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5G + X融合定位技術市場前景如何?

2021-12-09 10:01 物聯(lián)傳媒
關鍵詞:5G

導讀:5G + X融合定位技術市場前景

01、5G精準定位技術

1.5G精準定位現(xiàn)狀

根據2020年3GPP凍結的最新版本5G R16的技術指標,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。

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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。

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圖1 政府規(guī)范性文件對室內定位的精度要求

討論中的5G R17計劃在2022年凍結(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做融合是較好的方式。

02、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基站內部增加5G通信的板卡(及對應SIM卡)。UWB基站只供電,不連網線,每臺UWB基站直接通過內置5G模組將定位數(shù)據連接到定位服務器。

相比于傳統(tǒng)PoE網線連接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)據量并不大,對網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網絡接口上。5G皮基站實現(xiàn)5G信號的室內覆蓋,同時提供UWB基站的供電和數(shù)據回傳通路。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,可以看做是兩種技術的管道級融合。


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圖2 5G + UWB獨立部署架構圖

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。

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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的設備級融合。

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圖4 5G + UWB集成部署架構圖

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。

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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:

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UWB頻段資源如下:

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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。經過多項目實測,5G皮基站與UWB基站即便放在一個外殼內,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技術融合,可共同打造室內外精細定位方案。