移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)綜述*

許 偉，郭曉娜，陳 康，姚志強(qiáng)

(1. 湖南矩陣電子科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410200；2.湘潭大學(xué) 智能可信導(dǎo)航與定位湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖南 湘潭 411105；3.湘潭大學(xué) 自動(dòng)化與電子信息學(xué)院，湖南 湘潭 411105)

0 引言

2030年，全國(guó)的時(shí)空信息服務(wù)市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)3萬(wàn)億的規(guī)模.位置的精準(zhǔn)描述和定位已成為社會(huì)各領(lǐng)域正常運(yùn)行的基本需求，也是構(gòu)建現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系和提升國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化服務(wù)水平的關(guān)鍵[1].常見(jiàn)的定位系統(tǒng)可以分為室內(nèi)與室外兩類.在室外，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)、基站定位系統(tǒng)(BTS)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等可以提供較高的定位精度和覆蓋范圍.在室內(nèi)環(huán)境中，則可以選擇視覺(jué)即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(SLAM)、Wi-Fi、藍(lán)牙、近場(chǎng)通信(NFC)、超寬帶(UWB)、無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)等技術(shù).隨著移動(dòng)通信技術(shù)的更新迭代，基站定位系統(tǒng)(BTS)有抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)須部署基站的明顯優(yōu)勢(shì)，吸引眾多研究人員探索發(fā)現(xiàn)了大量未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景，如：基礎(chǔ)設(shè)施智能化的超能交通；超高帶寬、超低時(shí)延和超可靠性等需求的人機(jī)物協(xié)同高精度智能工業(yè)；超高移動(dòng)性、全覆蓋的空中高速聯(lián)網(wǎng)；極高吞吐量和極低時(shí)延需求的全息通信；全覆蓋、超低功耗、超高精度的應(yīng)急搶險(xiǎn)等[2].

移動(dòng)通信信號(hào)，特別是當(dāng)前大規(guī)模商用的4G長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)和5G新無(wú)線電(NR)，具備豐富性、幾何多樣性、高傳輸功率和大帶寬等特點(diǎn)，可被用于提取時(shí)間和定位信息，是十分具有吸引力的導(dǎo)航定位候選信號(hào)之一.基于4G信號(hào)的蜂窩定位，受信號(hào)帶寬、同步和網(wǎng)絡(luò)部署等問(wèn)題的影響，定位精度通常在十幾米.隨著5G的商用，以及高載波頻率、大帶寬、多天線和高精度同步技術(shù)的支撐，目前大量仿真測(cè)試與實(shí)際測(cè)量表明，基于5G信號(hào)的移動(dòng)通信定位系統(tǒng)精度可達(dá)亞米級(jí).移動(dòng)通信定位已成為最近和正在進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)的組成部分，例如第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)和美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE).位置精度要求也從監(jiān)管機(jī)構(gòu)規(guī)定的數(shù)十米增加到未來(lái)用例的分米級(jí)[3].

本文重點(diǎn)研究4G、5G主流定位技術(shù)演進(jìn)過(guò)程，分析其性能、優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的定位方法.在4G中，討論了基于信號(hào)強(qiáng)度、下行鏈路估計(jì)到達(dá)時(shí)間/到達(dá)時(shí)間差(TOA/TDOA)和LTE-MR的定位技術(shù).在5G中，討論了基于參考信號(hào)估計(jì)到達(dá)時(shí)間(TOA)、指紋匹配和波達(dá)方向(DOA)的定位技術(shù).此外，還探討移動(dòng)通信定位面臨的主要關(guān)鍵問(wèn)題.最后展望了移動(dòng)通信定位的發(fā)展新趨勢(shì).

1 3GPP協(xié)議中的定位需求

移動(dòng)通信定位業(yè)務(wù)早在GSMR 98中已有定義，但真正具有實(shí)用價(jià)值的則是在3GPP R4中.3GPP定義的位置業(yè)務(wù)系統(tǒng)利用了原有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源，并根據(jù)需求對(duì)某些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行升級(jí)，以增添某些新功能，同時(shí)還引入了新的功能實(shí)體，如：GMLC、SMLC和LMU，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)的定位.隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，3GPP已將增強(qiáng)型小區(qū)ID(E-Cell ID)、檢測(cè)到達(dá)時(shí)間差(OTDOA)、輔助全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(A-GNSS)定位技術(shù)寫(xiě)入LTE定位標(biāo)準(zhǔn)[4].在LTE R9中，針對(duì)正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了定位參考信號(hào)(PRS)，用于下行鏈路無(wú)線幀配置，通過(guò)對(duì)PRS的處理進(jìn)行信號(hào)時(shí)延估計(jì)[5].3GPP R16協(xié)議中定義了6種定位方案來(lái)達(dá)到米級(jí)甚至亞米級(jí)別精度.具體發(fā)展過(guò)程如表1所示：

表1 3GPP協(xié)議中定位需求發(fā)展

2 4G網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

2.1 基于信號(hào)強(qiáng)度的定位

接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)定位方法原理如圖1所示.RSSI是指接收機(jī)測(cè)量的實(shí)際信號(hào)強(qiáng)度，通常以分貝毫瓦(dBm)或毫瓦(mW)為單位進(jìn)行測(cè)量.

