好的，我们继续解读TR 21.918的后续章节。

深度解析 3GPP TR 21.918：9.6 Ranging-based Service and sidelink positioning (基于测距的服务和sidelink定位)

本文技术原理深度参考了3GPP TR 21.918 V18.0.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“9.6 Ranging-based Service and sidelink positioning”的核心章节，旨在为读者深入剖析5G Sidelink如何从单纯的“通信”工具，演进为高精度的“测量”工具，从而催生出全新的基于邻近感知的服务。

在前几期的文章中，我们已经深入探讨了Sidelink（PC5接口）如何在通信层面实现设备到设备（D2D）的直接连接、中继和路径切换。然而，Sidelink的潜力远不止于此。当设备之间能够直接交换无线信号时，它们不仅能传递“信息”，还能通过分析信号的传播特性，来感知彼此间的物理距离和相对位置。

“我知道你在这里”，这是一种基础的通信能力；而“我知道你在我东北方15.3米处”，这则是一种全新的感知能力。将通信与感知深度融合，正是6G愿景的核心之一，而3GPP在5G-Advanced阶段，就已经通过本章内容，为我们提前拉开了这场变革的序幕。

今天，我们的主角，是一家大型仓储物流中心的自动化调度系统架构师，陈工。他面临的挑战是，如何让仓库内数百台自主移动机器人（AMR）和人工叉车，在没有预装UWB或蓝牙信标的复杂环境中，实现亚米级的相互精确定位和安全避让。他将希望寄予了5G Sidelink的全新能力——基于测距的服务（Ranging-based Service）。

1. 从“连接”到“测量”：Ranging与Sidelink定位的诞生

传统的Sidelink通信，其目标是尽可能清晰、无误码地解调出信号中所承载的数据内容。而Ranging（测距）和Sidelink Positioning（Sidelink定位），则将关注点转移到了信号的“物理属性”上——例如，信号的飞行时间（Time of Flight）、到达角度（Angle of Arrival）、接收功率（Received Power）等。

Ranging-based service provides the distance between two UEs or more UEs and/or the direction of one UE (i.e. Target UE) from another UE (i.e. SL Reference UE) via PC5 operations. Sidelink Positioning provides absolute location, relative position, or Ranging information of a UE by using PC5 for the positioning.

规范清晰地定义了两者的区别与联系：

• Ranging（测距）：更侧重于相对测量。它的目标是回答“A离B有多远？”或“B在A的哪个方向？”这类问题。它是一对一或一对多的测量。
• Sidelink Positioning（Sidelink定位）：更侧重于坐标解算。它的目标是回答“A的绝对坐标是多少？”或“A相对于B的坐标偏移是多少？”这类问题。它通常需要多个参考点（SL Anchor UEs）的协同测量，来解算出最终的位置。

可以说，Ranging是Sidelink定位的基础“原子能力”，而Sidelink定位是Ranging能力的系统级应用。这两项能力的实现，都依赖于我们在9.2章节中已经详细讨论过的SL PRS（Sidelink定位参考信号）和相关的测量方法（如SL-RTT, SL-TDOA, SL-AoA等）。本章的重点，则是从系统和服务的层面，定义了如何去“触发”、“管理”和“使用”这些底层的测量能力。

2. “谁都能用”的服务架构：三种操作模式

为了满足不同场景的需求，规范定义了三种灵活的服务操作模式。

The operation of Ranging/Sidelink Positioning can be performed with Network-assisted Operation, Network-based Operation or UE-only Operation:

2.1 UE-only Operation (UE纯自主模式)

场景：在陈工的仓库中，两台AMR机器人需要进行紧急的近距离避让。

In the UE-only Operation, the service request handling and result calculation are performed by UE.

• 工作流程：AMR-A直接向AMR-B发起一个RTT测距请求。两者通过PC5接口交换SL PRS信号，AMR-A自主完成往返时间的计算，并解算出两者间的距离。整个过程完全在两个UE之间完成，不依赖任何外部网络。
• 优势：延迟最低，响应最快，且能在完全没有5G网络覆盖的环境下工作。非常适合安全关键的防撞应用。

2.2 Network-based Operation (网络主导模式)

场景：陈工的调度后台需要获取仓库内AMR-C的精确绝对位置，以进行全局路径规划。

In the Network-based Operation, 5GC NF(s) is involved for the service request handling and result calculation.

