5G-Advanced網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)與關(guān)鍵技術(shù)

艾明，侯云靜，周潤澤，蔡茂

研究與開發(fā)

5G-Advanced網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)與關(guān)鍵技術(shù)

艾明1,2，侯云靜1,2，周潤澤3，蔡茂4

（1.中信科移動通信技術(shù)股份有限公司，北京 100083；2.無線移動通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（電信科學(xué)技術(shù)研究院有限公司），北京 100191；3. 華為技術(shù)有限公司，上海 201206；4. 上海諾基亞貝爾股份有限公司，四川 成都 610213）

3GPP制定的5G標(biāo)準(zhǔn)Release 15（Rel-15）版本僅支持緊急業(yè)務(wù)的位置服務(wù)需求，在Rel-16完成了5G位置服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)元功能、端到端流程設(shè)計、定位參考信號、測量量、測量流程等的標(biāo)準(zhǔn)化后，成為了支持商業(yè)場景位置服務(wù)的完整版本。Rel-17則進(jìn)一步縮短了定位服務(wù)時延、提升了定位精度到米級。3GPP在2022年開始Rel-18位置服務(wù)和定位研究項(xiàng)目，主要包含進(jìn)一步提升定位性能指標(biāo)（如更低時延、更高精度和更低能耗），以及進(jìn)一步擴(kuò)展定位功能（如支持Sidelink定位、用戶面定位和衛(wèi)星接入場景的終端位置驗(yàn)證等）。在介紹Rel-15/Rel-16/Rel-17位置服務(wù)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，提出、分析了實(shí)現(xiàn)Rel-18定位的部分潛在關(guān)鍵技術(shù)，指出了6G網(wǎng)絡(luò)的定位需求是更高的精度、支持更高速度場景的定位、支持更多的垂直行業(yè)和場景，人工智能、太赫茲通信將成為實(shí)現(xiàn)6G更高精度定位的潛在關(guān)鍵技術(shù)。

5G位置服務(wù)；低時延定位；低功耗高精度定位；Sidelink定位；用戶面定位；6G定位需求

0 引言

5G網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)指將接入5G網(wǎng)絡(luò)的終端的位置提供給請求方，如連接到5G網(wǎng)絡(luò)的來自各行業(yè)的客戶端。第三代合作伙伴計劃（Third Generation Partnership Project，3GPP）在5G標(biāo)準(zhǔn)的第一個版本（Release 15（Rel-15））開始支持位置業(yè)務(wù)[1]，優(yōu)先完成了滿足緊急服務(wù)和監(jiān)管業(yè)務(wù)的位置需求的標(biāo)準(zhǔn)制定，例如，終端進(jìn)行基于IP多媒體子系統(tǒng)（IP multimedia subsystem，IMS）緊急呼叫時，網(wǎng)絡(luò)將主動發(fā)起針對主叫終端的定位流程，及時將獲得的終端位置信息提供給被叫方（如警察局、消防站等），解決了主叫人可能無法提供其當(dāng)前位置的問題。從Rel-16開始，5G位置服務(wù)擴(kuò)寬到可支持商業(yè)（移動寬帶、物聯(lián)網(wǎng)等）場景，引入了位置服務(wù)能力開放、支持非3GPP接入技術(shù)的終端定位、用戶定位隱私保護(hù)等特性，以提升5G網(wǎng)絡(luò)的盈利能力。3GPP SA2工作組牽頭完成了基于服務(wù)化的5G位置服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能的定義、端到端流程設(shè)計[2]，RAN1工作組牽頭完成了5G新空口（new radio，NR）定位參考信號和定位測量等內(nèi)容的定義。在Rel-17階段，為進(jìn)一步研究提出了支持高精度、低時延位置服務(wù)的方法，在標(biāo)準(zhǔn)中了引入了預(yù)定時間的位置服務(wù)[3]、提前存儲終端定位能力[4]等方法，并對無線資源控制去激活（radio resource control inactive，RRC_inactive）狀態(tài)下的定位機(jī)制[5]、用戶設(shè)備（user equipment，UE）請求定位參考信號（positioning reference signal，PRS）[6]、定位參考單元（positioning reference unit，PRU）[7]等機(jī)制展開了研究。經(jīng)過Rel-16和Rel-17兩個版本的演進(jìn)，5G位置服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)覆蓋toC業(yè)務(wù)（如對智能終端的定位）和toB業(yè)務(wù)（如工廠中生產(chǎn)設(shè)備的定位），定位精度也可以達(dá)到亞米級（如文獻(xiàn)[8]所述某些特定的條件）。

