5G + X融合定位技术探讨

5G精准定位技术

1．5G精准定位现状

根据2020年3GPP冻结的最新版本5G R16的技术指标，5G精准定位可以达到1~3米的精度。未来的5G R17版本，甚至更远的5.5G（5G-Advanced）、6G还能达到更高的定位精度，但目前没有确定的落地时间表。

2．5G精准定位的瓶颈及优缺点

在5G精准定位的各行业潜在B端客户中，很多客户对定位精度要求是稳定连续的亚米级甚至更高（参照图1），需要达到人员所在工位、货品所在货架级别的定位精度，那么现有5G R16定位精度（1~3米）存在无法满足客户需求的场景。

图1 政府规范性文件对室内定位的精度要求

讨论中的5G R17计划在2022年冻结（已有多次推迟），定位精度理论可以达到亚米级（实际待验证），但距离真实落地尚需时日。5G无论是R16还是R17，在Sub-6G频段下带宽为100MHz，依然无法与UWB技术500MHz带宽相比。从物理原理上看，无线电信号带宽越宽，定位精度就可以做得越高，受多径等环境影响就越小。越是在复杂的工业环境下，5G与UWB在定位精度和稳定性方面的差异就会越大。

此外，当前5G终端价格昂贵（千元量级），比UWB/蓝牙等其它终端价格高出很多，功耗也更大。

现阶段，在很多场景下，5G与定位精度更高、成本更低廉的UWB等其它成熟定位技术做融合是较好的方式。

5G + X融合定位探讨

1．最优方案评估

在5G与UWB-TOF/TDOA/AOA和蓝牙AOA等几种技术搭配中，5G + UWB-AOA具有最佳融合潜力，评估过程如下：

（1）部署间距是否匹配

蓝牙AOA基站覆盖距离较近（覆盖半径约等于安装高度），在室内一般按<10米（安装高度3米）的间距布署；而5G皮基站布署间距约30米，与蓝牙AOA无法协同，但与UWB基站部署密度相当。

（2）部署数量是否匹配

UWB-TOF/TDOA在每个小区域至少要布署3台基站才能定位，而5G皮基站只需要1台就能通信覆盖。UWB-AOA单区域仅需1台基站即能定位，与5G皮基站数量相同。

（3）部署位置是否匹配

UWB-TOF/TDOA倾向于把基站布署在区域的周界，而5G皮基站适合布署在区域中间，以便提供最佳信号覆盖。UWB-AOA定位基站也是部署在区域中间，与5G皮基站位置匹配。

2．5G + UWB部署方式

5G + UWB的部署方式广义上说至少有如下四种：

（1）方式1：

把各个局部区域（例如一个车间、一个工段）的UWB定位基站通过PoE交换机汇聚连接，再把各个交换机通过5G CPE汇聚到中央定位服务器。

此种方式5G和UWB为独立设备，是一种松耦合，UWB仅借用5G的无线数据传输通道。定位服务器可以部署在云端，也可以通过MEC部署在本地服务器上。这种方式现阶段比较成熟，但UWB和5G只算是勉强有关联。

（2）方式2：

在UWB基站内部增加5G通信的板卡（及对应SIM卡）。UWB基站只供电，不连网线，每台UWB基站直接通过内置5G模组将定位数据连接到定位服务器。

相比于传统PoE网线连接UWB基站，此种方式的部署成本更低，但基站成本更高（因为含有5G模块）。因为UWB基站的数据量并不大，对网络传输时延要求也不用5G那么高，通过更低硬件成本的4G甚至CAT-1模组连接定位服务器也够用，用5G有些浪费。这种方式UWB与5G虽有物理上更强的关联，但方案本身性价比不高，UWB和5G只算是勉强有关联。

（3）方式3（5G + UWB独立部署）：

这种方法需要UWB供应商和5G皮基站供应商做联合开发，将UWB定位基站以级联串行方式或并行通过PoE交换机连到5G皮基站的定制PoE网络接口上。5G皮基站实现5G信号的室内覆盖，同时提供UWB基站的供电和数据回传通路。定位服务器可以单独存在，也可以部署在MEC上。这种方式UWB定位基站借用了5G皮基站的供电和供网，可以看作是两种技术的管道级融合。

图2 5G + UWB独立部署架构图

因为传统UWB-TOF/TDOA和5G皮基站的部署位置和部署密度并不相同（对单个区域，UWB-TOF/TDOA要多台设备部署在周界，5G皮基站只需1台部署在中间），所以5G+传统UWB-TOF/TDOA的方式并不能有效降低UWB部署成本，实际价值不大。

如果新型UWB-AOA设计得当，其部署位置和部署密度完全可以与5G皮基站协同。5G皮基站在室内部署间隔约30米，部署在环境的中间。全迹科技的UWB-AOA基站在室内也可间隔30米部署，同样部署在环境的中间。5G皮基站与UWB-AOA基站采用1拖1就近共址部署的方式，效率最高，成本最低。运营商可以在部署5G通信基站的同时，较低成本获得位置服务能力。这是极具未来潜力的方案。

全迹科技UWB-AOA设备与某厂5G皮基站已经完成此种方式的对接。

图3 某厂5G皮基站

（4）方式4（5G + UWB集成部署）：

更进一步，如果将UWB与5G皮基站集成在同一设备中，定位数据通过5G皮基站回传到MEC或定位服务器上，那么可以看作是两种技术的设备级融合。

图4 5G + UWB集成部署架构图

仅有UWB-AOA可以与5G按集成部署方式部署。因为UWB-AOA基站与5G皮基站的部署间距、数量、位置可以完全协同，其它几种技术都存在不匹配项。下图是业界首台5G + UWB-AOA集成部署的样机，该台5G皮基站中集成了全迹科技的UWB-AOA电路板。

图5 业界首台5G+UWB-AOA集成部署样机

3．5G与UWB的频段兼容评估

我国运营商5G主力频段如下：

UWB频段资源如下：

可以看到，UWB的信道2、3、5、7、9与5G运营商的频段没有冲突，可以使用。我国移动、联通、电信等运营商也在积极推动5G+UWB的研究和落地。经过多项目实测，5G皮基站与UWB基站即便放在一个外壳内，也可以独立工作互无干扰。

综合来看，5G皮基站与UWB-AOA定位基站可以共设备、共部署、共设备维护，具有电信级可靠性。5G皮基站+5G宏基站通过与UWB-AOA技术融合，可共同打造室内外精细定位方案。