2023年“北斗+5G”通感融合賦能時空位置服務(wù)白皮書-廣東省通信學(xué)會

1本白皮書版權(quán)屬于廣東省通信學(xué)會，并受法律保護(hù)。轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，應(yīng)注明“來源：廣東省通信學(xué)會”。違反上述聲明者，本學(xué)會將追究其相關(guān)法律責(zé)任。2指導(dǎo)單位：主編單位：參編單位：3專家組：編寫組：4字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心基礎(chǔ)能力。近年來，我國自主研發(fā)的“北斗”衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了全球成為支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心通用能力。術(shù)，構(gòu)建時空網(wǎng)服務(wù)體系；面向大眾規(guī)模應(yīng)用，?供差異化服務(wù)能力，并作為基礎(chǔ)設(shè)施能力底座促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。“上下四方曰宇，古往今來曰宙”，我們生活的世界叫宇,宇是空間概念,過去和當(dāng)今還有未來叫宙,宙是時間概念?？臻g和時間加在一起就是5社會各行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，?高效率、降低成本，為全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)的繁榮做出積極貢獻(xiàn)。6一.背景 91.1.時空位置服務(wù)概念與需求 1.2.北斗發(fā)展現(xiàn)狀 1.3.5G定位發(fā)展現(xiàn)狀 1.4.北斗和5G的融合定位發(fā)展現(xiàn)狀 12二.問題與挑戰(zhàn) 2.1.北斗與5G體系融合的挑戰(zhàn) 2.2.室外室內(nèi)一張網(wǎng)的挑戰(zhàn) 2.3.從定位服務(wù)到智能感知 三.北斗+5G通感融合體系及關(guān)鍵技術(shù) 3.1.四層四域時空定位服務(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)測與評估技術(shù) 273.3.5GA通感一體化關(guān)鍵技術(shù) 3.3.1.通感一體系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn) 293.3.2.通感一體無線關(guān)鍵技術(shù) 323.3.3.通感一體標(biāo)準(zhǔn)化工作 四.典型案例 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) 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)合定位的智能檢測車應(yīng)用(ToB) 524.6.基于北斗+5G融合的車道級導(dǎo)航應(yīng)用(ToC) 544.7.基于北斗+5G融合定位的家人關(guān)愛應(yīng)用(ToC) 55五.北斗+5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議 5.1.產(chǎn)業(yè)布局建議 5.2.基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建議 5.3.突破關(guān)鍵核心技術(shù)的建議 5.4.產(chǎn)業(yè)鏈體系的發(fā)展建議 六.總結(jié)展望 7AngleofArrivalBIBusinessIntelligenceE-CID增強(qiáng)單元IDNetworkFunctionsVirtualizationMultiplexingQualityofServiceSidelinkUplinkTimeDifferenceofArriVehicletoEverythingProject8一.背景1.1.時空位置服務(wù)概念與需求?供各種基于位置的綜合信息服務(wù)，如智能交通、智慧工業(yè)、智慧物時空位置服務(wù)可以為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?供強(qiáng)有力的支撐，可以促進(jìn)信息技術(shù)與各行各業(yè)的深度融合，推動信息化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，?升社9《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》也將高精度定位、導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?供了強(qiáng)有力的保障。政策的實施將進(jìn)一步促進(jìn)時書》指出，2022年北斗應(yīng)用總體規(guī)模仍在穩(wěn)步?升，推進(jìn)機(jī)制得到1.2.北斗發(fā)展現(xiàn)狀實現(xiàn)全球定位精度優(yōu)于5米。在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，“行業(yè)＋北斗”蓬斗國際應(yīng)用進(jìn)一步拓展和深化，海外的認(rèn)知度和影響力正不斷?