李延斌，馬瑞濤，肖衛(wèi)東（.中國(guó)聯(lián)通研究院，北京 00048；.后勤學(xué)院信息管理中心，北京 00858）

1 概述

隨著智能終端的快速發(fā)展，手機(jī)定位技術(shù)的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，業(yè)務(wù)類型也越來(lái)越多樣。一般的手機(jī)終端定位技術(shù)包括自有手機(jī)定位系統(tǒng)與公用定位服務(wù)。自有手機(jī)定位系統(tǒng)指利用手機(jī)上的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS）定位模塊將自己的位置信號(hào)發(fā)送到定位后臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)定位的。公用手機(jī)定位服務(wù)一般由運(yùn)營(yíng)商來(lái)提供，是利用基站對(duì)手機(jī)的距離的測(cè)算來(lái)確定手機(jī)位置的。當(dāng)前流行的定位技術(shù)仍然以GPS 為主，但全球化的GPS 傳播信號(hào)時(shí)會(huì)受到建筑物、位置環(huán)境等影響，導(dǎo)致定位范圍和精度均有所限制。

20 世紀(jì)90 年代起，定位技術(shù)在3GPP 標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)開(kāi)始有一席之地。隨著2G 到4G 的不斷演進(jìn)，定位在空口可用可控制的資源也逐步擴(kuò)展，定位精度得到了逐步提升。5G 時(shí)代的到來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)和智能化對(duì)基于位置的服務(wù)提出了更高要求，高精度定位服務(wù)（LCS）被作為一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目提出并持續(xù)演進(jìn)增強(qiáng)。

2 定位技術(shù)演進(jìn)

2.1 LTE低精度定位

2009 年底在3GPP Rel9 版本中完善了LTE 定位方法，引入了E-CID、OTDOA+PRS、A-GNSS，以及定位協(xié)議（LPP），具體情況如表1所示。

表1 LTE低精度定位進(jìn)展情況

2.2 LTE高精度定位

3GPP引入多種室內(nèi)定位方法進(jìn)行位置增強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)50 m的水平定位精度，具體情況如表2所示。

表2 LTE高精度定位進(jìn)展情況

2.3 5G高精度定位

全面支持服務(wù)架構(gòu)和架構(gòu)簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)定位功能的去耦合和匯聚，提高定位信令效率，同時(shí)更加注重用戶隱私的保護(hù)，需要征得用戶許可才可以進(jìn)行定位業(yè)務(wù)的執(zhí)行，具體情況如表3所示。

表3 5G高精度定位進(jìn)展情況

主要功能有：基于3GPP 接入的控制面定位過(guò)程，包括5GC-MT-LR、5GC-MO-LR、延遲5GC-MT-LR、LMF 改變、定位業(yè)務(wù)能力開(kāi)放等流程；基于非3GPP 接入的控制面定位過(guò)程；EPC和5GC互聯(lián)；定位輔助信息廣播；針對(duì)多用戶的LCS業(yè)務(wù)批量操作等。

當(dāng)前可見(jiàn)的用途或使用場(chǎng)景包括NR 接入時(shí)實(shí)現(xiàn)基于控制面的高精度定位、非3GPP 接入時(shí)實(shí)現(xiàn)基于控制面的高精度定位、4G 和5G 互操作時(shí)關(guān)于定位業(yè)務(wù)的處理、LMF 將定位輔助信息廣播給UE 和針對(duì)一組用戶的定位。

3 5G定位核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 5G定位網(wǎng)元

3.1.1 LCS

AF 和NF 可以使用Ngmlc 接口從同一個(gè)信任域中（例如在相同的PLMN）的GLMC 訪問(wèn)LCS 服務(wù)，也可以使用Namf 接口通過(guò)同一個(gè)信任域中的一個(gè)AMF 的位置信息的Event Exposure訪問(wèn)LCS服務(wù)。

LCS 用戶也可以使用Le 參考點(diǎn)從一個(gè)GMLC（例如HGMLC）訪問(wèn)LCS 服務(wù)。外部AF 可以使用Nnef 接口或CAPIF API從一個(gè)NEF訪問(wèn)LCS服務(wù)。