垂直行業(yè)用戶對于5G位置服務(wù)和定位能力有更新、更高的要求，一方面，如何在企業(yè)園區(qū)中提供經(jīng)濟(jì)、可靠、高效、安全的定位系統(tǒng)，這必將要求5G位置服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)增強(qiáng)和優(yōu)化；另一方面，需要支持定位的新的場景不斷出現(xiàn)，3GPP SA1工作組在Rel-18的相關(guān)課題[9-10]中提出了新需求和性能指標(biāo)，如5G系統(tǒng)要同時支持終端的“低功耗和高精度定位”和支持對通過車載移動基站接入的終端進(jìn)行定位等[11]。

Rel-18是5G-Advanced時期的第一版本，2021年年底在3GPP SA和RAN全會分別通過了新的定位課題的立項(xiàng)，將進(jìn)一步提升位置服務(wù)[12]和定位能力[13]，主要研究更低時延、更低功耗、更高精度的定位，用戶面位置服務(wù)的增強(qiáng)，如何滿足衛(wèi)星接入場景位置服務(wù)需求等，與系統(tǒng)架構(gòu)相關(guān)的工作已于2022年1月開始，將于2023年年初完成端到端流程設(shè)計[14]，預(yù)計2023年年底可以完成協(xié)議詳細(xì)設(shè)計。

本文在介紹5G網(wǎng)絡(luò)位置服務(wù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹Rel-18階段（即5G-Advanced網(wǎng)絡(luò)）的研究內(nèi)容和部分潛在關(guān)鍵技術(shù)，最后對6G定位技術(shù)進(jìn)行了展望。

1 5G網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)架構(gòu)

基于服務(wù)化的5G系統(tǒng)的位置服務(wù)架構(gòu)如圖1所示[2]。其中控制面網(wǎng)絡(luò)功能提供的服務(wù)化接口的名稱按照Nxxx方式表示，xxx為對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)功能的英文名稱縮寫，如：Nnef為網(wǎng)絡(luò)開放功能提供的服務(wù)化接口。Le、N2分別為對應(yīng)網(wǎng)元之間的接口。

圖1 基于服務(wù)化的5G系統(tǒng)的位置服務(wù)架構(gòu)[2]

基于該架構(gòu)，位置服務(wù)的請求方可以是UE、LCS client或者應(yīng)用功能（application function，AF）。LCS client或AF可以請求單個目標(biāo)設(shè)備或者一組目標(biāo)設(shè)備的位置信息。當(dāng)收到來自網(wǎng)絡(luò)開放功能（network exposure function，NEF）或網(wǎng)關(guān)移動位置中心（gateway mobile location center，GMLC）的位置服務(wù)請求時，5G系統(tǒng)首先確定為目標(biāo)設(shè)備的服務(wù)的接入和移動性管理功能（access and mobility management function，AMF），并由AMF確定為目標(biāo)設(shè)備服務(wù)的位置管理功能（location management function，LMF），由LMF根據(jù)請求給出定位精度、時延要求，選擇定位方法后，觸發(fā)具體的定位流程。如果選擇的定位方法是基于網(wǎng)絡(luò)（network based）的方法，LMF負(fù)責(zé)進(jìn)行定位計算（涉及從接入網(wǎng)和終端獲取定位計算需要的測量信息等過程）、反饋計算得到的位置信息等；基于UE（UE based）的方法，則由終端反饋位置信息。

1.2 基于控制面的5G位置服務(wù)

如第1.1節(jié)所述，基于5G網(wǎng)絡(luò)的控制面功能的信令交互的位置服務(wù)端到端流程，屬于控制面位置服務(wù)，主要涉及LMF、無線電接入網(wǎng)（radio access network，RAN）、UE、AMF、GMLC、NEF等網(wǎng)元。LMF到UE信令的協(xié)議棧如圖2所示[15]，LTE定位協(xié)議（LTE positioning protocol，LPP）主要實(shí)現(xiàn)UE和LMF之間關(guān)于位置測量量、位置計算結(jié)果的交互[16]。新空口定位協(xié)議A（NR positioning protocol A，NRPPa）[17]用于NG-RAN和LMF之間傳輸與定位相關(guān)的消息。

