、授時能力等不同能力進行調(diào)度、融合、管用戶的差異化需求提供融合PNT服務(wù)能力以及服務(wù)級別協(xié)議（SeceLevelAgreement,SLA）的管理。安全保護域基于云網(wǎng)端高精度時空信息保護技術(shù)框架，實現(xiàn)全生命周期的自框架，推動5G基站和北斗差分基準站的有機融合。通過使用多種開可用服務(wù)；通過能力組件、定位服務(wù)、API(ApplicationProgrammingInterface)等方式，構(gòu)建PNT綜合服務(wù)平臺，實現(xiàn)定位授時能力合時空服務(wù)平臺，整合現(xiàn)有的定位基礎(chǔ)資源，充分發(fā)揮GNSS衛(wèi)星導(dǎo)3.2.北斗+5G融合定位服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)18標準，已具備米級定位能力和亞米級定位潛力，其定位信號可覆波相位高精度測距與北斗衛(wèi)星定位能力相結(jié)合,在室內(nèi)外環(huán)境實現(xiàn)高（3）高可用:充分挖掘北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和5G移動通（4）高安全:5G網(wǎng)絡(luò)與北斗衛(wèi)星進行端到端加密傳輸，設(shè)計信號安全機制有效防止欺騙信號干擾。5G和北斗可以采取多項措施共據(jù)異質(zhì)融合增強定位與可信度評估模型，突破5G載波相位測量、載5G高精度定位與授時技術(shù)主要從信道模型構(gòu)建、非視距識別與技術(shù)，利用模糊固定算法和多頻聚合技術(shù)，實現(xiàn)5G定位信號高（3）基于5G網(wǎng)絡(luò)授時技術(shù)，通過融合網(wǎng)絡(luò)授時技術(shù)、5G空口圖3-35G高精度定位與授時技術(shù)路線.信道建模與多徑/非視距識別與抑制技術(shù)模型進行非視距類型智能識別的方法進行非視距識別與弱直達徑非.5G載波相位高精度定位與非連續(xù)多頻帶大帶寬載波聚合技術(shù)），提升5G信號時域分辨精度與抗多徑能力，結(jié)合基站幾何構(gòu)型分布，.5G網(wǎng)絡(luò)授時技術(shù)在服務(wù)平臺上的共網(wǎng)傳輸，支持定位終端利用5G授時網(wǎng)絡(luò)提供高精北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與5G移動通信網(wǎng)的智能融合將能實現(xiàn)相互增.圖3-4北斗/5G智能融合增強定位技術(shù)路線異質(zhì)多源信息融合分層定位模型.多尺度、多類型觀測數(shù)據(jù)評估與優(yōu)選技術(shù)物體遮擋5G直射徑信號造成的非視距觀測數(shù)據(jù)，給終端帶來了難以預(yù)測的定位誤差。雖然識別NLOS信道狀態(tài)，選擇視距信道下的觀測值進行終端定位，能夠抑制NLOS誤差對定位結(jié)果的影響，但在DOA、TOF與DOA等多尺度、多類型的異構(gòu)定位觀測信息，不同觀測多NLOS的觀測值加入定位，造成定位精度的降低。同源異構(gòu)觀測信息篩選的NLOS數(shù)據(jù)抑制方法在監(jiān)測NLOS信源的同時對該信源的觀測.基于機器學習的終端差異化高可用定位技術(shù)基于機器學習的終端差異化高可用定位技術(shù)在不同的采樣尺度下實3.2.3.端側(cè)自主完好性監(jiān)測與評估圖3-5端側(cè)自主完好性監(jiān)測與評估技術(shù)路線.完好性指標建模為了構(gòu)建多源融合自主完好性監(jiān)測模型并使用合理指標進行評完好性進行監(jiān)測。MHSS通過計算要監(jiān)視的最大時空信號源數(shù)來獲得.故障檢測算法.終端自主完好性監(jiān)測技術(shù)征空間域移位而導(dǎo)致的故障監(jiān)測能力下降與相似特征空間故障監(jiān)測3.3.5GA通感一體化關(guān)鍵技術(shù)2030及未來發(fā)展的框架和總體目標建議書》中定義了六大場景，其的目標狀態(tài)監(jiān)控能力，為以低空經(jīng)濟為代表的典型應(yīng)用場景提供支目標，5G-A階段即需積極開展探索，增強當前網(wǎng)絡(luò)定位能力，從無圖3-6通感一體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).感知客戶端感知無人機的定位信息，包括距離/速度/角度的精度和分辨率要求.核心網(wǎng)內(nèi)的感知網(wǎng)元離/速度/角度精度和分辨率要求以及其他一些與感知相關(guān)的接入網(wǎng).