圖1 RSSI 定位方法原理Fig.1 RSSI Positioning method principle

利用電磁波在空間中的衰落模型，建立信號(hào)強(qiáng)度觀測(cè)量與距離之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行定位解算.電磁波在空氣中的傳播損耗模型與其頻率相關(guān)，一般認(rèn)為滿足如下模型：

(1)

式中：L為功率衰減值，單位dB；PRX為接收功率的數(shù)值，單位W；PTX為發(fā)射功率的數(shù)值，單位W；GRX為接收天線增益的數(shù)值，單位dB；GTX為發(fā)射天線增益的數(shù)值，單位dB；f為頻率的數(shù)值，單位MHz；r為傳播距離的數(shù)值，單位km.此方法優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算復(fù)雜度低，且不需要任何時(shí)間同步.但在現(xiàn)實(shí)情況中，電磁波環(huán)境極其復(fù)雜，傳播過(guò)程受室內(nèi)物品擺放、墻體遮擋以及人員走動(dòng)等諸多因素影響，多徑效應(yīng)嚴(yán)重，定位效果不夠理想.雖然可以配合濾波算法或迭代算法來(lái)提升精度，但如此又會(huì)增加計(jì)算復(fù)雜度，降低定位結(jié)果實(shí)時(shí)性.

在移動(dòng)通信信號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，基于信號(hào)強(qiáng)度的定位技術(shù)主要有3種：1)近鄰定位技術(shù)：通過(guò)用戶攜帶的設(shè)備和已知發(fā)射機(jī)位置的遠(yuǎn)近程度聯(lián)合估計(jì)用戶位置；2)三邊測(cè)量技術(shù)：使用從至少3個(gè)參考節(jié)點(diǎn)接收的RSSI估計(jì)用戶設(shè)備與參考節(jié)點(diǎn)之間的絕對(duì)距離，然后從參考節(jié)點(diǎn)獲取相對(duì)坐標(biāo)；3)指紋匹配技術(shù)：收集樣本位置的信號(hào)強(qiáng)度特征信息，建立信號(hào)離線地圖，通過(guò)對(duì)待測(cè)點(diǎn)與樣本點(diǎn)特征對(duì)比匹配實(shí)現(xiàn)位置估計(jì).其中因深度學(xué)習(xí)方法蓬勃發(fā)展，基于信號(hào)強(qiáng)度的定位中，指紋匹配技術(shù)得到廣泛應(yīng)用.

軟件定義無(wú)線電(SDR)可以不更換硬件，加載不同的軟件定義通信協(xié)議接收不同類型的無(wú)線電信號(hào)，是目前移動(dòng)通信信號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)接收平臺(tái)的最佳選擇.SDR提取RSSI信息時(shí)，通常采用非相干檢測(cè)，利用快速傅里葉變換(FFT)將信號(hào)轉(zhuǎn)換至頻域處理，將所檢測(cè)接收信號(hào)頻域最高能量附近3 dB范圍內(nèi)的能量累加，從而得到RSSI，如圖2所示：

(2)

圖2 接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI獲取Fig.2 Receive signal strength RSSI acquisition

采用滑動(dòng)平滑濾波技術(shù)從陰影衰落中分離出快衰落和慢衰落，并在一定時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)接收信號(hào)的幅值和包絡(luò)求取區(qū)域平均值，自動(dòng)增益模塊(AGC)可降低噪聲對(duì)信號(hào)功率的影響，這種反饋的方式可較好地分離噪聲、補(bǔ)償信號(hào)、穩(wěn)定接收.

在室內(nèi)環(huán)境中，接收機(jī)與基站之間的視距條件難以達(dá)成，并且由于多徑衰落會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的RSSI波動(dòng)，導(dǎo)致定位精度極度下降.而在室外環(huán)境下，由于環(huán)境因素如電離層，也會(huì)引起RSSI測(cè)量一定的誤差.因此，該方法適用于數(shù)米級(jí)短距離定位.此外，基于LTE信號(hào)RSSI的定位需要提前獲取基站的相關(guān)信息，如地理坐標(biāo)、發(fā)射功率等.韓國(guó)Shin等[6]在長(zhǎng)隧道內(nèi)利用LTE信號(hào)的RSSI測(cè)量構(gòu)建指紋后確定用戶位置，實(shí)際測(cè)量結(jié)果的均方根誤差(RMSE)為30～40 m.

2.2 基于下行鏈路信號(hào)估計(jì)TOA/TDOA

在移動(dòng)通信網(wǎng)中，TOA定位是指依靠測(cè)量基站端到用戶(UE)端間信號(hào)傳播時(shí)間換算成距離信息，將其作為三圓的半徑，最終求得三圓的交點(diǎn)，交點(diǎn)即為終端位置.在二維平面上，至少需要3個(gè)基站作為發(fā)射端；在三維空間中，至少需要4個(gè)基站作為發(fā)射端.其原理如圖3所示.時(shí)間提前量(TA)表征的是UE與天線端口之間的距離，根據(jù)3GPPTS 36.213中定義：1個(gè)采樣周期(Ts=32.55 ns)對(duì)應(yīng)的時(shí)間提前量(TA=16Ts=0.52 μs)距離為4.89 m.計(jì)算方法為：距離=傳播速度(光速)×Ts/2(上下行路徑和).eNode B測(cè)量到上行PRACH前導(dǎo)序列，在隨機(jī)接入響應(yīng)(RAR)的MACpayload中攜帶11 bit信息，TA的范圍為0～1 282.根據(jù)RAR中的TA值，UE調(diào)整上行發(fā)射時(shí)間Nta=TA×16.如TA=1，那么Nta=1×16Ts，表征的距離為16×4.89 m=78.24 m，UE與網(wǎng)絡(luò)的最大接入距離為：1 282×78.24 m≈100.304 km.所以定位精度要求不高時(shí)，UE到基站的距離可以近似認(rèn)為是78×TA.

圖3 TOA 定位方法原理Fig.3 TOA positioning method principle

實(shí)際上，在通信領(lǐng)域TOA的獲得問(wèn)題是一個(gè)時(shí)延估計(jì)問(wèn)題，利用接收信號(hào)與接收機(jī)生成的序列做相關(guān)獲得估計(jì)的時(shí)延，具體的時(shí)延估計(jì)過(guò)程基于對(duì)幾個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)中的時(shí)間延遲估計(jì)和載波頻率偏移估計(jì)的輸出進(jìn)行積分[7-8]，以減少初始捕獲偏移，TOA估計(jì)方法工作流程圖如圖4所示.

