“北斗+5G”通感融合赋能时空位置服务白皮书（2023年）

“北斗+5G”通感融合赋能时空位置服务 白皮书 （2023年） 广东省通信学会 广东省通信学会北斗+5G专业委员会 版权声明 本白皮书版权属于广东省通信学会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：广东省通信学会”。违反上述声明者，本学会将追究其相关法律责任。 《“北斗+5G”通感融合赋能时空位置服务白皮书》 编写委员会 指导单位： 广东省通信学会 主编单位： 中国电信股份有限公司广东分公司中国电信股份有限公司研究院 中国电信股份有限公司广东亿迅科技有限公司北京邮电大学 广东省电信规划设计院有限公司 参编单位： 华为技术有限公司 中兴通讯股份有限公司 大唐移动通信设备有限公司高德软件有限公司 小米科技有限责任公司 北京四维图新科技股份有限公司千寻位置网络有限公司 北京六分科技有限公司 广东赛宝新天地科技有限公司广东省建筑科学研究院 专家组： 李进、刘志军、黄云飞、鲁娜、李成、王建秀、曾杰、邓中亮、胡恩文、肖群力、曾沂粲、涂进、林宁 编写组： 梁力维、麦磊鑫、吴棋焕、彭家骏、杨世敬、吕园、谢卓罡、庞涛、邱斌、郭开远、李俊、叶蔼笙、汪博文、刘胜楠、谢瞻远、司志伟、朱剑驰、蒋峥、林祥通、张天圆、刘京融、张智超、丁振柯、刘炳勋、曾俊健、陈涛、方兴、邓勇、苏卓文、李紫阳，韩营、刘峻宁、贺黎滔、张博、胡磊国、刘兆元 前言 在这个信息化、网络化、智能化的时代，时空信息、定位导航服务已经成为重要的新型基础设施，综合时空体系将向更加泛在、更加融合、更加智能的方向快速迈进。基于新型综合时空体系的时空位置服务将更深入地融进我国的经济生产和社会活动中，是广大人民群众高质量生活的基本保障要素，是现代城市高效率运行与管理的重要保障手段，更是支撑数字经济发展的核心基础能力。 近年来，我国自主研发的“北斗”卫星定位导航系统已经实现了全球服务。然而，在城市峡谷和室内场景，卫星信号受阻挡或者无法接收卫星信号，服务受阻，卫星、差分站等基础网络无法满足所有场景定位授时需求。而5G具有室内室外全场景覆盖、通信+位置服务一体化的能力，是卫星定位服务的很好的补充，可以实现天地一体、室内室外无缝覆盖、通信和定位一体化的能力。未来，通感融合将是5GA/6G必备特征之一。通过一体化空口信号和多样化感知设计，在通信的同时，具备距离、速度、角度等感知新能力，从而构建成本低、性能优、无缝泛在的通感一体网络，成为支撑数字经济的核心通用能力。 本白皮书基于对这些探索的总结和思考上编制。中国电信与合作伙伴开展深度合作，研究北斗+5G高可信智能时空网体系，研发综合时空服务平台，并开展大众规模化应用。通过北斗+5G通感一体的融合时空位置技术，构建时空网服务体系；面向大众规模应用，提供差异化服务能力，并作为基础设施能力底座促进经济社会发展。 “上下四方曰宇，古往今来曰宙”，我们生活的世界叫宇,宇是空间概念,过去和当今还有未来叫宙,宙是时间概念。空间和时间加在一起就是我们生活的天地。我是谁，我在哪里，我将往哪里去，浩瀚宇宙无非时空， 时空位置服务亦即探索宇宙之旅。北斗领航，5G辅之，探索旅程必定更加行稳致远。在更为广阔的数字经济发展空间中，北斗+5G通感融合将助力社会各行业实现数字化转型，提高效率、降低成本，为全球数字经济的繁荣做出积极贡献。 目录 一.背景9 1.1.时空位置服务概念与需求9 1.2.北斗发展现状10 1.3.5G定位发展现状11 1.4.北斗和5G的融合定位发展现状12 二.问题与挑战14 2.1.北斗与5G体系融合的挑战14 2.2.室外室内一张网的挑战15 2.3.从定位服务到智能感知16 三.北斗+5G通感融合体系及关键技术17 3.1.四层四域时空定位服务融合体系架构17 3.2.北斗+5G融合定位服务关键技术20 3.2.1.5G高精度定位与授时技术22 3.2.2.北斗/5G智能融合增强定位技术25 3.2.3.端侧自主完好性监测与评估技术27 3.3.5GA通感一体化关键技术29 3.3.1.