3.1.2 GMLC

GMLC 需要支持LCS 的功能。在一個(gè)PLMN 中，可能有多個(gè)GMLC。

GMLC 是PLMN 中外部LCS 客戶訪問(wèn)的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)（即：GMLC 支持Le 參考點(diǎn)）。AF 和NF 可以直接或通過(guò)NEF 訪問(wèn)GMLC。GMLC 可以通過(guò)Nudm 接口從UDM 請(qǐng)求路由信息和/或目標(biāo)UE 隱私信息。在執(zhí)行完一個(gè)外部LCS用戶的認(rèn)證并驗(yàn)證了目標(biāo)UE隱私，一個(gè)GMLC 轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)位置請(qǐng)求到使用Namf 接口的一個(gè)服務(wù)的AMF 或UE 處于漫游場(chǎng)景使用Ngmlc 接口的另一個(gè)PLMN的GMLC。

目標(biāo)UE 的隱私內(nèi)容設(shè)置應(yīng)該總是在發(fā)送位置評(píng)估前，在UE的HPLMN中被檢查。

VGMLC是關(guān)聯(lián)目標(biāo)UE的服務(wù)節(jié)點(diǎn)的GMLC。

HGMLC 是位于目標(biāo)UE 的HPLMN 的GMLC，其負(fù)責(zé)控制目標(biāo)UE的隱私檢查。

一個(gè)支持位置服務(wù)的GMLC額外功能包括：

a）如果一個(gè)HGMLC中，存在多個(gè)AMF，需要確定目標(biāo)UE的服務(wù)AMF。

b）一個(gè)HGMLC 中，如果第一個(gè)AMF 返回的位置信息不能滿足QoS 需求且存在多個(gè)服務(wù)AMF 時(shí)，需確定是否從不同的AMF 嘗試目標(biāo)UE 的第2 次位置請(qǐng)求。

c）在一個(gè)HGMLC 中，支持從一個(gè)外部的LCS 客戶或NEF 發(fā)起一個(gè)周期、觸發(fā)、UE 有效性位置事件的延時(shí)5GC-MT-LR位置請(qǐng)求。

d）在一個(gè)HGMLC 中，基于部署配置，轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)漫游UE 的位置請(qǐng)求到一個(gè)VGMLC 或到VPLMN 的服務(wù)的AMF。

e）在一個(gè)HGMLC 中，為一個(gè)周期或觸發(fā)的延時(shí)定位流程（5GC-MT-LR），從一個(gè)VGMLC 或LMF 接收事件報(bào)告，并返回到一個(gè)外部的LCS客戶端或NEF。

f）在一個(gè)HGMLC 中，支持一個(gè)周期或觸發(fā)的定位的刪除。

g）在一個(gè)VGMLC中，如果UE請(qǐng)求，從一個(gè)VGMLC為一個(gè)5GC-MO-LR接收位置信息，并轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)LCS用戶或一個(gè)AF（通過(guò)NEF）。

h）在一個(gè)VGMLC 中，為一個(gè)漫游UE 的一個(gè)延時(shí)的5GC-MO-LR的周期或觸發(fā)的定位從一個(gè)LMF接收事件報(bào)告，并轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)HGMLC。

i）在一個(gè)VGMLC 中，從一個(gè)AMF 接收一個(gè)5GCMO-LR的位置信息，并轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)HGMLC。

j）在HGMLC 中，拒絕來(lái)自LCS 客戶端的LCS 請(qǐng)求，例如，當(dāng)LCS 請(qǐng)求中的目標(biāo)UE 數(shù)量超過(guò)該客戶端的最大目標(biāo)UE數(shù)量時(shí)。

k）在HGMLC 中，為來(lái)自外部LCS 客戶端或LDR的NEF的每個(gè)位置請(qǐng)求分配參考號(hào)。

l）在HGMLC 中，如果服務(wù)請(qǐng)求中收到假名指示符，則分配假名，并將其轉(zhuǎn)移到外部LCS客戶端。

3.1.3 LMF

LMF 負(fù)責(zé)對(duì)注冊(cè)或接入5G CN 的UE 的位置所要求的總體資源的協(xié)調(diào)和調(diào)度，并計(jì)算和認(rèn)證一個(gè)最終的位置，以及速度估算，并估算可達(dá)到的準(zhǔn)確性。LMF通過(guò)Nlmf 接口從服務(wù)AMF 獲取一個(gè)目標(biāo)UE 的定位請(qǐng)求，LMF 和UE 交互以交換適用于UE 輔助的以及基于UE 的定位方法的位置信息，并和NG-RAN、N3IWF或TNAN交互獲取位置信息。

LMF應(yīng)基于3GPP TS 23.032定義進(jìn)行定位結(jié)果地理坐標(biāo)的判斷，如果被請(qǐng)求并且可用，定位結(jié)果可同時(shí)包含UE的速度。