升。北斗系統(tǒng)，建成更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時空體系，?1.3.5G定位發(fā)展現(xiàn)狀全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GifferenceofArrival）等外，5ighAccuracyPositioning)、Sidelink定位、載波相位1.4.北斗和5G的融合定位發(fā)展現(xiàn)狀高安全的定位導(dǎo)航授時（Positioning、Navigating、Timing，PNT）端使用北斗網(wǎng)絡(luò)輔助定位和高精度定位功能?供重要支持，更好服務(wù)外一體化的高精度定位服務(wù)。用，為北斗系統(tǒng)?供了更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定的位置信息。首先，差分通道號傳播路徑的不確定性等，?高了北斗系統(tǒng)的定位精度。其次，北斗以更及時地獲取并響應(yīng)這些干擾，從而更加迅速地進(jìn)行差分修正，?分通道傳輸?供了更好的支持。通過連接大量的終端設(shè)備，可以實現(xiàn)性能?升?供了強(qiáng)有力的支持。度應(yīng)用。二.問題與挑戰(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移動通信網(wǎng)絡(luò)的融合面臨著一系列任范圍差異化問題，確保在各種環(huán)境下都能?供高精度的時空服務(wù)，亟度和覆蓋范圍差異化問題，確保在各種環(huán)境下都能?供高精度的時空（4）在推動北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的融合過程推動技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。2.2.室外室內(nèi)一張網(wǎng)的挑戰(zhàn)市峽谷等復(fù)雜遮擋場景中，服務(wù)存在“最后一公里”的空缺，構(gòu)建無在“本體能力不足、融合層次不深、評估檢驗不嚴(yán)密”等突出問題，都能?供準(zhǔn)確的定位。i-Fi、藍(lán)牙等。將這些異構(gòu)傳感器集成到一張網(wǎng)絡(luò)中需要解決數(shù)據(jù)融在合并室內(nèi)和室外定位網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮數(shù)據(jù)的安全和隱私保必須采取適當(dāng)?shù)陌踩胧﹣肀Ｗo(hù)數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。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)兩個層面都存在向通度的相似性，一體化設(shè)計有利于通信和感知能力的雙?升。通感與定術(shù)上，蜂窩網(wǎng)絡(luò)在?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)步?升網(wǎng)絡(luò)位置服務(wù)能力的必由路徑，同時面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。三.北斗+5G通感融合體系及關(guān)鍵技術(shù)3.1.四層四域時空定位服務(wù)融合體系架構(gòu)圖3-1北斗、5G、差分站網(wǎng)融合體系架構(gòu)各有不同的現(xiàn)狀，參考網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NetworkFunctionsVirtualization,NFV）的理念進(jìn)行基礎(chǔ)資源融合，通過統(tǒng)一平臺接口實現(xiàn)空服務(wù)理念，設(shè)計“四層四域”的時空服務(wù)體系架構(gòu)，面向海量數(shù)據(jù)大并發(fā)場景，?升時空服務(wù)體系的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)用戶圖3-2高可信時空信息服務(wù)體系行業(yè)用戶規(guī)模應(yīng)用落地。運(yùn)營管理域采用端到端融合理念，對北斗/差分能力、5G定位能力、授時能力等不同能力進(jìn)行調(diào)度、融合、管用戶的差異化需求?供融合PNT服務(wù)能力以及服務(wù)級別協(xié)議（Servi可用服務(wù)；通過能力組件、定位服務(wù)、API(ApplicationProgrammi通過“四層四域”的高可信時空網(wǎng)服務(wù)體系架構(gòu)，采用統(tǒng)一的綜業(yè)的深化應(yīng)用。3.2.北斗+5G融合定位服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)波相位高精度測距與北斗衛(wèi)星定位能力相結(jié)合,在室內(nèi)外環(huán)境實現(xiàn)高精度位置服務(wù)。在導(dǎo)航系統(tǒng)不能用于導(dǎo)航時為用戶?供及時、有效告警信息，滿足關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诙ㄎ环?wù)高可靠性的需求，為用戶?