直通链路测距和定位白皮书_56页_5mb

直通链路测距和定位白皮书总结

核心内容

本白皮书探讨了基于直通链路（Sidelink, SL）的测距和定位技术，分析了其在车联网（V2X）、公共安全、工业物联网（IIoT）、智能家居寻物和物品追踪等典型应用场景中的需求和挑战。白皮书还介绍了SL定位参考信号（PRS）的物理层设计、高层信令机制以及系统架构设计，并对频谱需求进行了分析。

主要观点

• 定位技术发展：当前定位技术主要包括GNSS、室内定位、5G蜂窝定位以及基于直通链路的定位技术。直通链路定位技术因其不依赖蜂窝网络和GNSS覆盖，适用于复杂环境下的高精度、低时延定位需求。

• V2X和公共安全定位需求：这两个用例对定位精度提出了更高要求，且定位服务应支持网络覆盖范围外的场景。定位精度分为三组：几十米、车道级、亚米级，分别适用于不同的服务级别。

• 工业物联网场景：低功耗高精度定位（LPHAP）是IIoT的关键需求之一，具体用例包括资产跟踪、AGV跟踪、危险区域人员定位等。不同用例对定位精度、定位间隔、电池寿命有不同的要求。

• 智能家居寻物：基于距离的智能家居控制（如音箱）需要高精度测距能力，以实现设备自动选择。测距精度需达到10厘米，可用性达99%，延迟控制在50毫秒以内。

• 物品追踪：对物品进行实时追踪需要高精度、高可用性和低功耗。定位精度需达到0.1米，延迟≤1秒，支持室内和室外，以及NLOS环境。

关键信息

定位方法

• SL RTT：通过测量信号往返时间来计算两个终端之间的相对距离，无需锚点UE。
• SL TDOA：利用多个锚点UE发送信号的时间差和已知位置信息计算目标UE的位置，不依赖终端时钟同步。
• SL AoA：通过接收天线阵列测量信号到达角度，实现定位，对同步误差和硬件误差适应性较好。
• CPP（载波相位定位）：利用载波相位差进行距离测量，可达到毫米级精度，但需解决整周模糊度问题。

物理层关键技术

• 定位参考信号设计：支持FR1和FR2，采用Gold序列生成，可占据整个频域资源以提高精度。
• 资源池分类：
  • 专有资源池：仅用于SL PRS传输，与PSSCH不共享，支持full staggering和partial staggering两种资源占用方式。
  • 共享资源池：同时用于通信数据和SL PRS传输，需通过SCI格式1-A和SCI格式2-D进行资源指示。
• 信道复用：在专有资源池中，SL PRS资源通过SCI格式1-B指示；在共享资源池中，通过SCI格式2-D进行资源分配。
• 功率控制：支持三种功控方式：基于下行路损、基于直通链路路损、两者结合，以降低干扰。
• 拥塞控制：终端根据测量的CBR调整发送参数，优先级高的业务可获得更优的资源分配，以保证系统可靠性。

高层关键技术

• 端到端流程：包括发现（discovery）过程、定位能力交互、定位信号测量、测量信息汇总和位置解算。
• SLPP信令：用于SL测距和定位，包括定位能力指示、辅助信息传递、位置信息传递。SLPP信令中需包含QoS要求，以满足不同场景下的性能指标。
• MAC传输调度：根据资源池类型（专用或共享），决定是否将数据包与SL参考信号组合发送，信令内容包括目的ID、优先级、带宽等信息。

架构设计

• UE-only架构：适用于无基站覆盖的场景，终端之间直接进行定位，无需网络参与。SL定位服务器UE负责提供参考信息。
• 5GC-involved架构：适用于有网络覆盖的场景，LMF等核心网网元负责定位请求的协调、信息分发和位置解算。
• 定位QoS管理：确保SL定位服务满足不同场景下的服务质量要求，如延迟、精度和可用性。

频谱需求

• 频谱带宽：定位精度越高，所需频谱带宽越大。白皮书指出，未授权频段的大带宽特性有助于提升定位精度。
• 频域资源：SL PRS在专有资源池中可占据整个频域资源，而在共享资源池中需与PSSCH带宽一致。

挑战与解决方案

• 挑战：包括多路径干扰、非视距传播、资源冲突、同步误差、整周模糊度求解等。
• 解决方案：通过信令增强（如SCI格式1-B和2-D）、资源调度（如DCI格式3-2）、功率控制和拥塞控制等机制提升系统性能。

结论

基于直通链路的测距和定位技术在5G网络中具有广阔的应用前景，特别是在需要高精度、低时延、网络覆盖范围外定位的场景中。白皮书提出了多种关键技术方案，涵盖物理层、高层和系统架构，并强调了频谱带宽对定位精度的重要性。未来，随着技术的不断演进，该技术有望在多个领域实现广泛应用。