可由一個(gè)LMF 執(zhí)行以支持位置服務(wù)的額外功能包括：

a）支持從服務(wù)AMF 接收針對(duì)一個(gè)目標(biāo)UE 對(duì)單一位置的定位請(qǐng)求。

b）支持從服務(wù)AMF 接收針對(duì)一個(gè)目標(biāo)UE 的周期性的或觸發(fā)的定位請(qǐng)求。

c）基于UE 和PLMN 能力、QoS、UE 每種接入類型的連接狀態(tài)以及LCS客戶端類型決定定位方法。

d）針對(duì)一個(gè)UE 周期性或觸發(fā)的定位直接向GMLC報(bào)告UE位置估算。

e）支持針對(duì)一個(gè)目標(biāo)UE 取消周期性或觸發(fā)的定位。

f）支持經(jīng)由NG-RAN 以加密或非加密的形式向UE 下發(fā)廣播的輔助數(shù)據(jù)，并經(jīng)由AMF 向簽約的UE 轉(zhuǎn)發(fā)任何加密密鑰。

g）支持針對(duì)一個(gè)目標(biāo)UE 的周期性或觸發(fā)的位置報(bào)告改變LMF。

3.2 5G定位核心網(wǎng)架構(gòu)

5G 定位核心網(wǎng)架構(gòu)有2 種：參考點(diǎn)表示的非漫游UE 的5GS LCS 架構(gòu)（見(jiàn)圖1）和SBI 表示的非漫游UE的5GS LCS架構(gòu)（見(jiàn)圖2）。

圖1 參考點(diǎn)表示的非漫游UE的5GS LCS架構(gòu)

圖2 SBI表示的非漫游UE的5GS LCS架構(gòu)

3.3 5G定位流程

3.3.1 終端結(jié)束的位置請(qǐng)求（MT-LR）

通過(guò)終端被叫位置請(qǐng)求（MT-LR），在服務(wù)PLMN外部或內(nèi)部的LCS 客戶端或AF 可向PLMN 發(fā)送位置請(qǐng)求，以獲取目標(biāo)UE的位置，流程如圖3所示。

a）LCS Client向GMLC發(fā)起定位請(qǐng)求。

b）GMLC 發(fā)送請(qǐng)求到UDM 找到AMF 地址，再發(fā)送Namf_Location_ProvidePosinfo_Request 請(qǐng)求到AMF，AMF 發(fā) 送Nlmf_Location_DeterminLocation_Request 到LMF，LMF執(zhí)行1種或多種定位程序。

c）LMF 返回Nlmf_Location_DeterminLocation_Re?sponse 到AMF，AMF 返回Namf_Location_ProvidePosin?fo_Response給GMLC。

d）GMLC生成位置結(jié)果返回給LCS Client。

3.3.2 終端發(fā)起的位置請(qǐng)求（MO-LR）

通過(guò)移動(dòng)始發(fā)位置請(qǐng)求（MO-LR），UE 向服務(wù)PLMN 發(fā)送針對(duì)該UE 位置相關(guān)信息的請(qǐng)求。流程如圖4所示。

圖3 終端結(jié)束的位置請(qǐng)求

圖4 終端發(fā)起的位置請(qǐng)求

a）UE 通過(guò)UL NAS TRANSPORT 消息發(fā)送MO- LR定位請(qǐng)求到AMF。

b）AMF 發(fā)送Nlmf_Location_DeterminLocation_Re?quest到LMF，LMF執(zhí)行1種或多種定位程序。

c）LMF 返回Nlmf_Location_DeterminLocation_Re?sponse到AMF。

d）AMF調(diào)用Ngmlc_Location_LocationUpdate 服務(wù)，將位置結(jié)果發(fā)送給GMLC。

e）GMLC將位置結(jié)果傳送到標(biāo)識(shí)的LCS客戶端或AF。

f）AMF通過(guò)DL NAS TRANSPORT消息給UE回復(fù)MO-LR響應(yīng)。

3.3.3 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的位置請(qǐng)求（NI-LR）

網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的位置請(qǐng)求（NI-LR），用于UE 的服務(wù)AMF 為某些監(jiān)管服務(wù)（例如來(lái)自UE 的緊急呼叫）啟動(dòng)UE 的位置。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的位置請(qǐng)求，服務(wù)于UE 的AMF 可為某些監(jiān)管類服務(wù)（例如來(lái)自UE 的緊急呼叫）啟動(dòng)UE的位置請(qǐng)求，流程如圖5所示。