通感一体系统网络架构演进29 3.3.2.通感一体无线关键技术32 3.3.3.通感一体标准化工作35 四.典型案例39 4.1.基于通感融合技术赋能低空经济的应用(ToG、ToB)40 4.2.基于北斗+5G融合定位的智慧港口应用(ToG)46 4.3.基于北斗+5G融合定位的道路态势感知应用(ToG)47 4.4.基于北斗+5G融合定位的智慧园区应用（ToB）50 4.5.基于北斗+5G联合定位的智能检测车应用(ToB)52 4.6.基于北斗+5G融合的车道级导航应用(ToC)54 4.7.基于北斗+5G融合定位的家人关爱应用(ToC)55 五.北斗+5G产业发展建议57 5.1.产业布局建议57 5.2.基础设施的规划建议58 5.3.突破关键核心技术的建议58 5.4.产业链体系的发展建议59 六.总结展望59 英文缩略词表 缩写 英文全称 中文全称 AoA AngleofArrival 到达角度测距 API ApplicationProgrammingInterface 应用程序编程接口 BI BusinessIntelligence 商业智能 D2D DevicetoDeviceCommunication D2D通信 E-CID EnhancedCell-ID 增强单元ID FMCW FrequencyModulatedContinuousWaveRadar 调频连续波 GNSS GlobalNavigationSatelliteSystem 全球卫星导航系统 GPS GlobalPositioningSystem 全球定位系统 IMU InertialMeasurementUnit 惯性测量单元 KPI KeyPerformanceIndicator 关键性能指标 LPHAP LowPowerHighAccuracyPositioning 低功耗高精度定位 MEC MobileEdgeComputing 移动边缘运算 NFV NetworkFunctionsVirtualization 网络功能虚拟化 OTDOA ObservedTimeDifferenceofArrival 可观察到达时间差分 OFDM OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 正交频分复用技术 OTFS OrthogonalTimeFrequencySpace 正交时频空调制 PNT Positing、Navigating、Timing 定位、导航、授时体系 QoS QualityofService 服务质量 RTK Real-timekinematic 载波相位差分技术 SF SensingFunction 感知网元 SLA ServiceLevelAgreement 服务级别协议 SL Sidelink 直通链路 SDK SoftwareDevelopmentKit 软件开发工具包 SUL SupplementaryUplink 上行补充频谱 UWB UltraWideBand 超宽带技术 UTDOA UplinkTimeDifferenceofArrival 上行到达时间差定位 V2X VehicletoEverything 车联万物 3GPP 3rdGenerationPartnership Project 第三代合作伙伴计划 一.背景 1.1.时空位置服务概念与需求 时空位置服务是一种利用全球卫星定位系统、5G定位和其他技术（如惯性导航、多传感器融合等），来确定目标的位置和时间等信息，并将这些信息通过通信网络传输给用户的服务。这种服务具有高精度、高可靠、高可用、高安全的特点，被广泛应用于智能交通、智慧城市、物联网、智能制造等领域，成为现代社会发展的重要支撑之一。时空位置服务可以分为基础时空信息服务和基于位置信息的综合信息服务。前者包括高精度定位、导航和授时服务，以及大地测量数据的获取、处理和管理等；后者则将时空位置信息与其他信息整合，提供各种基于位置的综合信息服务，如智能交通、智慧工业、智慧物流等。