探究5G移动通信与卫星导航融合架构与关键技术 .pdfVIP

探究5G移动通信与卫星导航融合架构与关键技术

本文在A-GNSS技术的基础上，阐述了基于5G的A-GNSS系统架构和关键

技术；阐述了卫星导航与5G混合定位架构和关键技术。

标签：5G；融合架构；A-GNSS；

1.引言

卫星导航是关系到国家安全和经济发展的关键技术体系。在现有的基于位置

的应用中，卫星导航和移动通信往往是分离或者简单地结合，并不能充分利用各

自的优势。卫星导航和通信的深度融合，尤其是与5G移动通信系统的融合将能

使得导航和通信相辅相成，互相促进，为用户提供稳定可靠的服务。实现卫星导

航与5G移动通信融合，一方面，可以极大地扩展导航的范围，提升导航的精度。

另一方面，导航系统实现通信功能，从而应用于应急救援、远洋航行等场景。

2卫星导航与5G移动通信融合体系架构

卫星导航和5G通信的融合有3个层面，第一个层面是硬件的一体化，在架

构层面将二者进行组合，比如通信的芯片和导航的芯片集成在一个设备之内。第

二个层面是协议的一体化，即在协议层面将导航和通信进行一体化设计。第三个

层面是波形一体化，即在物理层实现导航和通信的深度融合。导航通信融合的方

式主要有两种：一是利用通信卫星或者地面通信系统，实现导航增强系统，满足

用户在定位、测速和授时方面提升精度和扩展范围的需求。二是利用导航系统实

现通信功能，满足用户应急通信的需求。

卫星导航与5G移动通信融合体系架构主要包括：用户终端、基站、核心网。

其中，用户终端采用卫星和地面双模模式，分别相应地接入卫星基站和地面基站；

基站包括卫星基站和地面基站，主要功能有无线资源管理、IP包头压缩、安全

性管理等；核心网包括核心网处理云和核心网转发云，处理云是控制面，负责处

理所有控制信息，转发云在处理云的控制下负责所有的业务数据的转发。

3基于5G的A-GNSS技术

3.1基于5G的A-GNSS系统架构

基于5G的辅助全球导航卫星系统（A-GNSS）包括基于5G的C-RAN网络

和A-GNSS系统两部分组成。基于5G的C-RAN架构主要包括3个组成部分：

由远端无线射频单元（RRH）和天线组成的RRU部署、由集中式基带处理池（BBU

池）组成的本地C-RAN以及后台云服务器。分布式的远端无线射频单元提供了

一个高容量、广覆盖的无线网络，RRU部署一直是未来集中式无线接入网的研

究热点。本地C-RAN负责管理调度集中化的BBU池，使其高效利用，从而减

少调度与运行的消耗。后台云服务器作为一个庞大的服务器数据中心分为不同的

专用虚拟网，与本地C-RAN之间的网络单元通过光纤相互连接。A-GNSS系统

由全球导航卫星、卫星服务器和A-GNSS接收机三部分组成。

3.2基于5G的A-GNSS关键技术

基于5G的A-GNSS技术利用MS-Assisted和MS-Based两种辅助模式来进

行测量和定位，通过用户设备的无线电接收器实现GNSS信号的接收。在多卫星

联合使用时，导航卫星信号的有效数量将会增加，可通过在定位过程中增加数据

冗余量，改进测距时的测量方法等多种路径加以实现。在GNSS与E-UTRAN互

联时，可减少UE的GNSS启动和采集时间，增加UE的GNSS灵敏度的同时实

现节能，来提升UE及系统性能。

基于5G的定位技术可以仿照LTE系统定位网络架构，MME接收来自UE

的定位请求，或者MME主动发起定位业务，则MME应向演进服务移动位置中

心E-SMLC发起定位业务请求，E-SMLC处理定位业务请求，包含向目标UE发

送辅助数据，以辅助UE进行定位。

相比于基于LTE的A-GNSS，基于5G的A-GNSS技术具有以下的优势。

（1）定位精度得到大幅度提高。辅助信息使得A-GNSS接收机能捕获和跟

踪较弱卫星信号，有更好的定位集合精度的因子，定位精度有一定的改善。

（2）接收机灵敏度更高。由于A-GNSS接收机可以获知粗略的多普勒频偏，

搜