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RedCap如何“引爆”5G高精度定位市场?

11/17 09:20 作者:iot101君
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作者:Ada

物联网智库 原创

 
 
随着首个RedCap标准问世,业界也开始依据标准推动其商用化进程,本土AIoT芯片与解决方案提供商北京智联安科技有限公司不仅着眼于RedCap自身的通讯特性,更是将其与5G定位融合。

 

多年来,通信代际升级一直是推动数字经济发展的中坚力量。1990年的2G开启了语音时代;2000年的3G实现了移动互联;2010年来到了4G的移动宽带互联阶段;而4.5G时代下的蜂窝IoT则是开启了移动物联的新纪元;行至2020年,5G的商用落地又再一次推动产业向万物互联跃迁。

5G演进过程中的标准化工作一直备受瞩目,是其产业应用的重要基石。就在今年6月,5G R17标准宣布冻结,标志着5G第二个演进版本标准正式完成。按照3GPP此前的计划,R18将开始对5G Advanced进行标准化,所以R17作为5G标准第一阶段收官之作,具有承上启下的意义。而5G R17版本中引入的最具代表性的技术当属RedCap,为5G一张网中引入了中高速物联网的能力。

随着首个RedCap标准问世,业界也开始依据标准推动其商用化进程,其中,本土AIoT芯片与解决方案提供商北京智联安科技有限公司不仅着眼于RedCap自身的通讯特性,更是将其与5G定位融合。在11月14日召开的首届移动物联网大会上,北京智联安科技有限公司市场销售高级副总裁王志军带来了主题为《5G RedCap高精度定位驱动新型物联网业务》的演讲,展示了公司定义的新一代RedCap高精度定位定位芯片的优势。

补齐5G网络能力的中间地带

 

众所周知,5G定义了三大场景——eMBB针对大带宽应用,uRLLC针对高可靠超低时延应用,而mMTC主要针对低速率、大连接的物联网应用。看似全面,但其实还隐藏了一块未被辐射到的需求空白区。

 

图源:网优雇佣军

 

例如,在智慧工厂内,5G的超大带宽和高可靠低时延特性可以实现对工业机器人的精准控制,但仍有一类设备,既用不到如eMBB那般高速传输,却又需要比NB-IoT和eMTC这些低功耗广域网更高性能的网络,典型的比如监控摄像头温湿度传感器、工业可穿戴设备等。此时,5G RedCap终端就能派上用场,它能满足低成本、低功耗、中等数据传输的物联网需求。

“小红帽”RedCap的全称是ReducedCapability,即“降低能力”,定位是应用于中高速物联网场景。当前,RedCap主要针对的领域包括工业无线传感网、智慧城市视频、智能车联和可穿戴设备。由于原生于5G,RedCap天然便具有5G NR的优势,除了支持包括毫米波在内的非常广泛的频段、网络效率更高、支持波束赋形、可连接到5G核心网等特性之外,RedCap与5G定位的结合更值得引起业界关注。

物联网创新离不开位置服务作为支撑,尤其是高精度定位,例如老人/儿童防走丢、停车场车位引导、工厂内机器人工作轨迹、货物流转轨迹记录等场景。随着应用场景更加细化、需求更加明确,终端对于定位系统的低功耗、低成本与高精度需求也更加强烈。

同时,无论是消费端亦或产业应用都更加强调全场景智能,而这无疑也要求定位系统能够做到室内、室外位置信息的无缝衔接。纵观现有的主流定位技术,UWB、WiFi、蓝牙由于定位精度、信号穿透能力、部署成本的差异,分别在家居、商超、体育场馆等室内场景下实现了规模化应用,但在面对室内、室外定位衔接时,均需要通过技术融合的方式来补齐室外定位。而随着5G定位标准的落地,以及5G定位能力的进一步增强,高精度定位市场也迎来一轮革新。

早在R16中引入的5G定位由UE终端、5G无线接入网、5G核心网、运营商5G位置服务平台组成,定位精度可以达到室内3米以及室外10米,满足了普通商用场景米级定位的需求。而R17中则是进一步增强了5G的精准定位,针对一般商用场景,R17定位精度目标从室内3m、室外10m提升到了亚米级,定位的时延要求小于100ms;在工业物联网场景,R17定位精度误差要求小于20cm,定位的时延要求小于10ms。

显然,依托成熟的基础网络建设优势,5G定位不仅可实现通信+定位一张网、室内定位+室外定位一张网,还将定位精度提升到了亚米级,已经具备了冲击成熟商用场景的能力与优势。