無線接入網(wǎng)內(nèi)的邊緣感知網(wǎng)元無線接入網(wǎng)內(nèi)的邊緣感知網(wǎng)元負責卸載感知網(wǎng)元處理的感知服（2）與所覆蓋的通感基站進行交互，例如收集原始感知數(shù)據(jù)并（3）與相鄰（未覆蓋的）通感基站進行交互，例如獲取相鄰基3.3.2.通感一體無線關(guān)鍵技術(shù)大技術(shù)路線?；谡{(diào)頻連續(xù)波（FrequencyModulatedContinuous能支持中低速率通信。一體化新波形設(shè)計以正交時頻空（Orthogona術(shù)(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)波形基礎(chǔ)上實現(xiàn)感知，它與5G通信系統(tǒng)物理層標準具有良好的兼容性，能行接入資源調(diào)整，為通感一體化通信閉環(huán)接入控制提供重要數(shù)據(jù)支3.3.3.通感一體標準化工作表3-13GPP定義的6種感知模式網(wǎng)元SF（SensingFunction,SF），負責感知功能的整體管控，包圖3-7感知網(wǎng)元及接口示意圖信令流程和具體信元結(jié)構(gòu)需要在標準制定過程中圍繞不同感知用例圖3-8感知信令交互示意圖圖3-9通感一體化信道模型示意圖圖3-10時分通感一體化信號幀結(jié)構(gòu)示意圖慮如何兼容和支持其他技術(shù)感知設(shè)備，如何在連續(xù)/非連續(xù)覆蓋場景圖4-1高可信時空網(wǎng)重大應(yīng)用示范示意圖下面從賦能政府(ToG)、行業(yè)(ToB)、個人(ToC/ToV)三大類應(yīng)用4.1.基于通感融合技術(shù)賦能低空經(jīng)濟的應(yīng)用(ToG、ToB)低空經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)規(guī)模廣泛而多元，涵蓋了不同領(lǐng)域的產(chǎn)品和服能；通信和感知共享頻譜，提供頻譜利用率感知范圍廣；圖4-2基于通感融合技術(shù)的試點驗證中國電信廣東公司聯(lián)合設(shè)備廠商在廣州開展基于毫米波的通感圖4-3基于通感融合技術(shù)的試點驗證圖4-45G+衛(wèi)星方案整體架構(gòu)在直升機作業(yè)區(qū)，基于5G專網(wǎng)+SUL(SupplementaryUplink)超圖4-55G+衛(wèi)星海陸空一體化網(wǎng)絡(luò)方案和5G+衛(wèi)星融合來實現(xiàn)。三是實機適航的改造能力。通過5G+衛(wèi)星機基于北斗衛(wèi)星、天通衛(wèi)星和5G，實現(xiàn)三網(wǎng)融合：終端融合、業(yè)圖4-6北斗+5G智慧路燈桿圖4-7無人機實現(xiàn)電力設(shè)施智能巡檢4.2.基于北斗+5G融合定位的智慧港口應(yīng)用(ToG)伴隨著港口碼頭業(yè)務(wù)量的高速增長，如何對實時的厘米級高精度定位服務(wù)，同時結(jié)合高精度地圖IGV、AGV等各種車輛的高精度定位監(jiān)管和調(diào)度，貨物精準裝卸，車準位置服務(wù)，實現(xiàn)港口環(huán)境下車輛、人員、物圖4-8基于北斗+5G融合定位的港口定位場景圖4-9高精度定位流程原則，統(tǒng)一格式，SDK可接入各類終端系統(tǒng)，為港區(qū)業(yè)務(wù)提供7*244.3.基于北斗+5G融合定位的道路態(tài)勢感知應(yīng)用(ToG)圖4-10基于北斗+5G融合定位的道路態(tài)勢感知應(yīng)用示范借助“北斗+5G”融合其他感知設(shè)備，依托高速道路上圖4-11基于北斗+5G融合定位的道路態(tài)勢感知應(yīng)用示范4.4.基于北斗+5G融合定位的智慧園區(qū)應(yīng)用（ToB）結(jié)合室外北斗，室內(nèi)5G、藍牙、UWB(UltraWideBand)等多元融合圖4-12智慧園區(qū)車輛應(yīng)用示范員定位場景需求。5G基站與藍牙AoA定位基站融合部署方案，充分復(fù)用5G基站的供電資源、傳輸資源，大大節(jié)約定位部署的復(fù)雜度和成本；同時結(jié)合MEC(MobileEdgeComputing)邊緣計算、大數(shù)據(jù)等通過5G，可實現(xiàn)對園區(qū)現(xiàn)場作業(yè)人員和車輛的精準定位，并支持查圖4-13智慧園區(qū)人員應(yīng)用示范4.5.基于北斗+5G聯(lián)合定位的智能檢測車應(yīng)用(ToB)（1）檢測現(xiàn)場零距離：通過北斗+5G移動通訊技術(shù)、車聯(lián)網(wǎng)技圖4-14實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控（2）檢測現(xiàn)場無紙化：采用數(shù)字化改造設(shè)備，對檢測參數(shù)進行圖4-15無紙化檢測流程（3）高度集成化：車輛集成光伏