• 工作流程：调度后台（作为AF）通过核心网，向定位服务器（LMF）发起对AMR-C的定位请求。LMF随即调度仓库内部署的多个位置固定的“定位锚点”（SL Anchor UEs，可以是专用的参考站，也可以是固定的5G CPE）去测量来自AMR-C的SL PRS信号。所有锚点将测量结果（如TOA, AoA）上报给LMF，由LMF在云端完成位置解算，并将最终坐标返回给调度后台。
• 优势：精度最高。因为LMF可以融合来自多个锚点的测量信息，并利用复杂的算法（如卡尔曼滤波）进行优化。UE本身只需发射信号，无需进行复杂的计算，对终端要求低。

2.3 Network-assisted Operation (网络辅助模式)

场景：一台由工人驾驶的智能叉车，需要知道自己相对于某个货架（货架上贴有5G定位标签）的精确相对位置，以便精准取货。

In the Network-assisted Operation, 5GC NF(s) is involved for the service request handling and assist UE for the result calculation.

• 工作流程：叉车上的UE发起定位请求。网络（LMF）帮助它完成一些复杂的“准备工作”，例如，提供周边可用锚点（定位标签）的列表、精确的位置坐标和同步信息。叉车UE利用这些“辅助信息”，自主地与定位标签进行测量，并自己在本地完成最终的位置解算。
• 优势：兼顾了精度和隐私。定位解算在本地完成，UE的位置信息无需完全上报给网络，保护了隐私。同时，由于有网络的精确辅助信息，其定位精度远高于纯自主模式。

3. 端到端的功能框架：从授权到计费

要将Ranging和Sidelink定位从一项技术能力转化为一项可运营的商业服务，需要一个完整的端到端功能框架。

Ranging based services and sidelink positioning in 5G System are applied for commercial, V2X and public safety use cases… which includes the following functionality and features:

规范详细定义了支撑这项服务所需的八大功能模块：

1. Authorization and Provisioning (授权与开通): 运营商（或仓库管理者陈工）可以通过签约系统，为特定的UE（如AMR）开通或关闭Ranging/Positioning服务权限。
2. UE Discovery & Selection (UE发现与选择): 一个UE如何发现周边可用于定位的“锚点”UE？这依赖于ProSe的发现机制。
3. Positioning control (定位控制): 由LMF或主定位UE发起的、控制整个定位会话的信令流程。
4. UE Positioning assisted by Sidelink Positioning… (Sidelink辅助的UE定位): 这指的是将Sidelink测量结果作为一种新的“测量源”，融合到传统的蜂窝定位流程中，以提升整体定位精度。
5. Positioning service exposure (定位服务开放): 网络如何将定位结果或定位能力，通过标准的API（如NEF接口）开放给第三方的应用（如陈工的调度后台）。
6. QoS Handling (QoS处理): 定位信令（如LPP, SLPP）也需要QoS保障。核心网需要为这些信令建立专用的QoS Flow，确保其低时延、高可靠地传输。
7. Security (安全): 如何防止位置信息被窃听？如何防止恶意的“位置欺骗”？这需要对Sidelink定位信令进行加密和完整性保护，并对参与定位的设备进行身份认证。
8. Charging (计费): 运营商可以根据定位的次数、精度、频率等，设计出灵活的计费模型，例如“按次定位”或“高精度定位包月”。

这套完整的功能框架，将Ranging和Sidelink定位从一个单纯的RAN技术，提升为了一个可管理、可运营、可盈利的5G原生服务。

4. “谁”能发起定位？

一个灵活的服务，应该允许生态系统中的多个角色都能按需发起。

The Ranging/Sidelink Positioning service request can be initiated by a UE (i.e. SL Positioning Client UE, Target UE, SL Reference UE), a 5GC NF, an LCS Client or an AF.

