5G + X融合定位技術(shù)探討
一、5G精準定位技術(shù)
1.5G精準定位現(xiàn)狀
根據(jù)2020年3GPP凍結(jié)的最新版本5G R16的技術(shù)指標，5G精準定位可以達到1~3米的精度。未來的5G R17版本，甚至更遠的5.5G（5G-Advanced）、6G還能達到更高的定位精度，但目前沒有確定的落地時間表
2.5G精準定位的瓶頸及優(yōu)缺點
在5G精準定位的各行業(yè)潛在B端客戶中，很多客戶對定位精度要求是穩(wěn)定連續(xù)的亞米級甚至更高（參照圖1），需要達到人員所在工位、貨品所在貨架級別的定位精度，那么現(xiàn)有5G R16定位精度（1~3米）存在無法滿足客戶需求的場景。
圖1 政府規(guī)范性文件對室內(nèi)定位的精度要求
討論中的5G R17計劃在2022年凍結(jié)（已有多次推遲），定位精度理論可以達到亞米級（實際待驗證），但距離真實落地尚需時日。5G無論是R16還是R17，在Sub-6G頻段下帶寬為100MHz，依然無法與UWB技術(shù)500MHz帶寬相比。從物理原理上看，無線電信號帶寬越寬，定位精度就可以做的越高，受多徑等環(huán)境影響就越小。越是在復雜的工業(yè)環(huán)境下，5G與UWB在定位精度和穩(wěn)定性方面的差異就會越大。
此外，當前5G終端價格昂貴（千元量級），比UWB/藍牙等其它終端價格高出很多，功耗也更大。
現(xiàn)階段，在很多場景下，5G與定位精度更高、成本更低廉的UWB等其它成熟定位技術(shù)做融合是較好的方式。
二、5G + X融合定位探討
1．最優(yōu)方案評估
在5G與UWB-TOF/TDOA/AOA和藍牙AOA等幾種技術(shù)搭配中，5G + UWB-AOA具有最佳融合潛力，評估過程如下：
（1）部署間距是否匹配
藍牙AOA基站覆蓋距離較近（覆蓋半徑約等于安裝高度），在室內(nèi)一般按<10米（安裝高度3米）的間距布署；而5G皮基站布署間距約30米，與藍牙AOA無法協(xié)同，但與UWB基站部署密度相當。
（2）部署數(shù)量是否匹配
UWB-TOF/TDOA在每個小區(qū)域至少要布署3臺基站才能定位，而5G皮基站只需要1臺就能通信覆蓋。UWB-AOA單區(qū)域僅需1臺基站即能定位，與5G皮基站數(shù)量相同。
（3）部署位置是否匹配
UWB-TOF/TDOA傾向于把基站布署在區(qū)域的周界，而5G皮基站適合布署在區(qū)域中間，以便提供最佳信號覆蓋。UWB-AOA定位基站也是部署在區(qū)域中間，與5G皮基站位置匹配。
2．5G + UWB部署方式
5G + UWB的部署方式廣義上說至少有如下四種：
（1）方式1：
把各個局部區(qū)域（例如一個車間、一個工段）的UWB定位基站通過PoE交換機匯聚連接，再把各個交換機通過5G CPE匯聚到中央定位服務器。
此種方式5G和UWB為獨立設備，是一種松耦合，UWB僅借用5G的無線數(shù)據(jù)傳輸通道。定位服務器可以部署在云端，也可以通過MEC部署在本地服務器上。這種方式現(xiàn)階段比較成熟，但UWB和5G只算是勉強有關聯(lián)。
（2）方式2：
在UWB基站內(nèi)部增加5G通信的板卡（及對應SIM卡）。UWB基站只供電，不連網(wǎng)線，每臺UWB基站直接通過內(nèi)置5G模組將定位數(shù)據(jù)連接到定位服務器。
相比于傳統(tǒng)PoE網(wǎng)線連接UWB基站，此種方式的部署成本更低，但基站成本更高（因為含有5G模塊）。因為UWB基站的數(shù)據(jù)量并不大，對網(wǎng)絡傳輸時延要求也不用5G那么高，通過更低硬件成本的4G甚至CAT-1模組連接定位服務器也夠用，用5G有些浪費。這種方式UWB與5G雖有物理上更強的關聯(lián)，但方案本身性價比不高，UWB和5G只算是勉強有關聯(lián)。
（3）方式3（5G + UWB獨立部署）：
這種方法需要UWB供應商和5G皮基站供應商做聯(lián)合開發(fā)，將UWB定位基站以級聯(lián)串行方式或并行通過PoE交換機連到5G皮基站的定制PoE網(wǎng)絡接口上。5G皮基站實現(xiàn)5G信號的室內(nèi)覆蓋，同時提供UWB基站的供電和數(shù)據(jù)回傳通路。定位服務器可以單獨存在，也可以部署在MEC上。這種方式UWB定位基站借用了5G皮基站的供電和供網(wǎng)，可以看做是兩種技術(shù)的管道級融合。
圖2 5G + UWB獨立部署架構(gòu)圖
因為傳統(tǒng)UWB-TOF/TDOA和5G皮基站的部署位置和部署密度并不相同（對單個區(qū)域，UWB-TOF/TDOA要多臺設備部署在周界，5G皮基站只需1臺部署在中間），所以5G+傳統(tǒng)UWB-TOF/TDOA的方式并不能有效降低UWB部署成本，實際價值不大。
如果新型UWB-AOA設計得當，其部署位置和部署密度完全可以與5G皮基站協(xié)同。5G皮基站在室內(nèi)部署間隔約30米，部署在環(huán)境的中間。全跡科技的UWB-AOA基站在室內(nèi)也可間隔30米部署，同樣部署在環(huán)境的中間。5G皮基站與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。運營商可以在部署5G通信基站的同時，較低成本獲得位置服務能力。這是極具未來潛力的方案。
全跡科技UWB-AOA設備與某廠5G皮基站已經(jīng)完成此種方式的對接。
圖3 某廠5G皮基站
（4）方式4（5G + UWB集成部署）：
更進一步，如果將UWB與5G皮基站集成在同一設備中，定位數(shù)據(jù)通過5G皮基站回傳到MEC或定位服務器上，那么可以看作是兩種技術(shù) 的設備級融合。
圖4 5G + UWB集成部署架構(gòu)圖
僅有UWB-AOA可以與5G按集成部署方式部署。因為UWB-AOA基站與5G皮基站的部署間距、數(shù)量、位置可以完全協(xié)同，其它幾種技術(shù)都存在不匹配項。下圖是業(yè)界首臺5G + UWB-AOA集成部署的樣機，該臺5G皮基站中集成了全跡科技的UWB-AOA電路板。
圖5 業(yè)界首臺5G+UWB-AOA集成部署樣機
3. 5G與UWB的頻段兼容評估
我國運營商5G主力頻段如下：
UWB頻段資源如下 ：
可以看到，UWB的信道2、3、5、7、9與5G運營商的頻段沒有沖突，可以使用。我國移動、聯(lián)通、電信等運營商也在積極推動5G+UWB的研究和落地。經(jīng)過多項目實測，5G皮基站與UWB基站即便放在一個外殼內(nèi)，也可以獨立工作互無干擾。
綜合來看，5G皮基站與UWB-AOA定位基站可以共設備、共部署、共設備維護，具有電信級可靠性。5G皮基站+5G宏基站通過與UWB-AOA技術(shù)融合，可共同打造室內(nèi)外精細定位方案。
