導讀：5G時代，定位技術與位置服務將帶來哪些新的機遇和挑戰呢?
5G時代，定位技術與位置服務將帶來哪些新的機遇和挑戰呢?
2019年7月30日下午，由中國物聯網產業應用聯盟主辦，深圳物聯傳媒承辦，Redpoint Positioning、成都四相致新科技有限公司特別贊助的一年一度“深圳國際高精度定位技術與應用創新高峰論壇”將在深圳會展中心舉辦，匯聚目前活躍在一線的定位企業以及學術專家300余人，共同探討UWB、藍牙、5G定位、GNSS慣導等主流的定位技術的最新突破與創新應用與挑戰。
東南大學移動通信國家重點實驗室齊望東教授以“5G時代下普適定位技術展望”為主題，分享了他對目前各種定位新技術的思考以及未來5G時代，定位技術發展與應用的趨勢。
齊教授表示，理想的普適定位服務是我們能夠獲得任何人和物在任何時刻的精確位置，不管他處于什么環境。GNSS(Global Navigation Satellite System)全球衛星導航系統就是一種普適定位系統，覆蓋了整個地球的表面。GNSS已經深刻地改變了交通、軍事等多個領域，極大地方便了人類的生活與工作。GNSS在國民經濟中占據了重要的地位，歐盟GDP的6%-7%依賴于GNSS。
GNSS雖然得到了廣泛的應用，但是它仍然存在著很大的局限性。在城市環境，GNSS的衛星信號易受到高層建筑的遮擋和反射，非視距和多路徑效應嚴重，定位誤差大。GNSS信號功率非常低，會受到墻體的阻隔無法進入室內，因此室內通常無法進行GNSS定位。
普適定位面臨的挑戰
在室內和城市峽谷提供高精度的普適定位服務面臨兩個挑戰：第一點，每個建筑物中需要單獨部署基礎設施，每個城市街道需要單獨部署基礎設施;第二點，不管是距離測量還是方向測量，測量的都是直達路徑的信號，但是復雜環境存在的大量反射信號會干擾直達路徑信號，必須減小復雜環境存在的大量反射信號對直達信號的干擾。
WiFi定位
目前WiFi定位主要是基于RSSI(Received Signal Strength Indicator)的三邊定位以及指紋定位。百度地圖室內定位使用了增強型WiFi指紋(眾包)，同時結合地磁定位，但是定位精度仍然差強人意。
802.11-2016標準支持FTM(Fine Timing Measurement )技術，可較為準確地測量ToF。最新的研究測試表明在80MHz帶寬以及弱多徑環境下，可實現1~2m的測距精度。
但上述測量方法仍然存在一些問題：指紋法的采集/維護工作量大，容易受到環境變化的影響，難以廣泛部署;RSSI定位方法在復雜的多徑環境下，測距定位性能急劇下降，誤差可達十幾米;FTM測距精度與帶寬相關，但是沒有利用多天線，其抗多徑能力仍然受限。
藍牙5.1定位
藍牙5.1全新測向功能支持AoA (Angle of Arrival) 和AoD (Angle of Departure) 測量，測向精度可達到5°。受制于較低的瞬時帶寬以及2.4G頻段信號擁擠造成的干擾，藍牙測向定位精度有限。
UWB定位
UWB帶寬大于500MHz，抗多徑和抗干擾能力強，功耗低，利用超窄脈沖可實現厘米級的精確室內定位。UWB標簽雖然已經可以做到小型化，但目前沒有集成到智能手機，所以待定位目標需要單獨配備UWB標簽。UWB技術通常用于特定行業，其基站在人流密集的城市和室內環境下覆蓋率很低。
Locata定位
Locata技術由澳大利亞一家公司開發，用于當GPS信號被遮擋、干擾時， Locata可代替或增強GPS實現城市環境下厘米級高精度定位。Locata使用了地面設備而非衛星，在局部區域可發射出比GPS強100萬倍的無線電信號。Locata定位系統缺點在于結構復雜，由流動站、地基衛星站以及高精度同步網絡等多部分構成。此外，部署成本高，專業級接收機價格甚至可達1萬美元。
蜂窩網絡定位
蜂窩網絡作為通信基礎設施，幾乎無所不在，在城市的覆蓋尤其完善，有助于實現室內外無縫連續定位。從2G到4G，Cell-ID，OTDoA，UTDoA等蜂窩定位技術在不斷發展演進。但目前只能提供粗略的位置信息。
因此，目前定位技術無法同時解決普適定位所面臨的兩大挑戰。那新的5G技術將帶來什么呢?
5G時代的新機遇
構造高精度普適定位系統的關鍵在于遍及建筑物的基礎設施以及克服多徑的測量技術。而隨著5G時代的來臨，普適定位將帶來新的機遇。
新機遇的本質包括兩點：一是移動通信系統的基站密集地分布在城市街道和室內環境;另外一個是大帶寬和多天線使得通信設備具備了對抗多徑的條件。
這兩點在5G之前都不具備。目前使用WiFi和LTE設備進行的AoA測量與定位測試首先要強調實現了對普通智能手機的精確測向和定位;其次，目前基站設備使用的帶寬和天線配置未來會進一步升級，定位性能會進一步提高。
5G網絡特點
1、 超密集網絡
5G的超密集網絡使得基站密度顯著提高，基站間距離低至幾十米甚至十幾米，信號覆蓋性極佳，可實現連續不間斷的可靠定位。
2、大帶寬和多天線
隨著5G時代的來臨，克服多徑效應的關鍵是大帶寬和多天線，該條件已經具備。5G最大信道帶寬可以達到200MHz，支持高達640MHz聚合帶寬。802.11ac和802.11ax可支持最大160MHz的帶寬。
5G基站配置的天線單元數量可達上百個，能實現Massive MIMO。WiFi可支持多達8天線的MIMO技術。
而大帶寬和多天線的特征與高精度的測角(AoA)需求完美匹配。在此基礎上，應用5G毫米波技術將帶來更豐富的頻段資源，同時使得天線陣更加小型化。
總結
隨著5G的到來，高精度普適定位服務將惠及人類活動最頻繁的城市街道和室內環境。普適定位系統2.0將主要是一個GNSS與5G的融合系統。其中，AoA將會在5G定位中扮演重要角色。而在普適定位系統2.0時代，WiFi、藍牙、UWB等將發揮區域性輔助或增強作用。