基于5G控制面的位置過程包括移動被叫位置請求過程、移動主叫位置請求過程、推遲的移動被叫位置請求過程、位置業(yè)務(wù)開放過程、UE位置隱私設(shè)置過程和輔助數(shù)據(jù)廣播等過程[2]。其中，移動被叫位置請求過程指LCS客戶端或AF請求目標(biāo)UE當(dāng)前的位置或未來某個時刻的位置的過程；移動主叫位置請求過程是終端請求系統(tǒng)對其自主進(jìn)行定位的過程，定位結(jié)果還可以發(fā)送給終端指定的接收方；推遲的移動被叫位置請求過程，可以實(shí)現(xiàn)在檢測到相關(guān)的事件發(fā)生（如UE進(jìn)入或移出目標(biāo)區(qū)域）或在給定的時間到達(dá)時，對目標(biāo)終端進(jìn)行定位；位置業(yè)務(wù)開放過程，定義了NEF收到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的網(wǎng)元或外部AF的位置服務(wù)請求后的處理；UE位置隱私設(shè)置過程，允許用戶通過終端告知網(wǎng)絡(luò)，自己是否愿意被定位，如果不愿意，針對該目標(biāo)終端的定位過程將無法進(jìn)行（監(jiān)管類業(yè)務(wù)的位置請求除外）；通過輔助數(shù)據(jù)廣播等過程，終端可以接收來自網(wǎng)絡(luò)輔助數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步提升定位精度，如果輔助數(shù)據(jù)是加密的，UE可以使用從網(wǎng)絡(luò)獲得的密鑰進(jìn)行解密。

圖2 LMF到UE信令的協(xié)議棧[15]

1.3 基于用戶面的位置服務(wù)

基于用戶面位置（user plane location）指由定位服務(wù)器和用戶設(shè)備直接通信即通過用戶面的通信完成的位置服務(wù)過程，與具體的網(wǎng)絡(luò)承載無關(guān)，基于用戶面定位的協(xié)議和使用示意圖如圖3所示[18]。目前，終端設(shè)備和業(yè)務(wù)平臺提供商的定位服務(wù)一般都通過用戶面實(shí)現(xiàn)，如谷歌的緊急位置服務(wù)（emergency location service，ELS），通過安卓設(shè)備和谷歌的定位服務(wù)器直接通信實(shí)現(xiàn)。

圖3 基于用戶面定位的協(xié)議和使用示意圖[18]

安全用戶面位置（secure user plane location，SUPL）[18]規(guī)范由開放移動聯(lián)盟（Open Mobile Alliance）制定。SUPL 1.0版本用在2G/3G網(wǎng)絡(luò)，SUPL 2.0.6版本開始支持5G，最新的版本是SUPL 3.0。

在Rel-16和Rel-17時間窗，3GPP沒有深入研究用戶面定位。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的部署，定位業(yè)務(wù)面臨新的挑戰(zhàn)：更快的定位回應(yīng)、更高的安全性、同時支持海量終端的定位等，Rel-18階段即將深入研究5G網(wǎng)絡(luò)的用戶面定位[12]。

2 面向5G-Advanced網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)需求和潛在關(guān)鍵技術(shù)

2.1 更高的性能指標(biāo)要求

2.1.1 更低時延

定位時延對于toB的業(yè)務(wù)場景非常重要，對于移動速度很快的終端（如快速移動的物流小車），獲取其位置的時延過長可能導(dǎo)致所獲得的位置已經(jīng)不是終端當(dāng)前的實(shí)際位置了。根據(jù)SA1定義的定位時延要求[11]，最嚴(yán)格的情況下時延要求小于10 ms，普遍的定位時延需求在秒級。降低信令面時延的常用方法是縮減信令交互次數(shù)、減少定位請求方和被定位方之間的信令傳輸節(jié)點(diǎn)個數(shù)等。工業(yè)園區(qū)場景，特別是LMF設(shè)置在園區(qū)時，工業(yè)園區(qū)定位架構(gòu)部署示意圖如圖4所示[19]，上述減少信令節(jié)點(diǎn)個數(shù)的方法將是縮短時延方案設(shè)計的重要技術(shù)方向。

圖4 工業(yè)園區(qū)定位架構(gòu)部署示意圖[19]