时空位置信息是一切智能规划、决策、管理的基础，北斗全球卫星导航系统作为时空信息基础设施，其应用可以通过跨界融合，赋予其他行业、其他技术精准的时间和位置能力，成为实现区域，甚至全球智能规划、决策和协同控制的基础性技术。 时空位置服务可以为经济社会发展提供强有力的支撑，可以促进信息技术与各行各业的深度融合，推动信息化和数字化转型，提升社会效率，促进经济发展。为了推动时空位置服务的可持续发展，我国政府已经发布了一系列具体的政策措施。《中华人民共和国卫星导航条例》旨在规范卫星导航活动，促进卫星导航事业的发展；《国家卫 星导航产业中长期发展规划》则明确了卫星导航产业的发展目标、重点任务和政策措施，为卫星导航产业的发展提供了指导和支持。此外， 《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》也将高精度定位、导航和授时服务纳入其中，以推动交通运输领域的应用和发展。政策的制定和实施也体现了我国政府对时空位置服务的高度重视和支持，为产业的可持续发展提供了强有力的保障。政策的实施将进一步促进时空位置服务的发展和创新，为我国经济社会发展做出更大的贡献。 2022年我国时空位置服务产业总体产值达到5007亿元人民币，较2021年增长6.76％。其中，包括与卫星导航技术研发和应用直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的核心产业产值同比增长5.05％，达到1527亿元人民币，在总体产值中占比为30.50％。由时空位置服务所衍生带动形成的关联产值同比增长7.54％，达到3480亿元人民币，在总体产值中占比达到69.50％。在我国5007亿元人民币总体产值中，珠三角地区产值占总产值的比重达20.5%。《2023中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》指出，2022年北斗应用总体规模仍在稳步提升，推进机制得到进一步健全，基础设施愈加完善，标准化建设取得新进展，检测认证体系日益强化，重点领域也在持续发力，国际合作实现稳步发展。北斗规模化应用正在全面开启市场化、产业化和国际化发展的新篇章。 1.2.北斗发展现状 北斗三号开通以来，系统运行连续稳定可靠，服务性能世界一流， 实现全球定位精度优于5米。在产业化发展方面，“行业＋北斗”蓬勃发展，时空信息业务需求已经深入许多行业最基层的业务环节。北斗大众应用服务正步入快车道，近两年销售的智能手机的北斗功能渗透率接近100％，高精度定位服务功能也已进入智能手机。在国际化方面，北斗系统已获得民航、海事、应急搜救等国际组织的认可，北斗国际应用进一步拓展和深化，海外的认知度和影响力正不断提升。 面向未来，我国将建设技术更先进、功能更强大、服务更优质的北斗系统，建成更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系，提供高弹性、高智能、高精度、高安全的定位导航授时服务，更好惠及民生福祉、服务社会发展进步。 1.3.5G定位发展现状 全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）是定位技术的典范，但局限于室外场景。在蜂窝网络标准方面，5G无线定位已经在第三代合作伙伴计划（3rdGenerationPartnershipProject，3GPP）进行了数个Release的标准化工作。3GPPRel-15NR定义了NR定位协议A（NRPPA），在Rel-16阶段开始研究基于NR的定位技术，定义新的定位参考信号和终端/基站（UE/gNB）测量，更新定位的信令协议和过程。定位技术作为典型的感知技术，是支撑未来通感融合的基础技术。5G能够为室内场景带来高精度定位，比拟GNSS的室外定位精度。5G在定位方面，有高载频、大带宽、多天线、D2D通讯（DevicetoDeviceCommunication）、高网络密 度五大优势。3GPPRel-16协议于2020年中首次将定位能力引入到5G网络标准