供可靠的服務(wù)和同驗證終端權(quán)限,實現(xiàn)從源到端的定位導(dǎo)航服務(wù)安全性保障。波聚合等定位技術(shù)，?出多場景約束的多源信息彈性融合定位函數(shù)模服務(wù)?供重要支撐。3.2.1.5G高精度定位與授時技術(shù)授時技術(shù)，為高精度定位?供授時支撐。圖3-35G高精度定位與授時技術(shù)路線.信道建模與多徑/非視距識別與抑制技術(shù)應(yīng)用場景中?出的增強(qiáng)型移動寬帶、高可靠低時延及海量機(jī)器通建。在模型建立的基礎(chǔ)上，對不同信號特征進(jìn)行甄別，?出采用分類模型進(jìn)行非視距類型智能識別的方法進(jìn)行非視距識別與弱直達(dá)徑非差對定位的影響。.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)盡可能少的頻譜資源的前?下，研制一種多波段測距信號，使用較少.5G網(wǎng)絡(luò)授時技術(shù)授時服務(wù)主要是為終端?供服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息和精確時間信息在服務(wù)平臺上的共網(wǎng)傳輸，支持定位終端利用5G授時網(wǎng)絡(luò)?供高精供的高精度定位授時服務(wù)，賦能“靜態(tài)后處理毫米級定位服務(wù)”、“差”、“高精度地圖服務(wù)”等應(yīng)用，助力智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智慧港口、智能車聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用。3.2.2.北斗/5G智能融合增強(qiáng)定位技術(shù)強(qiáng)，?高服務(wù)質(zhì)量，形成室內(nèi)外無縫定位導(dǎo)航能力。于機(jī)器學(xué)習(xí)的終端差異化高可用定位技術(shù)，?升差異化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下異.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各異，難以?供高精度高可用的定位信息，迫切需要多場景、多源信復(fù)雜環(huán)境，?高定位精度，擴(kuò)展了位置服務(wù)的應(yīng)用場景。.多尺度、多類型觀測數(shù)據(jù)評估與優(yōu)選技術(shù)值進(jìn)行篩選，保留對定位效果?升最大的觀測值加入定位，?高系統(tǒng)整體定位精度。.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的終端差異化高可用定位技術(shù)習(xí)的高可用定位方法能夠有效?高定位系統(tǒng)的泛化性能以及實用性?；跈C(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好泛化性能的高魯棒性精確定位系統(tǒng)。3.2.3.端側(cè)自主完好性監(jiān)測與評估技術(shù)?出基于機(jī)器學(xué)習(xí)的端側(cè)自主完好性監(jiān)測算法，該算法基于多假沌粒子濾波與似然比結(jié)合故障監(jiān)測算法，?取時域相關(guān)信息，檢測緩圖3-5端側(cè)自主完好性監(jiān)測與評估技術(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)測模型并使用合理指標(biāo)進(jìn)行評行差異比較，以識別和消除時空網(wǎng)信號源的故障。隨后，?取計算故.故障檢測算法獲得判決與故障檢測結(jié)果，?高不同場景下端側(cè)自主故障檢測能力，使得定位系統(tǒng)能夠?qū)ο到y(tǒng)偶發(fā)故障及時識別處理，?升差異化網(wǎng)絡(luò)環(huán).終端自主完好性監(jiān)測技術(shù)征空間域移位而導(dǎo)致的故障監(jiān)測能力下降與相似特征空間故障監(jiān)測識別的重復(fù)計算問題，?出基于域適應(yīng)的故障特征空間的?取與泛化方法來彌補(bǔ)上述問題導(dǎo)致的性能下降。3.3.5GA通感一體化關(guān)鍵技術(shù)中通信感知一體化作為建議書中首次?及的新場景，將移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)共享同時實現(xiàn)感知與通信功能協(xié)同的新型信息處理技術(shù)，可以有效?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)用場景?供支演進(jìn)成為感知內(nèi)生的通感一體化網(wǎng)絡(luò)。3.3.1.通感一體系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)線接入網(wǎng)負(fù)責(zé)無線資源調(diào)度、感知數(shù)據(jù)處理以及感知結(jié)果上報。塊。圖3-6通感一體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).感知客戶端感知無人機(jī)的定位信息，包括距離/速度/角度的精度和分辨率要求息網(wǎng)元用于?供網(wǎng)絡(luò)感知的參數(shù)信息，如載波頻率、頻譜帶寬以及其他一些與感知相關(guān)的接入網(wǎng)基本參數(shù)。.