基于現(xiàn)有位置服務(wù)架構(gòu)，位于園區(qū)本地的LMF（記為Local LMF）和本地園區(qū)RAN節(jié)點(diǎn)之間的定位信令消息必須經(jīng)過位于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中的AMF，這種必須經(jīng)由運(yùn)營商核心網(wǎng)AMF的迂回信令路由，大幅增加了定位時延。

基于現(xiàn)有的位置服務(wù)架構(gòu)，可以在工業(yè)園區(qū)內(nèi)部署本地AMF，由本地AMF在RAN節(jié)點(diǎn)和本地LMF之間轉(zhuǎn)發(fā)定位信令。如果對現(xiàn)有架構(gòu)進(jìn)行修改，可在RAN節(jié)點(diǎn)和本地LMF之間引入新的界面，用于兩者之間直接傳遞定位信令。在具體過程中，RAN節(jié)點(diǎn)和本地LMF之間直接傳遞定位信令，如圖5所示，Local LMF可直接和RAN交互定位信令（圖5中第2步、第6步），RAN基于已有的過程從UE處獲得相關(guān)定位測量（第3步～第5步）后，直接反饋給Local LMF進(jìn)行位置計算。

2.1.2 更低功耗

企業(yè)園區(qū)等toB場景通常部署了大量定位終端，如定位標(biāo)簽、定位傳感器，因此降低定位終端的成本是一個非常重要的因素。為了盡可能降低成本，這些終端的能力往往很有限，如不具備全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（global navigation satellite system，GNSS）定位能力、電池容量有限甚至不支持充電。降低單次定位過程中電量消耗，可以提高這些終端的使用壽命，如果同時能夠保證定位的精度，將更好地滿足垂直行業(yè)用戶的需求。

為此，Rel-18專門提出了“低功耗高精度”定位的需求，例如，對于物料跟蹤，要求同時達(dá)到定位精度小于1 m、定位頻率15 s/次、電池壽命達(dá)到12～18個月（需求具體描述，請參考文獻(xiàn)[20]）。

降低終端的功耗，一方面依賴無線空口的優(yōu)化設(shè)計，如已經(jīng)引入的RRC-inactive狀態(tài)，一方面也需要核心網(wǎng)方面的優(yōu)化來避免不必要的信令交互。針對物聯(lián)網(wǎng)終端，Rel-16已經(jīng)定義了針對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能技術(shù)方案[1]，也定義了利用數(shù)據(jù)提早傳輸（early data transmission，EDT）機(jī)制的低功耗位置服務(wù)流程（參見文獻(xiàn)[2]第6.7節(jié)），這些方法的思想可供參考。一種RRC_inactive狀態(tài)下UE降低功耗的方案如圖6所示[21]。網(wǎng)絡(luò)首先通過推遲的位置服務(wù)過程，指示UE監(jiān)測到相關(guān)事件時需進(jìn)行與定位相關(guān)操作（第1步）。當(dāng)UE在RRC_inactive狀態(tài)下檢測到事件時，不進(jìn)入無線資源控制（radio resource control，RRC）連接態(tài)，而是將測量得到PRS信號或者自己計算得出的當(dāng)前位置，通過NAS信令消息發(fā)送給AMF（第2步～第4步），由于避免進(jìn)入RRC連接態(tài)，從而減少了信令開銷和功耗。LMF收到PRS信號完成UE位置計算（或直接收到UE上報的位置信息）后（第5步和第6步），將UE的位置信息發(fā)送給NEF或AF（第9步）。

2.1.3 更高精度

在基于NR等無線接入定位過程中，當(dāng)發(fā)射接收點(diǎn)（transmission-reception point，TRP）向UE發(fā)送下行定位參考信息（downlink-PRS，DL-PRS）時，發(fā)送和接收DL-PRS的時延如圖7所示[22]。

