中国移动城市轨道交通5G应用——车站室内导航与定位

      随着城市轨道交通的发展，特别是一些大型换乘地铁站，乘客对车站内定位与导航的需求日益增长。提供该业务能方便乘客迅速准确地找到站内换乘路线，以及在站内快速找到售票机、自主服务设备、各类商铺、出入口等设备设施。同时，提供准确的室内定位与导航也是智慧车站提供的重要服务之一，更多基于位置的服务（LBS：Location-based Service）将大力提升乘客智慧出行体验。该业务也可用于站务人员定位与追踪，站内移动设备追踪等。

      基于海量乘客位置数据，可开展车站及车厢内客流量实时统计分析，以便快速响应紧急事件，合理安排运力和提升服务，具体体现在以下几个方面： 
      实时监控和预测通过对线路、站内以及站外的客流进行监控，能够实时获取乘客密度，在突发事件发生时，能够第一时间决策限流或者闭站方式，并且能通过定向通告引导客流。 
      高效调度和管理能够从不同站点的客流数量信息以及车辆的满载率上对如何进行列车调度作出判断，并能够根据乘客的起始路线进行线路的清算分账，甚至能够差异化定价不同线路和个性化定制线路。 
      多元经营可以通过地铁乘客大数据对交通进行规划，并且能够将这部分数据内容出售给第三方。能够实现基于乘客位置的APP、大屏显示以及地铁物业评估等一系列增值应用服务。 
      3GPP标准对基于5G网络的下一代高精度定位提出了一些建议和性能需求。标准中指出下一代的高精度定位系统要求终端位置信息的快速、可靠及随时获取，其中定位准确度及可用性指标如下： 
           服务区域（包括室内、室外和城区）：<1m（95%） 
          基于网络定位（三维）：依据不同部署准确度<10m到<1m（80%） 
          室内：<1m 
          覆盖区域：公路、隧道、地下停车场、室内 
          室内定位可采用的方法包括： 
          下行：OTDOA（Oberseved Time Differential of Arrival） 
          下行：UTDOA（Uplink Time Differential of Arrival） 
          增强小区ID 
          Wi-Fi、蓝牙 
           地面信标定位系统：TBS（Terrestrial Beacon System method） 
          基于传感器：惯导、气压计等 
      文献给出了基于5G NR的定位基本能力要求，并通过仿真评估相关技术的定位性能。3GPP Rel-16对定位要求如下： 
      一般用户： 
          误差：水平≤50m（80%）；垂直≤5m（80%） 
          延迟：30秒 
      商业用户： 
          室内误差：水平≤3m（80%）；垂直≤3m（80%） 
          室外误差：水平≤10m（80%）；垂直≤3m（80%） 
           延迟：1秒 
      部分仿真评估结果如下表所示，对于室内场景，基于下行和上行TDOA，频率范围1（FR1）和频率范围2（FR2）在基站完全同步情况下可满足一般用户和商业用户定位需求，当基站时间同步误差为50ns时，能够满足一般用户定位需求，无法满足商业用户需求。
     
      基于下行离开角（DL-AoD：Downlink Angle-of-Departure）定位技术在FR2频段可满足一般用户和商业用户需求。基于上行到达角（UL-AoA：Uplink Angle-of-Arrival）定位技术在FR1和FR2频段可满足一般及商业用户需求。基于多小区往返时延Multi-Cell RTT（Round-Trip Time）定位技术可满足一般用户和商业用户需求。 

      由于车站内部结构复杂并且人流密集，车站需要提供大容量高精度定位服务。基于文献提供给的评估报告，结合车站室内导航与定位需求，给出如下车站定位指标：水平误差≤5m（80%）；垂直误差≤3m（80%）；延迟1秒。该指标能够满足绝大部分乘客换乘导航，快速查找出入口、自主服务器设备等，也可用于站务人员位置追踪等。 

      上述5G-NR定位能力基于标准化方针评估得到，时机部署中，存在多种因素可能影响导航定位精度，例如频带带宽、信噪比、多径效应和基站间时钟同步等。目前，5G毫米波频段（FR2）在室内部署有限，有关关键技术有待进一步讨论和现场验证。FR1频段室内基站天线数量有限，导致DL-AOD和UL-AOA精度有限，而RTT定位需要相邻小区之间进行协调测量。因此，现有的任何单一定位技术都无法满足室内覆盖范围与定位精度的需求，需要利用5G室分网络及其他辅助定位技术（例如蓝牙信标、指纹定位等）进行多源融合定位，一满足车站室内定位与导航精度需求。 

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