圖4 TOA估計(jì)方法工作流程圖Fig.4 Workflow diagram of TOA estimation method

在通信過(guò)程中，對(duì)接收信號(hào)利用傅里葉變換的時(shí)移特性，互相關(guān)算法描述為：

(3)

式中：N是幀長(zhǎng)度；y(n)是接收信號(hào)；s(n)是接收機(jī)生成的序列；(·)*是共軛復(fù)數(shù)運(yùn)算；(·)N是循環(huán)移位運(yùn)算；#N是循環(huán)卷積運(yùn)算符.

從頻域角度將互相關(guān)算法描述為：

R(m)=IFFT{Y(k)S*(k)}，

(4)

式中，Y(k)和S(k)分別是接收信號(hào)和訓(xùn)練序列傅里葉變換后的結(jié)果.時(shí)延的估計(jì)值為：

(5)

到達(dá)時(shí)間差(TDOA)定位如圖5所示，在移動(dòng)通信定位中，該方法是將兩路信號(hào)到達(dá)時(shí)間之差代入雙曲線方程求解，UE位置為多條雙曲線的交點(diǎn)處.因此，確定一個(gè)待測(cè)點(diǎn)的位置至少需要接收4個(gè)基站的信號(hào).TDOA定位相比于TOA定位的顯著優(yōu)勢(shì)在于不要求UE端與各基站間保持精準(zhǔn)的時(shí)鐘同步.利用該方法提供位置信息的準(zhǔn)確度主要取決于定時(shí)測(cè)量的精度與基站和UE間非視距(NLOS)誤差的影響.

圖5 TDOA 定位方法原理Fig.5 TDOA positioning method principle

TDOA有兩種獲取方式：1)對(duì)兩基站到達(dá)待測(cè)目標(biāo)的到達(dá)時(shí)間做差[9]；2)直接獲取兩基站的相對(duì)時(shí)延.當(dāng)兩個(gè)信號(hào)源發(fā)射相同的信號(hào)或相同的序列內(nèi)容，理想情況下接收機(jī)收到的信號(hào)應(yīng)該只有幅度和時(shí)移的差別，同理，如果第i個(gè)和第j個(gè)移動(dòng)通信信號(hào)源發(fā)送的都是x(t)，而接收機(jī)接收到第i個(gè)和第j個(gè)信號(hào)源的信號(hào)分別為yi(t)和yj(t)，那么

yj(t)=αyi(t+Δτi，j)+Δei，j，

(6)

式中：Δτi，j為時(shí)間差；Δei，j為兩接收信號(hào)除幅值和波形以外的誤差，則Δτi，j依然可以通過(guò)對(duì)yi(t)和yj(t)互相關(guān)得到.

Δτi，j=arg{yi(t) #yj(-t)}.

(7)

可用于測(cè)距的LTE下行鏈路信號(hào)有5種，分別是循環(huán)前綴(CP)和主同步信號(hào)(PSS)、輔同步信號(hào)(SSS)、小區(qū)參考信號(hào)(CRS)、PRS[10].在LTE系統(tǒng)中會(huì)傳輸CP以減少符號(hào)間的干擾(ISI).CP是將每個(gè)符號(hào)最后的Lcp個(gè)采樣點(diǎn)復(fù)制到符號(hào)的開(kāi)頭.因此，可以估計(jì)時(shí)間和頻率的偏移[11].LTE信號(hào)傳輸中，為保護(hù)用戶隱私、減少帶寬等，運(yùn)營(yíng)商可能不傳輸PRS，使用CRS估計(jì)TOA[12].在文獻(xiàn)[13]中實(shí)驗(yàn)比較了SSS和CRS在具有多徑的半城市環(huán)境中的測(cè)距精度，這表明CRS對(duì)多徑更具魯棒性.從基站傳播到接收機(jī)的信號(hào)所遇到的多徑信道可以用以下信道脈沖響應(yīng)(CIR)和信道頻率響應(yīng)(CFR)來(lái)建模[14]：

(8)

式中：δ(·)表示狄拉克函數(shù)；hl是與第l條路徑的復(fù)信道增益；τl是對(duì)應(yīng)的延遲，其中l(wèi)∈(0，L-1).符號(hào)定時(shí)誤差是信道脈沖響應(yīng)的第一個(gè)峰值發(fā)生的時(shí)移.圖6表示從CRS中提取TOA的框圖.

圖6 從CRS中提取TOAFig.6 Extracting TOA from CRS

使用LTE信號(hào)進(jìn)行TOA定位的主要挑戰(zhàn)就是LTE基站與接收機(jī)是異步的，會(huì)存在一個(gè)初始時(shí)鐘偏差，該時(shí)鐘偏差的存在導(dǎo)致估計(jì)出異步TOA后不能用常規(guī)的定位算法直接進(jìn)行定位，而要考慮對(duì)時(shí)鐘偏差的處理.為了消除基站與接收機(jī)間未知的時(shí)鐘偏差對(duì)定位的影響，一些文獻(xiàn)會(huì)考慮使用同步的基站[15]，但這是通過(guò)模擬LTE信號(hào)實(shí)現(xiàn)的.另一種方法便是使用GNSS信號(hào)獲得已知距離測(cè)量值(作為真實(shí)距離)，以后處理的方式就是估計(jì)并消除時(shí)鐘偏差的影響.Driusso等[16]分析了OFDM信號(hào)的TOA估計(jì)性能，搭建LTE信號(hào)SDR接收平臺(tái)，提取CRS估計(jì)TOA，驗(yàn)證了旋轉(zhuǎn)因子不變法和卡爾曼濾波器的到達(dá)時(shí)間跟蹤算法(EKAT)的抗多徑性能，并應(yīng)用于LTE的多徑TOA提取，定位結(jié)果與全球定位系統(tǒng)(GPS)軌跡的均方根誤差(RMSE)為31.09 m[17].Shamaei等[18]針對(duì)地面車輛和空中無(wú)人機(jī)等不同定位環(huán)境使用不同性能的SDR接收機(jī)，接收環(huán)境中的LTE信號(hào)，提取相應(yīng)的TOA測(cè)距信息，并使用擴(kuò)展卡爾曼(EKF)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤.該無(wú)人機(jī)的GPS導(dǎo)航方案與3個(gè)基站的LTE信號(hào)之間的RMSE為8.15 m.在地面車輛使用的惡劣多徑環(huán)境下，GPS導(dǎo)航解決方案與6個(gè)基站的LTE信號(hào)之間的RMSE為5.80 m.