圖5 RAN節(jié)點(diǎn)和本地LMF之間直接傳遞定位信令

圖6 一種RRC_inactive狀態(tài)下UE降低功耗的方案

圖7 發(fā)送和接收DL-PRS的時延

從圖7可知，UE使用DL-PRS測得的到達(dá)時間（time of arrival，TOA）包括3部分：（1）TRP1的基帶（baseband，BB）到天線（antenna，Ant）的傳輸時延，即TDTRP,Tx1；（2）TRP1的天線到UE的天線的傳輸時延，即PropTRP1-UE；（3）UE的天線到基帶的傳輸時延即TDUE,Rxm。因?yàn)榕c時間相關(guān)的測量的參考點(diǎn)是Tx/Rx天線，所以TRP1和UE之間的實(shí)際TOA應(yīng)為上述（2），上述（1）和（3）是TOA的定時誤差。定時誤差包括時鐘偏差和UE/基站（即TRP）的收/發(fā)定時誤差，經(jīng)過設(shè)備校準(zhǔn)之后，UE/基站的收/發(fā)定時誤差約為10 ns量級。考慮1 ns的時延誤差將導(dǎo)致30 cm的定位誤差，因此，消除上述定時誤差可有效提高定位精度。

3GPP RAN1討論[22]并確定了[13]在接入網(wǎng)引入定位參考單元（PRU）來消除上述誤差。當(dāng)PRU是一種特殊的終端時，可以擴(kuò)展UE入網(wǎng)過程，將其注冊到網(wǎng)絡(luò)中，也可以配置到LMF供定位過程使用，網(wǎng)絡(luò)獲知終端類PRU信息的3種方法及比較見表1。當(dāng)PRU作為基站功能的一部分時，網(wǎng)絡(luò)如何獲知此類PRU的存在，還需要進(jìn)一步研究。

在方案一和方案二中，當(dāng)LMF決定需要從已注冊的PRU獲取位置測量信息時，LMF通過發(fā)起LPP或NRPPa過程獲得。隨后，LMF使用已知的PRU位置以及PRU測量信息確定校正項(xiàng)，并用于校正定位目標(biāo)UE的測量信息。

表1 網(wǎng)絡(luò)獲知終端類PRU信息的3種方法及比較

從表1可以看出，方案三對系統(tǒng)影響最小，但方案三需要在LMF內(nèi)預(yù)配置PRU的信息，有一定的配置開銷，且不夠靈活。此外，LMF充當(dāng)LCS客戶端的角色獲取PRU的信息時，需要執(zhí)行完整的定位流程，存在信令迂回和信令開銷大等問題。方案一要求AMF為每個PRU靜態(tài)分配LCS關(guān)聯(lián)ID，當(dāng)同時有多個定位過程使用相同PRU時，LMF使用同一LCS關(guān)聯(lián)ID標(biāo)識不同的定位過程，因此LMF無法區(qū)分屬于不同定位過程的消息。方案二要求LMF也支持分配LCS關(guān)聯(lián)ID的功能，導(dǎo)致AMF和LMF均支持LCS關(guān)聯(lián)ID分配功能，存在功能冗余的問題。

這3個方案均存在一些問題，因此，如何利用PRU提升定位精度，將是Rel-18的研究熱點(diǎn)之一。此外，利用LMF播發(fā)GNSS參考信號的方式，既可以提升定位精度，也可以降低功耗[25]。

2.2 功能增強(qiáng)的定位技術(shù)

2.2.1 sidelink定位

sidelink定位指通過在兩個鄰近UE之間的接口（即PC5接口）傳遞定位參考信號，確定UE的絕對位置或相對位置。sidelink定位的使用場景是車聯(lián)網(wǎng)（vehicle-to-everything，V2X）和公共安全場景（包括終端在網(wǎng)和脫網(wǎng)場景），具體請參見文獻(xiàn)[26]。

以V2X場景為例，有3種基于sidelink的定位模式，包括sidelink絕對定位、sidelink相對定位、sidelink輔助定位[27]。3種sidelink定位模式示意圖如圖8所示。

sidelink絕對定位指根據(jù)目標(biāo)UE（如圖8中的車載單元（on-board unit））和其他UE之間的PC5接口的測量信息、其他UE的絕對位置及計算目標(biāo)UE的絕對位置（即經(jīng)度、緯度等信息）計算目標(biāo)UE的位置。sidelink相對定位指根據(jù)鄰近UE的PC5接口的測量信息計算鄰近UE之間的相對位置（相對距離和角度等信息），即圖8中弱勢道路使用者（vulnerable road user，VRU）之間的相對位置。sidelink輔助定位指核心網(wǎng)內(nèi)的LMF計算目標(biāo)UE的絕對位置時，參考目標(biāo)UE（圖8右側(cè)中間的車輛）的PC5接口的測量信息。