纵观目前的高精度定位市场也是呈现百家争鸣的态势,针对室内、室外的不同应用场景,卫星定位、蓝牙、UWB等都在随着终端需求的增长而快速发展。然而,在室内外定位衔接时,目前的解决方案大多是采用融合定位,如GNSS+UWB/BLE等。当应用场景有回传位置信息等数据传输需求时,则需要单独辅以通信技术方案,采用4G或LoRa进行通讯。

换言之,5G高精度定位如果想要在物联网行业实现规模化商用,一方面需要解决室内外定位衔接问题,另一方面则是要降低终端芯片的功耗与成本,同时还要能够根据不同业务需求,与其他技术结合以实现数据回传功能。

首先,5G一张网的优势可以轻松解决室内外定位衔接问题,无需增加辅助技术,同时,5G定位还能复用现成的5G宏站或室分站,无需像UWB等定位技术一样重新布站;其次,RedCap的轻量化、低功耗、低成本、中高速数据传输优势,则可以很好地帮助5G定位完成位置信息传输。剩下的芯片的功耗与成本问题则需要芯片供应商来解决,而在终端数量递增、定位需求爆发之际,针对5G高精度定位的布局对于企业而言又何尝不是一个新机遇?

抢占5G高精度定位新机遇

2021年3月,3GPP正式通过了新的WID(Work Item Description,工作项目描述)——LPHAP(Low Power High Accuracy Positioning,低功耗高精度定位),其目标是把定位精度大幅提高至0.5米@90%甚至更高精度,并使定位终端电池续航能力达到“月”级甚至“年”级。这标志着3GPP将深度耦合5G通信及定位能力。

5G R17中,首先是通过优化差分定位降低了终端和基站收发时延的影响,同时支持多路径信号测量上报,辅助信息发送等提高到达角和离开角的测量精度,从而提高了定位精度;其次还通过定义按需发送的定位导频信号,降低定位测量的请求回应时间、终端测量时间及测量Gap激活时间等举措降低了时延;最后还通过支持RRC非激活状态终端的定位测量、信令和流程等降低了功耗,并支持GNSS定位的完好性判决增强,以及A-GNSS定位增强,实现更优的GNSS(全球导航卫星系统)辅助定位性能。

 
 

据智联安市场销售高级副总裁王志军介绍,5G高精度低功耗定位基于UTDOA基站侧测量定位,在R17标准下可实现亚米级,将在R18标准下实现厘米级,上行带宽可以达到100MHz/200MHz,而这也与定位精度息息相关,“只有带宽高了,定位精度才能高”。同时,5G高精度低功耗定位的下行带宽为20MHz,这也正是RedCap在Sub-6GHz频段下的带宽。

诚如上文所言,在R17标准中得以进一步增强的5G定位对于芯片厂商而言可谓是一片亟待开垦的沃土,“修剪”掉功耗与成本之后便可看到无限生机。作为一家专业从事蜂窝物联网通讯芯片研发的IC设计公司,智联安科技早在2021年便启动了高精度低功耗定位芯片(MK8510)的研发工作,要知道,5G R17标准是在今年6月才宣布冻结的。

正是因为对于5G物联网通信技术趋势的灵敏嗅觉,智联安率先发布了第一款5G高精度低功耗定位芯片——MK8510,具备5G LPHAP低功耗高精度定位能力,支持N41,N77,N78,N79频段,上行100MHz定位信号发射,定位精度<1m CEP 90% @LOS@100MHz,还为定位专门优化RF设计,支持全向发射。同时,得益于智联安特有的低功耗控制技术,其可实现每6s一次定位,1000mAh电池续航可达12个月,覆盖更广,室内支持30~60米,室外支持200~300米。

 

RedCap引领5G定位创新

可以说,智联安已经率先在5G定位的赛场上耕耘出了基础“试验田”,MK8510在产业应用中也收到了更多切实的需求反馈,其中最重要的便是数据回传、也就是通讯功能。

 

王志军坦言,MK8510虽然具备一定的通信能力,但在面对实际业务场景的大量数传需求时仍显得力不从心,这也是为何智联安在其迭代产品MK8520中引入了RedCap,为5G高精度低功耗定位增强了通讯能力。

据介绍,智联安5G RedCap高精度定位基于高性能通信DSP的软基带方案,能够实现亚米级的高精度低功耗定位,同时还配备了灵活强大的物理层加速器单元、经过硅验证的Sub-6G 射频收发机以及功能丰富的扩展外设接口,可以满足更多应用场景的室内外定位需求以及位置信息传输需求。

毋庸置疑,5G定位凭借其室内室外一张网、易部署等特点,将逐步取代一些场景下的传统多定位技术融合方案,尤其是在其精度、功耗与成本逐步下探、可满足规模化应用之际,加之RedCap的轻量化、低功耗、低成本传输特性,RedCap融合5G定位兼具通信能力与高精度定位能力,势必将在更多物联网垂直行业大放异彩!

 

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