2.3 基于LTE-MR的定位

測(cè)量報(bào)告(MR)是移動(dòng)設(shè)備上報(bào)給基站用于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與評(píng)估的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)所生成的文件.其中，信號(hào)接收功率(RSRP)可反映網(wǎng)絡(luò)覆蓋和通話質(zhì)量等情況，之后通過(guò)調(diào)整小區(qū)功率、增加載頻和調(diào)整站址分布等方式得出相應(yīng)的優(yōu)化方案.另外，MR數(shù)據(jù)中包含了可以定位出位置坐標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，如：用戶信號(hào)的到達(dá)時(shí)間、角度和強(qiáng)度等.

LTE用戶向網(wǎng)絡(luò)反饋的MR包含了海量數(shù)據(jù)信息，使數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的定位方法得以實(shí)現(xiàn).通過(guò)MR進(jìn)行定位時(shí)，主要包含3個(gè)內(nèi)容：特征提取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、算法設(shè)計(jì).特征提取時(shí)常選取服務(wù)小區(qū)與鄰小區(qū)的物理小區(qū)識(shí)別碼、參考信號(hào)接收功率、參考信號(hào)接收質(zhì)量、終端經(jīng)緯度等.為了提高定位精度和避免過(guò)擬合，數(shù)據(jù)預(yù)處理會(huì)剔除離群數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)集合理分配為訓(xùn)練集與測(cè)試集.在算法設(shè)計(jì)的過(guò)程中用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行MR位置信息重構(gòu)，本質(zhì)上是一個(gè)預(yù)測(cè)數(shù)值型問(wèn)題.在提取數(shù)據(jù)特征后利用常用機(jī)器學(xué)習(xí)算法(AdaBoost算法、KNN算法、XGBoost算法、Bagging算法等)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，誤差對(duì)比如表2所示[19].

表2 常用機(jī)器學(xué)習(xí)算法誤差對(duì)比

同濟(jì)大學(xué)提出的電信位置恢復(fù)框架(TLOC)是第一個(gè)證明遷移學(xué)習(xí)在電信戶外位置恢復(fù)中的有效性框架[20].在上海的2G GSM和4G LTE-MR數(shù)據(jù)集上，TLOC比非轉(zhuǎn)移方法的中值誤差分別少27.58%和26.12%，比N型埋層(NBL)新的指紋方法的中值誤差少47.77%和49.22%，其平均誤差達(dá)到40 m左右.

3 5G網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)

3.1 基于參考信號(hào)估計(jì)TOA

5G NR中引入了4個(gè)主要參考信號(hào)：解調(diào)參考信號(hào)(DMRS)、相位跟蹤參考信號(hào)(PTRS)、探測(cè)參考信號(hào)(SRS)和信道狀態(tài)信息參考信號(hào)(CSI-RS).這些參考信號(hào)只有在必要之時(shí)才被發(fā)送，所以通過(guò)5G信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法大部分會(huì)利用同步廣播塊(SSB).SSB由主同步信號(hào)(PSS)、輔同步信號(hào)(SSS)、PBCH三部分共同組成，在時(shí)域上由4個(gè)連續(xù)OFDM符號(hào)組成，編號(hào)為0、1、2、3.

Shamaei等[21]從5G下行信道中的SS/PBCH提取測(cè)距信息估計(jì)TOA.首先，接收機(jī)在所有可能的頻率上進(jìn)行搜索，以便找到任何可用的SS/PBCH塊.一旦確定了SS/PBCH塊的中心頻率，就開(kāi)始進(jìn)行采樣.接下來(lái)，通過(guò)PSS和SSS過(guò)程獲取小區(qū)ID.小區(qū)ID映射分配給DM-RS的子載波.當(dāng)檢測(cè)到DM-RS序列后，就可以使用它來(lái)估計(jì)信道頻率響應(yīng)(CFR).接下來(lái)就可以解碼PBCH消息.解碼完成后，用SS/PBCH塊的第2個(gè)或第4個(gè)符號(hào)來(lái)估計(jì)CFR和細(xì)化幀開(kāi)始時(shí)間，由此得到TOA估計(jì)值.實(shí)測(cè)結(jié)果表明，使用SS/PBCH信號(hào)的估計(jì)偽距在去除時(shí)鐘偏差后的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.19 m.文獻(xiàn)[22]同樣通過(guò)利用5G下行信道中的SSB，提出了一種基于載波相位的5G NR信號(hào)TOA估計(jì)算法用于室內(nèi)定位，主要包括粗同步、多徑捕獲、延遲跟蹤和基于載波相位的TOA測(cè)距估計(jì)4個(gè)步驟.首先通過(guò)檢測(cè)PSS和SSS來(lái)初步估計(jì)SSB幀的開(kāi)始，提取DM-RS.然后通過(guò)LS-MP方法迭代地獲取多徑的時(shí)延從而獲取更精確的時(shí)間估計(jì).使用延遲鎖相環(huán)以跟蹤第一路徑的到達(dá)時(shí)間.再根據(jù)載波相位測(cè)量獲得TOA估計(jì).測(cè)試結(jié)果表明，在靜態(tài)場(chǎng)景中，TOA精度約為0.5 m，在行人移動(dòng)場(chǎng)景，精度約為0.8 m.