圖8 3種sidelink定位模式示意圖

由于上述3種模式均要求在PC5界面測量定位所需要的信息，可以基于盡可能重用現(xiàn)有PC5接口的功能的思路，例如，通過增強(qiáng)現(xiàn)有的PC5發(fā)現(xiàn)[28]過程，實(shí)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)過程中完成定位測量和位置計算；也在現(xiàn)有的PC5通信[28]過程之后，通過用戶面?zhèn)鬟f定位信令，完成定位測量和位置計算。此外，也可以在PC5接口引入新的控制協(xié)議，一種支持sidelink定位的協(xié)議棧如圖9所示[29]。其中，sidelink定位控制協(xié)議（sidelink positioning control protocol，SPCP）專門用于配置、協(xié)調(diào)定位參考信號，傳遞相對定位結(jié)果。

圖9 一種支持sidelink定位的協(xié)議棧

2.2.2 用戶面定位技術(shù)

從移動通信網(wǎng)絡(luò)角度出發(fā)，用戶面定位技術(shù)僅利用5G網(wǎng)絡(luò)用戶面及相關(guān)特性（如MEC等），即可實(shí)現(xiàn)更靈活的部署、更小的時延及支持更大的位置服務(wù)并發(fā)請求。

（1）基于用戶面定位支持突發(fā)大量定位請求

在災(zāi)害或者事故發(fā)生時，網(wǎng)絡(luò)可能需要處理大量突發(fā)定位請求。如果采用控制面的方案，不但需要多層信令傳輸，還需要經(jīng)過RRC、NG-AP、HTTP2的協(xié)議轉(zhuǎn)換，將對5G控制面帶來較大的信令沖擊。基于用戶面的方法，由于5G網(wǎng)絡(luò)對于高并發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持，基于用戶面的定位方法（如使用SLP）可以很好地支持突發(fā)大量定位請求。

基于用戶面的方法不受控制面無線RRC消息負(fù)荷大小的限制，用戶面的一次交互往往可以傳遞多條消息。例如，一條用戶面位置協(xié)議（userplane location protocol，ULP）消息可以同時傳遞LTE定位協(xié)議[16]的設(shè)備能力報告和輔助數(shù)據(jù)請求。這減少了信令交互次數(shù)，通過并發(fā)降低了時延。

（2）用戶面定位對于增強(qiáng)的安全性支持

對于安全敏感的場景，如面向商務(wù)（toB）的部署，需要定位信令和數(shù)據(jù)不出園區(qū)的本地定位架構(gòu)。對于大的園區(qū)，部署一個SNPN可以滿足要求，但是成本比較高。用戶面定位則可以經(jīng)濟(jì)、靈活地滿足這個需求。SLP和設(shè)備直接通過用戶面通信，可以在多種安全方案中選用滿足客戶需求的方案，如將SLP作為一種邊緣應(yīng)用服務(wù)器（edge application server，EAS）集成到園區(qū)部署的邊緣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，則各種定位數(shù)據(jù)都可以留在園區(qū)內(nèi)部。用戶面的數(shù)據(jù)保護(hù)也比控制面要更加直接。

在更多的時候，園區(qū)的數(shù)據(jù)并不是全部敏感的，如大區(qū)域的TAC信息，或多卡終端和公共網(wǎng)絡(luò)的連接等信息。SUPL 2.1和SUPL 3.0支持發(fā)現(xiàn)SUPL定位平臺（discovered-SLP location platform，D-SLP）。公共網(wǎng)絡(luò)的歸屬SUPL定位平臺（home-SUPL location platform，H-SLP）可以使用用戶設(shè)備的非敏感信息完成粗精度定位請求，在需要更多信息完成更高要求的場景中，H-SLP可以讓園區(qū)內(nèi)部的D-SLP利用更多的信息實(shí)現(xiàn)。這樣既可以保證一般性的公共定位業(yè)務(wù)，同時，對于toB業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，也可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的安全性。

（3）用戶面定位的局限性

用戶面定位雖然簡單直接，不依賴具體電信網(wǎng)絡(luò)。但正是對網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性，用戶面的定位技術(shù)不能利用上行（uplink）信號的測量結(jié)果。與3GPP無線接入技術(shù)（radio access technology，RAT）相關(guān)的定位方法中，往返傳播時間（round trip time，RTT）和增強(qiáng)小區(qū)標(biāo)識（enhanced cell identity，ECID）需要gNodeB對上行探測參考信號（sounding reference signal，SRS）進(jìn)行測量，這些方法在用戶面定位中無法得到使用。

