北斗+5G通感融合賦能時(shí)空位置服務(wù)白皮書(shū)

1“北斗+5G”通感融合賦能時(shí)空位置服務(wù)廣東省通信學(xué)會(huì)北斗+5G專(zhuān)業(yè)委員會(huì)3《“北斗+5G”通感融合賦能時(shí)空位置服務(wù)白皮書(shū)》編寫(xiě)委員會(huì)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(gè)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的時(shí)代，時(shí)空信息、定位導(dǎo)航服務(wù)和定位一體化的能力。未來(lái)，通感融合將是5GA/6G必備特征之一。通過(guò)平臺(tái)，并開(kāi)展大眾規(guī)?；瘧?yīng)用。通過(guò)北斗+5G通67一.背景 91.1.時(shí)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(wèn)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(shí)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(shí)技術(shù) 223.2.2.北斗/5G智能融合增強(qiáng)定位技術(shù) 253.2.3.端側(cè)自主完好性監(jiān)測(cè)與評(píng)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(jìn) 293.3.2.通感一體無(wú)線關(guān)鍵技術(shù) 323.3.3.通感一體標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(shì)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(cè)車(chē)應(yīng)用(ToB) 524.6.基于北斗+5G融合的車(chē)道級(jí)導(dǎo)航應(yīng)用(ToC) 544.7.基于北斗+5G融合定位的家人關(guān)愛(ài)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(shí)空位置服務(wù)概念與需求時(shí)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(shū)》指出，2022年北斗應(yīng)用總體規(guī)模仍在穩(wěn)步提升，推進(jìn)機(jī)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(jìn)行了數(shù)個(gè)Release的標(biāo)準(zhǔn)化工作。3GPPRe測(cè)量，更新定位的信令協(xié)議和過(guò)程。定位技術(shù)作為是支撐未來(lái)通感融合的基礎(chǔ)技術(shù)。5G能夠?yàn)槭覂?nèi)場(chǎng)景帶來(lái)高精度定 5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，除傳統(tǒng)的E-CID（EnhancedCell-ID）、OservedTimeDifferenceofArrival）和UTDOA（UplinkTimeD進(jìn)一步支持了multi-RTT、UL-AoA、DL-AoD、LPHAP(LowPowerH從Rel-16版本的米級(jí)向Rel-18的分米級(jí)持續(xù)增強(qiáng)。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(shí)空位置服務(wù)的核心，具有天然的互補(bǔ)性動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》，要求推進(jìn)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(shí)延特性使得北斗系統(tǒng)可高了定位系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。此外，5G的大規(guī)模設(shè)備連接特性也為差二.問(wèn)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的融合面臨著一系列任準(zhǔn)確的時(shí)空信息。為克服北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的精（2）亟需制定北斗+5G融合體系標(biāo)準(zhǔn)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(wú)縫（4）在推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的融合過(guò)程2.2.室外室內(nèi)一張網(wǎng)的挑戰(zhàn)地形等。這些差異會(huì)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(shí)，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(qiáng)兩個(gè)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(wèn)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(shí)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(duì)現(xiàn)有時(shí)空網(wǎng)中，GNSS（北斗衛(wèi)星/差分站）、移動(dòng)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(shí)空信息服務(wù)體系行業(yè)用戶規(guī)模應(yīng)用落地。運(yùn)營(yíng)管理域采用端到端融合理念，對(duì)北斗/差分能力、5G定位能力、授時(shí)能力等不同能力進(jìn)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(jí)別協(xié)議（SeceLevelAgreement,SLA）的管理。安全保護(hù)域基于云網(wǎng)端高精度時(shí)空信息保護(hù)技術(shù)框架，實(shí)現(xiàn)全生命周期的自框架，推動(dòng)5G基站和北斗差分基準(zhǔn)站的有機(jī)融合。通過(guò)使用多種開(kāi)可用服務(wù)；通過(guò)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(tái)，實(shí)現(xiàn)定位授時(shí)能力合時(shí)空服務(wù)平臺(tái)，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(biāo)準(zhǔn)，已具備米級(jí)定位能力和亞米級(jí)定位潛力，其定位信號(hào)可覆波相位高精度測(cè)距與北斗衛(wèi)星定位能力相結(jié)合,在室內(nèi)外環(huán)境實(shí)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(dòng)通（4）高安全:5G網(wǎng)絡(luò)與北斗衛(wèi)星進(jìn)行端到端加密傳輸，設(shè)計(jì)信號(hào)安全機(jī)制有效防止欺騙信號(hào)干擾。5G和北斗可以采取多項(xiàng)措施共據(jù)異質(zhì)融合增強(qiáng)定位與可信度評(píng)估模型，突破5G載波相位測(cè)量、載5G高精度定位與授時(shí)技術(shù)主要從信道模型構(gòu)建、非視距識(shí)別與技術(shù)，利用模糊固定算法和多頻聚合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)5G定位信號(hào)高（3）基于5G網(wǎng)絡(luò)授時(shí)技術(shù)，通過(guò)融合網(wǎng)絡(luò)授時(shí)技術(shù)、5G空口圖3-35G高精度定位與授時(shí)技術(shù)路線.信道建模與多徑/非視距識(shí)別與抑制技術(shù)模型進(jìn)行非視距類(lèi)型智能識(shí)別的方法進(jìn)行非視距識(shí)別與弱直達(dá)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(hào)時(shí)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(shí)技術(shù)在服務(wù)平臺(tái)上的共網(wǎng)傳輸，支持定位終端利用5G授時(shí)網(wǎng)絡(luò)提供高精北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與5G移動(dòng)通信網(wǎng)的智能融合將能實(shí)現(xiàn)相互增.