3.2 基于DOA的定位

基于到達(dá)角度(DOA)算法是當(dāng)基站與待測(cè)點(diǎn)的位置處于同一水平面時(shí)，通過(guò)測(cè)量待測(cè)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)到達(dá)定位基站的方位角，再根據(jù)兩條射線交點(diǎn)可以估計(jì)出待測(cè)點(diǎn)的真實(shí)位置.DOA定位方法原理如圖7所示.該方法的優(yōu)勢(shì)在于不涉及時(shí)間同步問(wèn)題，同時(shí)兩個(gè)及以上的基站就能實(shí)現(xiàn)定位.

圖7 DOA 定位方法原理Fig.7 DOA Positioning method principle

在第五代移動(dòng)通信技術(shù)中，通過(guò)在發(fā)射器和接收器上使用多個(gè)天線，MIMO技術(shù)可以有效地利用空間復(fù)用技術(shù)來(lái)提高通信質(zhì)量并增加系統(tǒng)傳輸容量.隨著天線數(shù)量的增加，它可以提供更好的分集增益，從而增強(qiáng)傳輸鏈路的可靠性并提高傳輸速率.隨著MIMO技術(shù)在5G系統(tǒng)中的使用，基于天線陣列的DOA方法具有了更多優(yōu)勢(shì).

文獻(xiàn)[23]提出一種基于正交匹配追蹤(OMP)的相鄰角功率差(AAPD)方法.首先使用OMP得到DOA方向的粗略估計(jì)，然后通過(guò)計(jì)算初始值點(diǎn)處相鄰點(diǎn)的功率差來(lái)對(duì)估計(jì)進(jìn)行調(diào)整，得到高精度的DOA估計(jì).在連續(xù)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)景中，進(jìn)一步應(yīng)用波束成形，從而減少了計(jì)算量.仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法能夠?qū)崿F(xiàn)高精度估計(jì)，消除誤差抖動(dòng).與傳統(tǒng)的多信號(hào)分類(MUSIC)DOA估計(jì)方法相比，精度提高了46%.在多徑室內(nèi)環(huán)境中，靜態(tài)角度測(cè)量的平均誤差在2°以內(nèi)，實(shí)際運(yùn)動(dòng)測(cè)試中測(cè)量誤差不超過(guò)5°的概率為97.5%.

3.3 基于指紋匹配的定位

指紋匹配定位方法，即基于信號(hào)指紋的定位方法，原理如圖8所示.此方法不需要解算，其基本思想在于：離線定位階段，事先標(biāo)定待測(cè)區(qū)域的標(biāo)記點(diǎn)并采集該點(diǎn)處的環(huán)境指紋信息，建立離線指紋庫(kù)；在線定位階段，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取待測(cè)點(diǎn)的環(huán)境信息并與離線指紋庫(kù)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行匹配，得到待測(cè)點(diǎn)的位置.

圖8 指紋定位方法原理Fig.8 Fingerprint positioning method principle

人們可以選擇RSSI、信道狀態(tài)信息(CSI)或其他物理量作為指紋[24].在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，同一個(gè)待測(cè)定位點(diǎn)往往會(huì)收到多個(gè)基站(已知節(jié)點(diǎn))發(fā)出的信號(hào).并且，這些信號(hào)的RSSI或CSI受傳輸距離、傳播路徑以及遮擋物等因素影響，結(jié)果也不盡相同；將不同的特征組合在一起，即具備了區(qū)分各個(gè)不同待測(cè)定位點(diǎn)的能力.由于CSI可以展示出各個(gè)信道背后的相位響應(yīng)和振幅響應(yīng)，CSI指紋可以獲得比RSSI更好的時(shí)間分辨率、頻率分辨率和穩(wěn)定性[25].

此方法優(yōu)點(diǎn)在于不需要信號(hào)解算，可以通過(guò)更密集地布置指紋采集點(diǎn)來(lái)提升定位的分辨精度、不受NLOS誤差影響.缺點(diǎn)是離線采集指紋階段，時(shí)間和人力成本較高，環(huán)境、物品、人員等因素的變化都會(huì)對(duì)信號(hào)采集、匹配造成干擾，不適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境和人員密集場(chǎng)所.

文獻(xiàn)[26]從商用5GNR的下行物理廣播信道(PBCH)中的DMRS中提取CSI，開(kāi)發(fā)出一種名為Hi-Loc的混合室內(nèi)定位系統(tǒng).通過(guò)引入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)和雙向長(zhǎng)短期記憶(BiLSTM)的雙注意力機(jī)制深度網(wǎng)絡(luò)，分別設(shè)計(jì)基于特征的注意力機(jī)制和基于樣本的注意力機(jī)制，提取CSI的隱式空間和時(shí)間信息.于在線階段，通過(guò)應(yīng)用全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FCNN)，根據(jù)相應(yīng)的CSI特征估計(jì)二維坐標(biāo).在典型的辦公室和走廊場(chǎng)景中進(jìn)行室內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試.結(jié)果表明，Hi-Loc在辦公場(chǎng)景和走廊場(chǎng)景的內(nèi)部測(cè)試用例中分別實(shí)現(xiàn)了2.0 m和65.1 m的平均絕對(duì)誤差，在辦公場(chǎng)景和走廊場(chǎng)景的外部測(cè)試用例中分別實(shí)現(xiàn)了0.31 m和93.3 m的平均絕對(duì)誤差.

