无源物联网技术作为6G海量连接的重要载体,凭借其低成本、免供电、易部署、免维护和小尺寸等优势,有望实现万亿级连接规模,其中定位是其第二大刚需应用。本白皮书从6G无源物联网典型定位应用场景需求出发,深入分析无源物联网定位端到端关键技术,介绍定位实践案例。
无源物联网定位的定义是指基于无源物联网架构,通过无源物联网设备获取标签反向散射信号的强度、相位等定位测量量,并在定位解算平台计算待定位标签的位置。根据定位维度,可分为零维存在定位、一维线性定位、二维平面定位及三维立体定位;根据定位模式,可分为主动定位和被动定位;根据定位状态,可分为静态定位和动态定位;根据定位结果,可分为相对定位和绝对定位。
无源物联网定位的优势在于其成本优势、无需充电的便捷性以及广泛的适用场景,在定位精度要求不高的物流、仓储、零售等多个领域广泛应用,以及在高温、高辐射、高湿度等极端环境中正常工作。同时,无源物联网定位将继承这些优势,并将在应用场景拓展、定位范围扩大、定位精度提升和定位终端融合等方面发挥更大优势。
无源物联网定位的典型场景包括企业服务定位场景(仓储物流、商超零售、智能制造、智慧停车)、政府与公共服务定位场景(博物展览、矿井管廊、公检司法、医疗养老)以及个人和家庭定位场景(家人关爱、家庭家居)。这些场景对定位性能、网络设备与标签的需求各不相同,例如仓储物流场景对定位精度要求较高(1~3米),商超零售场景对定位精度要求适中(1-3米),智能制造场景对定位精度要求较高(10~30厘米),智慧停车场景对定位精度要求适中(1~3米),博物展览场景对定位精度要求极高(厘米级别),矿井管廊场景对定位精度要求适中(1~3米),公检司法场景对定位精度要求不高(室内<10米),医疗养老场景对定位精度要求米级。
无源物联网定位端到端技术涵盖定位终端层、网络层、算法层和业务层。定位终端层主要由贴附在定位对象的标签或环境中的参考标签组成,当前以电子标签形态为主。定位网络层包括单点式架构、组网式架构以及蜂窝式架构,具体选用哪种架构做定位依据定位场景而定。定位算法层主要负责预处理定位测量量数据,通过基于指纹、距离和角度的算法计算标签位置,以及实现多测量、多标签、多模态和AI融合的定位方法。定位业务层面向具体应用提供实时定位、电子围栏、室内导航、轨迹分析等定位服务原子能力。
无源物联网定位的关键技术包括定位测量量估计与位置解算。定位测量量包括信号相位、信号强度RSSI、标签盘存频率和无源物联网设备或天线ID信息等。定位测量量预处理技术包括设备固有误差消除或减弱、干扰消除、环境多径误差处理以及相位误差消除。位置解算方法包括基于指纹的定位算法(Landmarc算法、VIRE算法)、基于距离模型的定位算法(基于RSSI的距离模型定位、基于相位的距离模型定位、基于多时间点相位的速度/位置解算)、基于角度模型的定位算法(AOA)以及融合定位技术(融合多测量量定位、融合多标签定位、融合AI算法定位、融合多模态定位)。
无源物联网定位应用案例包括立体仓库定位解决方案、平面仓库定位解决方案、进出卡口货物定位解决方案、管廊人员定位解决方案以及服装零售门店陈列核查解决方案。这些案例展示了无源物联网定位技术在各个领域的应用价值。
总结及展望:无源物联网定位能力已经在仓储物流、门店管理、家庭找物、非法入侵等场景取得了初步应用。随着传统UHFRFID向组网式和蜂窝无源物联网的快速演进,其系统的灵活组网、空口通信性能和标签能力都将进一步增强,从而带来定位协议的完善、定位范围的扩大以及定位精度的提升。此外,无源定位在多标签、多模态以及AI算法等融合定位技术方面也将开展更加探索,进一步支撑定位作为6G无源物联网第二大刚需的应用需求,实现无源物联网的一网多能化演进发展。