a）UE發(fā)起緊急呼叫后，AMF發(fā)送Nlmf_Loca?tion_DeterminLocation_Request到LMF，LMF執(zhí)行1種或多種定位程序。

b）LMF向AMF返回Nlmf_Location_DetermineLo?cation 響應(yīng)，返回UE 的當(dāng)前位置，AMF 發(fā)送Namf_Lo?cation_EventNotify給GMLC。

c）GMLC將位置信息推送給LCS Client。

3.3.4 即時(shí)位置請(qǐng)求

通過(guò)即時(shí)位置請(qǐng)求，LCS客戶端或AF 發(fā)送或啟動(dòng)針對(duì)目標(biāo)UE（或目標(biāo)UE 群組）的定位請(qǐng)求，并預(yù)期在較短時(shí)間內(nèi)接收到包含目標(biāo)UE（或目標(biāo)UE群組）的位置信息的響應(yīng)。該響應(yīng)時(shí)間段可以使用QoS指定。即時(shí)位置請(qǐng)求可以用于NI-LR、MT-LR或MO-LR。

3.3.5 延時(shí)位置請(qǐng)求

通過(guò)延時(shí)位置請(qǐng)求，LCS客戶端或AF 將位置請(qǐng)求發(fā)送到目標(biāo)UE（或目標(biāo)UE 群組）的PLMN，并預(yù)期在將來(lái)的某個(gè)或多個(gè)時(shí)間點(diǎn)，接收到包含事件發(fā)生指示和位置信息的響應(yīng)。該響應(yīng)與目標(biāo)UE（或目標(biāo)UE 群組）以及特定事件相關(guān)聯(lián)。

3.4 R16定位技術(shù)特性

3.4.1 目標(biāo)

監(jiān)管需求：80%的時(shí)間水平誤差小于50 m。

商業(yè)目標(biāo)：80%的時(shí)間室外水平誤差小于10 m；80%的時(shí)間室內(nèi)水平誤差小于3 m。

3.4.2 流程改進(jìn)

a）隱私保護(hù)增強(qiáng)：MT-LR 增加了對(duì)位置隱私的鑒權(quán)，確保只有得到用戶的授權(quán)，才可以對(duì)UE 進(jìn)行定位。

b）MO-LR 定位請(qǐng)求：物聯(lián)網(wǎng)終端通過(guò)使用MOLR 流程獲取當(dāng)前位置并主動(dòng)上報(bào)位置，終端發(fā)起的流程還應(yīng)用在一些自動(dòng)化作業(yè)的場(chǎng)景，例如工廠中的機(jī)器人、AGV 實(shí)時(shí)獲取自己的位置，以支持路徑規(guī)劃或在非作業(yè)時(shí)間自動(dòng)回到指定的?？繀^(qū)域等。

c）延遲定位請(qǐng)求：適用于MT-LR 定位，支持如下事件：

（a）UE 可用（UE availability）：當(dāng)UE 可達(dá)時(shí)，定位系統(tǒng)將實(shí)時(shí)獲取UE 的位置信息。

圖5 網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的位置請(qǐng)求

（b）事件觸發(fā)：Area UE 進(jìn)入，離開(kāi)或停留在預(yù)定地理區(qū)域內(nèi)的事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取UE的位置。

（c）周期性位置：Periodic Location UE 中定義的周期性計(jì)時(shí)器到期并激活位置報(bào)告的事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取UE 的位置。

（d）Motion UE 從先前位置移動(dòng)超過(guò)某個(gè)預(yù)定義直線距離的事件。

d）組用戶定位：客戶端請(qǐng)求定位組ID 標(biāo)識(shí)的UE 組，GMLC/NEF 通過(guò)UDM 獲取該ID 對(duì)應(yīng)的UE組，然后對(duì)這一組的用戶終端進(jìn)行定位。

4 定位部署方案及展望

運(yùn)營(yíng)商應(yīng)同時(shí)支持2G、3G、4G、5G、NB-IoT、LTE、5G、Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)制式所有定位方法，提供豐富的定位算法支持，全面支持豐富的應(yīng)用，如圖6所示。

圖6 定位部署

隨著5G的快速發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)能夠提供的業(yè)務(wù)能力越來(lái)越高，為各種應(yīng)用及業(yè)務(wù)提供了保證和平臺(tái)。定位技術(shù)也即將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。