圖3-4北斗/5G智能融合增強(qiáng)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(lèi)型觀測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估與優(yōu)選技術(shù)物體遮擋5G直射徑信號(hào)造成的非視距觀測(cè)數(shù)據(jù)，給終端帶來(lái)了難以預(yù)測(cè)的定位誤差。雖然識(shí)別NLOS信道狀態(tài)，選擇視距信道下的觀測(cè)值進(jìn)行終端定位，能夠抑制NLOS誤差對(duì)定位結(jié)果的影響，但在DOA、TOF與DOA等多尺度、多類(lèi)型的異構(gòu)定位觀測(cè)信息，不同觀測(cè)多NLOS的觀測(cè)值加入定位，造成定位精度的降低。同源異構(gòu)觀測(cè)信息篩選的NLOS數(shù)據(jù)抑制方法在監(jiān)測(cè)NLOS信源的同時(shí)對(duì)該信源的觀測(cè).基于機(jī)器學(xué)習(xí)的終端差異化高可用定位技術(shù)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的終端差異化高可用定位技術(shù)在不同的采樣尺度下實(shí)3.2.3.端側(cè)自主完好性監(jiān)測(cè)與評(píng)估圖3-5端側(cè)自主完好性監(jiān)測(cè)與評(píng)估技術(shù)路線.完好性指標(biāo)建模為了構(gòu)建多源融合自主完好性監(jiān)測(cè)模型并使用合理指標(biāo)進(jìn)行評(píng)完好性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。MHSS通過(guò)計(jì)算要監(jiān)視的最大時(shí)空信號(hào)源數(shù)來(lái)獲得.故障檢測(cè)算法.終端自主完好性監(jiān)測(cè)技術(shù)征空間域移位而導(dǎo)致的故障監(jiān)測(cè)能力下降與相似特征空間故障監(jiān)測(cè)3.3.5GA通感一體化關(guān)鍵技術(shù)2030及未來(lái)發(fā)展的框架和總體目標(biāo)建議書(shū)》中定義了六大場(chǎng)景，其的目標(biāo)狀態(tài)監(jiān)控能力，為以低空經(jīng)濟(jì)為代表的典型應(yīng)用場(chǎng)景提供支目標(biāo)，5G-A階段即需積極開(kāi)展探索，增強(qiáng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)定位能力，從無(wú)圖3-6通感一體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).感知客戶端感知無(wú)人機(jī)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(wú)線接入網(wǎng)內(nèi)的邊緣感知網(wǎng)元無(wú)線接入網(wǎng)內(nèi)的邊緣感知網(wǎng)元負(fù)責(zé)卸載感知網(wǎng)元處理的感知服（2）與所覆蓋的通感基站進(jìn)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(jìn)行交互，例如獲取相鄰基3.3.2.通感一體無(wú)線關(guān)鍵技術(shù)大技術(shù)路線。基于調(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(jì)以正交時(shí)頻空（Orthogona術(shù)(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)波形基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)感知，它與5G通信系統(tǒng)物理層標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化工作表3-13GPP定義的6種感知模式網(wǎng)元SF（SensingFunction,SF），負(fù)責(zé)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(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)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(shí)分通感一體化信號(hào)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(chǎng)景圖4-1高可信時(shí)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(gè)人(ToC/ToV)三大類(lèi)應(yīng)用4.1.基于通感融合技術(shù)賦能低空經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用(ToG、ToB)低空經(jīng)濟(jì)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(diǎn)驗(yàn)證中國(guó)電信廣東公司聯(lián)合設(shè)備廠商在廣州開(kāi)展基于毫米波的通感圖4-3基于通感融合技術(shù)的試點(diǎn)驗(yàn)證圖4-45G+衛(wèi)星方案整體架構(gòu)在直升機(jī)作業(yè)區(qū)，基于5G專(zhuān)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(lái)實(shí)現(xiàn)。三是實(shí)機(jī)適航的改造能力。通過(guò)5G+衛(wèi)星機(jī)基于北斗衛(wèi)星、天通衛(wèi)星和5G，實(shí)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(wú)人機(jī)實(shí)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(zhǎng)，如何對(duì)實(shí)時(shí)的厘米級(jí)高精度定位服務(wù)，同時(shí)結(jié)合高精度地圖IGV、AGV等各種車(chē)輛的高精度定位監(jiān)管和調(diào)度，貨物精準(zhǔn)裝卸，車(chē)準(zhǔn)位置服務(wù)，實(shí)現(xiàn)港口環(huán)境下車(chē)輛、人員、物圖4-8基于北斗+5G融合定位的港口定位場(chǎng)景圖4-9高精度定位流程原則，統(tǒng)一格式，SDK可接入各類(lèi)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(shì)感知應(yīng)用(ToG)圖4-10基于北斗+5G融合定位的道路態(tài)勢(shì)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(shì)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(lán)牙、UWB(UltraWideBand)等多元融合圖4-12智慧園區(qū)車(chē)輛應(yīng)用示范員定位場(chǎng)景需求。5G基站與藍(lán)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(shí)結(jié)合MEC(MobileEdgeComputing)邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)等通過(guò)5G，可實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員和車(chē)輛的精準(zhǔn)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(cè)車(chē)應(yīng)用(ToB)（1）檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)零距離：通過(guò)北斗+5G移動(dòng)通訊技術(shù)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)技圖4-14實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控（2）檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)紙化：采用數(shù)字化改造設(shè)備，對(duì)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行圖4-15無(wú)紙化檢測(cè)流程（3）高度集成化：車(chē)輛集成光伏