文獻(xiàn)[27]針對(duì)傳統(tǒng)指紋庫(kù)構(gòu)建和匹配算法成本高的問(wèn)題，提出了一種基于矩陣填充的5G超密網(wǎng)絡(luò)指紋定位方法(MC-FPL)，首先，建立部分指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)加速鄰近梯度算法對(duì)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行填充，從而建立完整的指紋數(shù)據(jù)庫(kù).然后，通過(guò)一種基于最強(qiáng)接收信號(hào)強(qiáng)度的指紋庫(kù)劃分方法，將指紋庫(kù)劃分為若干個(gè)子指紋庫(kù).最后，使用分類加權(quán)K近鄰指紋匹配算法.通過(guò)對(duì)子指紋數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配從而估計(jì)待定位點(diǎn)的坐標(biāo).仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)指紋算法相比，MC-FPL算法降低了建庫(kù)和指紋匹配的復(fù)雜度，具有更高的定位精度.

4 移動(dòng)通信定位技術(shù)主要關(guān)鍵問(wèn)題

衛(wèi)星導(dǎo)航在城市峽谷、室內(nèi)、地下等環(huán)境中難以提供高精度且可靠的導(dǎo)航定位，而移動(dòng)通信信號(hào)廣泛存在于用戶活動(dòng)環(huán)境中，可提取與定位相關(guān)的信號(hào)參數(shù)，而上節(jié)所利用的移動(dòng)通信信號(hào)并非為導(dǎo)航定位設(shè)計(jì).以4G和5G為例，雖然PRS信號(hào)在3GPP R8與R16標(biāo)準(zhǔn)中就作為一種用于定位和同步的特殊參考信號(hào)被引入，但由于許多原因，并沒(méi)有被商用.其中最主要的兩個(gè)原因在于：1)需要額外帶寬來(lái)容納PRS，大約占1%～4%的帶寬，這導(dǎo)致大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商選擇不發(fā)射PRS從而將更多帶寬用于其他業(yè)務(wù)；2)這種基于網(wǎng)絡(luò)的定位會(huì)侵犯用戶的隱私.因此，想要利用移動(dòng)通信進(jìn)行高精度定位存在諸多問(wèn)題需要去解決.

4.1 時(shí)鐘同步

信號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，接收機(jī)接收的信號(hào)來(lái)自不同的無(wú)線系統(tǒng)，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間存在時(shí)鐘同步問(wèn)題.此外，同一通信系統(tǒng)中，因移動(dòng)通信信號(hào)并非為導(dǎo)航定位而設(shè)計(jì)，基站存在未知的時(shí)鐘偏置和漂移，絕大多數(shù)通信系統(tǒng)內(nèi)并沒(méi)有同步到納秒級(jí).對(duì)導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，參與解算的信號(hào)源時(shí)鐘同步至關(guān)重要，因此，解決移動(dòng)通信信號(hào)源的時(shí)鐘同步問(wèn)題對(duì)移動(dòng)通信信號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是必不可少的一項(xiàng)工作.

目前的基站時(shí)間同步技術(shù)主要有兩類：基于GNSS的授時(shí)和基于IEEE 1588的精密時(shí)間協(xié)議(PTP)同步.基于GNSS的授時(shí)技術(shù)通過(guò)GNSS信號(hào)實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的高精度定時(shí)，其接收機(jī)定時(shí)精度在百納秒量級(jí)；基于IEEE 1588的精確時(shí)間協(xié)議技術(shù)將主參考時(shí)鐘通過(guò)1588光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間傳遞，通過(guò)有限跳數(shù)保持站點(diǎn)間時(shí)間同步，其每跳的時(shí)間同步精度損失在3～5 ns[28].但若要實(shí)現(xiàn)基于基站的高精度定位，目前的時(shí)間同步技術(shù)以及設(shè)備還存在較大的提升空間，無(wú)法滿足導(dǎo)航定位需求.例如在TOA/TDOA等方法中，需要將到達(dá)時(shí)間的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為距離，這樣的測(cè)量值需要發(fā)射機(jī)與接收機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘的緊密同步.無(wú)線電信號(hào)在真空中以接近光速c傳播，c=299 792 458 m/s.1 ns的時(shí)間誤差就轉(zhuǎn)化成了30 cm的距離誤差.因此，要實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)別的定位精度，至少需要3 ns量級(jí)的時(shí)間同步精度.

文獻(xiàn)[29]提出從OFDM信號(hào)的到達(dá)時(shí)間提取出偽距的公式，其中時(shí)鐘偏差就是求解偽距重要的部分.

(9)

文獻(xiàn)[30]發(fā)現(xiàn)雖然基站時(shí)鐘與GPS之間沒(méi)有完全同步，但是它們的時(shí)鐘之間相對(duì)穩(wěn)定.蜂窩基站收發(fā)器站(BTS)時(shí)鐘之間有一定的“松散”同步，蜂窩基站的拍頻穩(wěn)定性接近原子標(biāo)準(zhǔn).時(shí)鐘偏差可以實(shí)現(xiàn)為一個(gè)穩(wěn)定的自回歸移動(dòng)平均模型.以此實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)定位米到亞米級(jí)別的定位精度.

文獻(xiàn)[31]發(fā)現(xiàn)即使是同一小區(qū)的不同扇區(qū)，由于扇形天線的相位中心之間的未知距離，射頻連接器導(dǎo)致的延遲，以及布線、濾波器、放大器等其他因素也會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘偏差有些許不同.

文獻(xiàn)[32]分析了蜂窩網(wǎng)絡(luò)中用戶設(shè)備的基于TOA的定位，考慮了用戶設(shè)備時(shí)鐘偏差統(tǒng)計(jì)的先驗(yàn)知識(shí)的3種不同情況.針對(duì)3種情況評(píng)估了4G和5G網(wǎng)絡(luò)中UE定位的平方位置誤差界(SPEB)：1)UE偏置統(tǒng)計(jì)是已知的并且僅估計(jì)UE位置；2)UE偏置統(tǒng)計(jì)是未知的并且UE聯(lián)合地估計(jì)其位置和時(shí)鐘偏置；3)UE時(shí)鐘偏置統(tǒng)計(jì)是未知的并且僅估計(jì)UE位置.