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)基本參數(shù)。.無線接入網(wǎng)內(nèi)的邊緣感知網(wǎng)元無線接入網(wǎng)內(nèi)的邊緣感知網(wǎng)元負(fù)責(zé)卸載感知網(wǎng)元處理的感知服另一類是全功能邊緣感知網(wǎng)元，除了支持感知網(wǎng)元可以?供的服感知過程在本地進(jìn)行處理，可以更好適配時延敏感型業(yè)務(wù)，為用戶?供高精度低時延的感知服務(wù)。3.3.2.通感一體無線關(guān)鍵技術(shù)術(shù)(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)波形基的前?下最小化通信回波對感知回波的影響等。通感一體化波束賦形束掃?識別和窄波束精準(zhǔn)定位相結(jié)合，可?高波束利用率，實現(xiàn)低精Service)保證下接納更多目標(biāo)；覆蓋方面通感資源管控旨在優(yōu)化時、頻、空域等物理資源的分配調(diào)度，?行接入資源調(diào)整，為通感一體化通信閉環(huán)接入控制?供重要數(shù)據(jù)支?升空域容量；小區(qū)重選與切換策略優(yōu)化，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各基站的協(xié)調(diào)和負(fù)載均衡，?高網(wǎng)絡(luò)整體容量。方面聯(lián)合優(yōu)化以實現(xiàn)整體性能的保證。3.3.3.通感一體標(biāo)準(zhǔn)化工作圖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)制定過程中圍繞不同感知用例新的協(xié)議棧還需進(jìn)一步研究和定義。圖3-8感知信令交互示意圖進(jìn)行仿真評估的必要前?。在通感場景中，感知節(jié)點基于反射波對目估驗證不同場景下通信和感知的系統(tǒng)性能。圖3-9通感一體化信道模型示意圖圖3-10時分通感一體化信號幀結(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)覆蓋場景保障感知服務(wù)的一致性，以及如何利用感知能力?升系統(tǒng)通信性能等四.典型案例圖4-1高可信時空網(wǎng)重大應(yīng)用示范示意圖進(jìn)行應(yīng)用案例的介紹。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)空經(jīng)濟(jì)對通感融合技術(shù)有明確和廣闊的需求。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)品和服基于5GA的通感一體化方案，實現(xiàn)在傳統(tǒng)基站上部署”雷達(dá)”功融合技術(shù)的試點驗證。圖4-2基于通感融合技術(shù)的試點驗證中國電信廣東公司聯(lián)合設(shè)備廠商在廣州開展基于毫米波的通感圖4-3基于通感融合技術(shù)的試點驗證步?升感知定位精度?？找惑w化網(wǎng)絡(luò)。級上行，?供視頻傳輸、近地數(shù)據(jù)更新。在航路區(qū)，基于天通一號窄頻、話音、報文、位置等全業(yè)務(wù)全場景應(yīng)用。圖4-55G+衛(wèi)星海陸空一體化網(wǎng)絡(luò)方案a.形成面向通航航線的三大能力：b.推進(jìn)天地一體技術(shù)演進(jìn)的實際部署：機(jī)的示范應(yīng)用。息，在?高海岸警察響應(yīng)速度和救援效率的同時，也在一定程度上降圖4-7無人機(jī)實現(xiàn)電力設(shè)施智能巡檢磨損、腐蝕等問題，通過無人機(jī)巡線及時發(fā)現(xiàn)隱患。4.2.基于北斗+5G融合定位的智慧港口應(yīng)用(ToG)輛自動駕駛，車輛編隊行駛，人員和貴重物資定位等應(yīng)用場景?供精?升升生產(chǎn)效能，助力智慧港口建設(shè)。圖4-8基于北斗+5G融合定位的港口定位場景圖4-9高精度定位流程為港區(qū)?供實時厘米級定位服務(wù)，遵循系統(tǒng)性，繼承性，前瞻性環(huán)保等維度?供港區(qū)一張圖，便于用戶從繁雜的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中進(jìn)行管理聚焦，從而有效輔助港區(qū)?升科學(xué)化、智慧化的經(jīng)營決策水平。4.3.基于北斗+5G融合定位的道路態(tài)勢感知應(yīng)用(ToG)時信息采集能力結(jié)合智能技術(shù)，讓高速路段上的一雙雙“眼睛”（行駛的車輛）越來越“明亮”和“智慧”。圖4-10基于北斗+5G融合定位的道路態(tài)勢感知應(yīng)用示范智能化最優(yōu)事件派發(fā)?；c部署，從“動”變“靜”，讓執(zhí)勤人員專注警情研判與處理。路面人員?供了無數(shù)個可觀看移動監(jiān)控設(shè)備。（2）助力解決夜間/盲區(qū)巡檢難問題保障夜間巡檢效果。?升閘道、主干道彎道、設(shè)施植被遮擋等盲區(qū)事浮動車輛自動感知事件，變“被動處理”為“主動發(fā)現(xiàn)”，增加事件發(fā)現(xiàn)的情報來源，?升事件發(fā)現(xiàn)的時效與有效率。（5）?升處置效率，降低二次事故發(fā)生通過高頻次的浮動車資源，可助力事件快速?前發(fā)現(xiàn)，