對于園區(qū)定位，由于區(qū)域大小有限，信號同步難度不大，可以實(shí)現(xiàn)下行信號的到達(dá)時間差定位（downlink time difference of arrival，DL-TDOA對于PRS信號同步的要求。從這個角度看，用戶面定位在邊緣計算領(lǐng)域，優(yōu)勢比較明顯。

圖10 SLP部署示例[15]

另外，SLP直接與用戶設(shè)備通信，對于網(wǎng)絡(luò)的安全，用戶認(rèn)證都是需要考慮的因素；對于SLP的請求，設(shè)備的回應(yīng)也可能有多種選擇。

最后，SLP和用戶設(shè)備通信的通道也有不同的選擇。對于緊急呼叫（emergency call）場景，SLP需要通過專有網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備通信；在其他場景，SLP也可能使用IMS網(wǎng)絡(luò)或Internet。

總的看來，在3GPP網(wǎng)絡(luò)中，SLP有各種靈活性，既可以按照應(yīng)用功能（AF）或邊緣應(yīng)用服務(wù)器部署，也可以和現(xiàn)有GMLC或LMF一起部署，SLP部署示例如圖10所示[15]，支持園區(qū)用戶的各種場景。

2.2.3 5G衛(wèi)星接入的位置服務(wù)

5G非地面網(wǎng)（non-terrestrial network，NTN）在一些要求廣域覆蓋的工業(yè)應(yīng)用場景中具有顯著優(yōu)勢，3GPP SA2工作組已經(jīng)開展了支持衛(wèi)星接入網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、服務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）增強(qiáng)和移動性管理增強(qiáng)等方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作。衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)的部署示意圖如圖11所示[30]。

圖11 衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)的部署示意圖[30]

單個衛(wèi)星的無線覆蓋可以跨越幾個國家，此時需要根據(jù)UE所處的國家選擇接入對應(yīng)的公共陸地移動網(wǎng)（public land mobile network，PLMN）。UE可以通過GNSS/輔助的GNSS（assisted-GNSS，A-GNSS）等方式獲取當(dāng)前的位置信息，并提供給網(wǎng)絡(luò)用于PLMN選擇。由于網(wǎng)絡(luò)認(rèn)為終端上報的GNSS/A-GNSS的位置信息是不可信的，因此，僅依賴UE上報的位置信息執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)選擇將是不可靠的，特別是無法滿足合法監(jiān)聽等要求終端準(zhǔn)確位置的場景。AMF根據(jù)gNB提供的UE所選的PLMN標(biāo)識和用戶位置信息（user location information，ULI）（在NG-AP消息中攜帶，包含UE當(dāng)前接入社區(qū)的標(biāo)識等信息）決定是否允許UE在當(dāng)前的位置接入該P(yáng)LMN，如果出現(xiàn)ULI的精度不足以讓AMF完成判斷，則網(wǎng)絡(luò)會發(fā)起定位過程來獲得滿足精度要求的UE位置信息。網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的定位過程會給UE入網(wǎng)過程帶來額外開銷，如果網(wǎng)絡(luò)依據(jù)該定位過程獲得的UE位置判定該UE不能接入當(dāng)前PLMN，則網(wǎng)絡(luò)會指示UE重新選網(wǎng)，這對用戶體驗(yàn)影響較大。同時，該過程也增加了監(jiān)管機(jī)構(gòu)獲得UE位置的時延。在衛(wèi)星接入場景，如何可靠高效地驗(yàn)證UE位置，以滿足監(jiān)管類業(yè)務(wù)的需求，是Rel-18要研究的熱點(diǎn)之一。由于多種原因，基于衛(wèi)星接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)對終端定位即基于網(wǎng)絡(luò)的定位沒能進(jìn)入Rel-18的研究范圍[31]，這不但給驗(yàn)證通過衛(wèi)星接入的終端的位置的研究帶來了不小的難度和不確定性，也將給通過衛(wèi)星接入的不具備GNSS能力的終端（如低成本物聯(lián)網(wǎng)終端）的位置服務(wù)應(yīng)用帶來巨大挑戰(zhàn)。