4.2 源關(guān)聯(lián)

在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，一個(gè)基站可以同時(shí)接受多個(gè)信號(hào)，服務(wù)多個(gè)終端，這些信號(hào)通常來(lái)自相干分布源或非相干分布源.通?？梢允褂酶鞣N到達(dá)角度(AOA)估計(jì)算法去估計(jì)信號(hào)參數(shù).但是，這種終端位置估計(jì)是根據(jù)與每個(gè)終端相關(guān)的參數(shù)去估計(jì)的.因此源關(guān)聯(lián)是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中多源定位的關(guān)鍵問(wèn)題[33].文獻(xiàn)[34]針對(duì)多徑環(huán)境下的源關(guān)聯(lián)(SA)、DOA和衰落系數(shù)(FCs)的估計(jì)提出的有效方法，基于多組相干下多徑信號(hào)模型的秩降低特性信號(hào).利用多路徑結(jié)構(gòu)的信息，可以估計(jì)任意幾何形狀的陣列，與傳統(tǒng)方法相比，可以顯著提高性能.

文獻(xiàn)[35]研究了復(fù)雜多徑傳播環(huán)境下的源定位和關(guān)聯(lián)問(wèn)題，提出一種基于半酉稀疏約束和子空間技術(shù)的最小均方估計(jì)(MMSE)框架迭代實(shí)現(xiàn)的廣義JSLA算法，可估計(jì)空間路徑中各自的DOA.與不考慮多路徑信道信息的方案相比，該方法進(jìn)一步提高了源定位精度.

文獻(xiàn)[36]提出了一種基于迭代優(yōu)化、半酉約束和特征分解技術(shù)的目標(biāo)定位與關(guān)聯(lián)方法.該方法無(wú)須事先了解傳播環(huán)境，直接定位空間源，并將入射路徑關(guān)聯(lián)到每個(gè)源.在多徑傳播場(chǎng)景下可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)不錯(cuò)的源關(guān)聯(lián)和定位性能，且不需要任何與環(huán)境相關(guān)的先驗(yàn)信息.

4.3 實(shí)時(shí)定位

目前有關(guān)定位的研究往往側(cè)重于通過(guò)開(kāi)發(fā)各種算法例如卡爾曼濾波器及其改進(jìn)來(lái)提高定位精度.但是定位的實(shí)時(shí)性能研究同樣也是不可或缺的一部分.目前采集LTE或者5G信號(hào)大多使用通用軟件無(wú)線電外設(shè)(USRP)進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集后在電腦上進(jìn)行離線處理.以移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用舉例，定位誤差與延遲和無(wú)人機(jī)速度成正比，無(wú)人機(jī)速度越快，定位誤差就越大.因此需要考慮如何在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)等硬件中實(shí)現(xiàn)基于SDR的定位收發(fā)器，并且整個(gè)系統(tǒng)中軟件和硬件部分所引入的延遲都需要納入考量.

4.4 室內(nèi)外越區(qū)切換

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在空曠環(huán)境下定位精度較高，而移動(dòng)通信信號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要用于彌補(bǔ)GNSS的不足，在GNSS失效時(shí)使用，從而實(shí)現(xiàn)不分時(shí)間、不分地點(diǎn)的高精度定位.然而在復(fù)雜環(huán)境的交匯處，存在乒乓效應(yīng)，導(dǎo)致接收機(jī)功耗變大、定位系統(tǒng)穩(wěn)定性差.因此，研究和關(guān)注信號(hào)切換存在的問(wèn)題，是提高移動(dòng)通信信號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)高精度無(wú)縫定位的一個(gè)關(guān)鍵因素.對(duì)于單環(huán)境，室內(nèi)或室外，已經(jīng)有許多定位技術(shù)可以針對(duì)該環(huán)境實(shí)現(xiàn)不同精度的定位，然而當(dāng)室內(nèi)外環(huán)境切換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生定位誤差.對(duì)于室內(nèi)/室外無(wú)縫切換的定位，要求在室內(nèi)室外環(huán)境的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境不同的特征，選擇最佳的定位技術(shù)來(lái)保證定位的精度.同時(shí)在進(jìn)行室內(nèi)外定位技術(shù)切換時(shí)要滿足定位過(guò)程的無(wú)縫切換、平滑穩(wěn)定.能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)室外以及室內(nèi)外中間區(qū)域全覆蓋的高精度定位.

4.5 基站位置準(zhǔn)確度

基站的位置也是定位中的重要部分之一，大部分定位算法都需要已知基站的經(jīng)緯度.同時(shí)，定位服務(wù)中使用的基站越多，就可以提供更多的位置信息，定位的準(zhǔn)確度也會(huì)提高.在實(shí)驗(yàn)中，若無(wú)法直接從運(yùn)營(yíng)商處獲取基站GPS位置，就需要通過(guò)人工測(cè)量獲得基站的GPS位置.而基站宏站天線布設(shè)通常是多個(gè)運(yùn)營(yíng)商多個(gè)天線布設(shè)在同一樓頂，人工難以獲取精準(zhǔn)的位置，通常取基站的位置為多天線的中心點(diǎn)或者樓的中心點(diǎn)，這也是誤差來(lái)源之一.目前GPS定位模塊定位精度在1～3 m之間.如果使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位模塊，精度則可以提升到20 cm之內(nèi).

5 6G網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)展望

2019年11月，中國(guó)科技部正式啟動(dòng)了6G研究，并成立了IMT-2030(6G)推進(jìn)組，以推動(dòng)6G技術(shù)研究.目前，面向2030年商用的6G仍處于愿景需求研究及概念形成階段，6G技術(shù)方向及方案仍在探索中.但已經(jīng)有許多有關(guān)6G的愿景被提出[37].