3 結(jié)束語

本文在介紹3GPP定義的5G位置服務(wù)架構(gòu)、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能和流程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步介紹了Rel-18位置服務(wù)項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容和潛在的關(guān)鍵技術(shù)：一類是提升定位性能指標(biāo)的內(nèi)容，如進(jìn)一步降低定位時延、降低定位功耗、提升定位精度等，并簡單分析、比較了網(wǎng)絡(luò)支持引入PRU的3個潛在方案如何提升精度；一類是功能增強(qiáng)方面的內(nèi)容，如sidelink場景定位的3種模式和定位實(shí)現(xiàn)方法，利用用戶面定位方法來支撐大量突發(fā)定位請求、園區(qū)場景的位置服務(wù)、衛(wèi)星接入場景如何驗(yàn)證終端的位置等。

6G時代，位置服務(wù)將應(yīng)用到更多垂直行業(yè)[32-33]、新媒體[33]，甚至超高速場景[34]，如在智能工廠、智慧物聯(lián)網(wǎng)等需要實(shí)時精確地確定人員、車輛、資產(chǎn)、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things，IoT）裝置以及智能機(jī)器臂的位置，定位精度通常需要達(dá)到1～5 cm[32,35]，有些場景甚至需要達(dá)到毫米級；在超能交通場景下，飛機(jī)、磁懸浮列車等承載的終端的移動速度將超過1 000 km/h等場景，對6G在超高移速下支持實(shí)時通信業(yè)務(wù)和高精度定位業(yè)務(wù)提出挑戰(zhàn)[34]。初步研究結(jié)果表明，定位精度的進(jìn)一步提升，將有賴于載波相位定位[34]、人工智能技術(shù)[32]、通信和定位融合[32,36]、超高載波頻率[36]、大規(guī)模天線陣列[33,35]等新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

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Location services and technologies of 5G-Advanced network

AI Ming1,2, HOU Yunjing1,2, ZHOU Runze3, CAI Mao4

1.CICT Mobile Communication Technology Co., Ltd., Beijing 100083, China 2. State Key Laboratory of Wireless Mobile Communications, China Academy of Telecommunications Technology (CATT),Beijing 100191, China 3. Huawei Technologies Co., Ltd., Shanghai 201206, China 4. Shanghai Nokia Bell Co., Ltd., Chengdu 610213,China

The Release15 (Rel-15) of the 5G standard developed by 3GPP only supports the location service requirements of emergency services. The standardization of 5G location service network architecture, network element functions, end-to-end process design, positioning reference signals, measurement quantities, measurement processes, etc, has been completed in Rel-16, which is the complete version of location services that supporting business scenarios. In Rel-17, further reduction of the location service delay and improving the positioning accuracy are achieved. The 3GPP will start Rel-18 location service and positioning study in 2022, which mainly includes further improving positioning performance index, such as lower delay, and lower power and higher accuracy positioning, and further expanding positioning functions, such as supporting sidelink positioning, user plane positioning and UE (user equipment) location verification optimization of satellite access scenarios. Based on the introduction of the status of Rel-15/Rel-16/Rel-17 location services, some potential key technologies for realizing Rel-18 location services were put forward and analyzed. Then, the summary that the positioning requirements of 6G network are higher accuracy support the positioning of higher speed scenarios and support more vertical industries and scenarios was pointed out. Artificial intelligence and terahertz communication will become potential key technologies to realize 6G higher accuracy location services.

5G location service, low delay positioning, low-power high-accuracy positioning, sidelink positioning, user plane positioning, 6G positioning requirement

The National Natural Science Foundation of China (No.61931005)

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022042

2022?01?30；

2022?03?09

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.61931005）

艾明（1974? ），男，中信科移動通信技術(shù)股份有限公司正高級工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、位置服務(wù)、定位、智能化等。

侯云靜（1985? ），女，中信科移動通信技術(shù)股份有限公司高級工程師，3GPP SA2標(biāo)準(zhǔn)代表，主要研究方向?yàn)槎ㄎ?、網(wǎng)絡(luò)切片等。

周潤澤（1988? ），男，華為技術(shù)有限公司高級工程師，3GPP SA2標(biāo)準(zhǔn)代表，主要研究方向?yàn)槎ㄎ?、授時、5G LAN等。

蔡茂（1973? ），男，上海諾基亞貝爾股份有限公司高級標(biāo)準(zhǔn)專家，主要研究方向?yàn)長CS、V2X、Ranging等。