目前，許多標(biāo)準(zhǔn)化組織針對(duì)6G的一些潛在技術(shù)開(kāi)展了標(biāo)準(zhǔn)化工作.

在太赫茲頻段方面，IEEE 802.15.3d標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布了300 GHz的太赫茲頻段[38].中國(guó)航天科工二院25所在北京完成國(guó)內(nèi)首次太赫茲軌道角動(dòng)量的實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸通信實(shí)驗(yàn)，利用高精度螺旋相位板天線在110 GHz頻段實(shí)現(xiàn)4種不同波束模態(tài)，通過(guò)4模態(tài)合成在10 GHz的傳輸帶寬上完成100 Gbit/s的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸.太赫茲頻譜保證6G定位精度在室外場(chǎng)景下能夠達(dá)到1 m以下，在室內(nèi)場(chǎng)景下達(dá)到10 cm以下.同時(shí)6G能夠?qū)崿F(xiàn)三維全空間覆蓋，以每秒太比特(Tbit/s)的數(shù)據(jù)速率和亞毫秒(sub-ms)的時(shí)延提供智能泛在的無(wú)線連接[39].

在語(yǔ)義通信方面，IMT-2030 6G推進(jìn)組已開(kāi)展語(yǔ)義通信相關(guān)的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化工作.2021年以來(lái)，IMT-2030 6G推進(jìn)組在已發(fā)布的系列白皮書(shū)中均將語(yǔ)義通信和語(yǔ)義認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)定義為6G的潛在技術(shù)和架構(gòu)之一.IMT-2030《6G智能內(nèi)生網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)》白皮書(shū)中(“智能內(nèi)生的關(guān)鍵技術(shù)”章節(jié))和《6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望》白皮書(shū)中，明確提出“語(yǔ)義通信：語(yǔ)義驅(qū)動(dòng)、萬(wàn)物智聯(lián)”.2023年4月，IMT-2030(6G)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工作組已接近完成“語(yǔ)義通信及語(yǔ)義認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究”白皮書(shū)，準(zhǔn)備正式發(fā)布.

在光無(wú)線通信(OWCs)方面，IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)中包含可見(jiàn)光通信相關(guān)內(nèi)容，IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)短距離可見(jiàn)光通信發(fā)布，IEEE 802.15.13對(duì)于高帶寬可見(jiàn)光通信進(jìn)行了定義說(shuō)明.

在超大規(guī)模MIMO方面，IMT-2030(6G)推進(jìn)組于2021年發(fā)布了超大規(guī)模MIMO天線研究報(bào)告.同時(shí)該技術(shù)也在3GPP R18與R19中得到說(shuō)明.

在通信感知一體化(ISAC)方面，IEEE 802.11bf于2020年成立，專注于無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)傳感與感知.并且，3GPP SA1于2022年3月也開(kāi)始了關(guān)于ISAC的研究項(xiàng)目.

由于通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和業(yè)務(wù)需求的不斷豐富，6G將提供更加全面和高質(zhì)量的通信體驗(yàn)，并將擁有在導(dǎo)航定位、通信等各個(gè)方面遠(yuǎn)超5G的性能.

6 總結(jié)

本文基于國(guó)內(nèi)外研究成果，旨在通過(guò)總結(jié)移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的發(fā)展，對(duì)定位原理與數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.重點(diǎn)研究4G LTE、5G NR到6G的主流定位技術(shù)演進(jìn)過(guò)程，分析了其性能、優(yōu)缺點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù).總結(jié)了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的定位方法，以及正在使用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中移動(dòng)通信定位的需求變化.同時(shí)，分析了移動(dòng)通信定位過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題.隨之說(shuō)明移動(dòng)通信信號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)在未來(lái)的發(fā)展中將大放異彩.研究結(jié)果表明：

1)移動(dòng)通信系統(tǒng)越來(lái)越注重定位與通信相結(jié)合，以提高用戶的空間感知能力.一方面可在移動(dòng)通信的接收信號(hào)中提取定位所需參數(shù)用于定位解算，如利用下行鏈路信號(hào)(PSS、SSS等)估計(jì)TOA/TDOA；另一方面移動(dòng)通信信號(hào)在信號(hào)體制設(shè)計(jì)中考慮了定位精度，如利用提前設(shè)計(jì)好的參考信號(hào)(SRS、SSB等)估計(jì)TOA，3GPP協(xié)議中對(duì)降低移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)端到端延遲不斷提出新要求.從信號(hào)結(jié)構(gòu)層面提升定位性能，未來(lái)通信和定位結(jié)合將更加緊密.

2)在全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)受到挑戰(zhàn)時(shí)，使用地面豐富的移動(dòng)通信信號(hào)進(jìn)行定位無(wú)疑是一個(gè)最佳選擇.截至2022年底，全國(guó)移動(dòng)通信基站總數(shù)達(dá)1 083萬(wàn)個(gè).其中5G基站為231.2萬(wàn)個(gè)，全年新建5G基站88.7萬(wàn)個(gè)，占移動(dòng)基站總數(shù)的21.3%.網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力的持續(xù)增強(qiáng)為移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的發(fā)展夯實(shí)了可靠基礎(chǔ).移動(dòng)通信技術(shù)可以直接利用手機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備的硬件進(jìn)行定位，無(wú)須額外的硬件設(shè)備，具有便捷性等優(yōu)點(diǎn).移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)還帶來(lái)了更高的安全性和隱私保護(hù)，如LTE Release 14引入的安全和隱私增強(qiáng)技術(shù)和5G NR Release 16引入的私有網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，可以更好地保護(hù)用戶的通信安全和隱私.