规范明确，以下角色都可以成为定位的发起者：

• UE: 叉车上的UE（作为SL Positioning Client）主动发起，想知道自己的位置。
• 5GC NF: 核心网网元（如AMF）为了进行移动性管理或满足监管要求，发起对UE的定位。
• LCS Client / AF: 外部的应用（如陈工的调度后台，作为LCS Client或AF），通过网络开放接口，发起对仓库内任一AMR的定位。

这种多入口、分布式的服务发起模式，为Sidelink定位的广泛应用提供了极大的便利性。

总结

3GPP TR 21.918的9.6章节，为我们揭示了5G Sidelink从“通信”向“通感一体”演进的关键一步。它不再仅仅满足于让设备“听到”彼此，而是要让它们能够精确地“看到”彼此在物理世界中的相对位置。

• 通过定义Ranging和Sidelink Positioning这两个核心服务，3GPP为D2D环境下的高精度测量提供了标准化的能力抽象。
• 通过提供UE-only、Network-based、Network-assisted三种灵活的操作模式，该服务能够适应从完全离网的自主协同，到云端控制的全局定位等多样化的应用场景。
• 通过构建包含授权、发现、控制、开放、QoS、安全、计费等在内的完整功能框架，它将一项底层测量技术，成功地封装成了一项可运营的商业服务。

对于像陈工这样的行业用户而言，Ranging和Sidelink定位技术的出现，意味着他们可以摆脱对专用定位硬件（如UWB）的依赖，利用一张统一的5G网络，同时实现高速通信和高精度定位，从而极大地降低了智慧仓储、智能工厂等方案的部署成本和复杂度。

5G-Advanced正在通过Sidelink，悄然开启一场“比特”与“原子”世界深度融合的革命。当网络不仅能传递信息，还能感知物理世界的尺度时，一个更智能、更自动化的未来，已然触手可及。

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FAQ - 常见问题解答

Q1：Ranging（测距）和Sidelink定位（Positioning）的主要区别是什么？ A1：主要区别在于输出结果的维度和所需的参考点数量。Ranging的输出通常是一维或二维的相对信息，如“距离”（一个标量）或“距离+方位角”（一个二维向量），它最少只需要两个UE即可完成。而Sidelink定位的输出是二维或三维的坐标，如“在仓库坐标系下的(x, y)坐标”或“相对于参考点的(Δx, Δy)坐标”，它通常需要至少三个非共线的参考点（Anchor UEs）才能解算出无模糊的位置结果。Ranging是定位的基础，多次、多点的Ranging测量结果，是进行定位解算的输入。

Q2：Network-based（网络主导）定位的精度为什么通常是最高的？ A2：因为它能最大限度地利用“全局信息”和强大的“计算能力”。1）全局信息：网络侧的LMF可以同时收集来自多个Anchor UE对同一个Target UE的测量数据，测量源更丰富。LMF还拥有所有Anchor UE的精确坐标和同步信息，这些都是高精度解算的先决条件。2）强大算力：LMF部署在云端或边缘服务器上，可以运行非常复杂的定位算法，如非线性最小二乘、卡尔曼滤波等，对测量误差进行最优估计和抑制。而终端（UE）受限于功耗和成本，其计算能力是有限的，通常只能运行简化的算法。

Q3：UE-only模式的测距，真的完全不需要网络吗？它的授权和安全如何保证？ A3：UE-only模式在执行测距的瞬间确实不需要网络连接。但是，为了保证其合法和安全地运行，它在“事前”和“事后”可能仍然需要网络。事前（授权）：一个UE是否有权限发起或响应Ranging请求，这个能力通常是在它连接到网络时，由网络（通过ProSe Function）为其配置和授权的。网络会告诉UE：“你有权在PC5接口上使用Ranging功能，并且可以使用这些加密密钥”。事后（可选）：UE在完成自主测距后，可以选择性地将测量结果上报给网络，用于日志、计费或后续的分析。所以，UE-only模式是“执行时离网”，但其整个生命周期管理，依然是在网络的管控框架之下的。

Q4：Sidelink定位技术会完全取代仓库里的UWB或蓝牙AOA定位方案吗？ A4：这是一个“融合共存，而非完全取代”的趋势。Sidelink定位的优势在于通信与定位一体化，使用一张5G网络即可，无需额外部署一套独立的定位基础设施，简化了部署和运维。UWB/蓝牙AOA的优势在于室内定位生态成熟、标签成本极低，且在静态精度上（特别是UWB）目前仍有一定优势。未来的智慧仓库，最可能出现的是融合定位方案：关键的移动设备（如AMR、叉车）会搭载5G Sidelink模组，实现高可靠的通信和动态、实时的相互定位；而海量的、次要的资产（如托盘、工具）则会贴上成本更低的UWB或蓝牙标签，由固定的5G Anchor UE（同时也集成UWB/蓝牙接收器）来感知其位置。5G Sidelink将扮演“骨干定位网络”和“融合平台”的角色。

Q5：Sidelink定位和上一章介绍的NR载波相位定位（CPP）是什么关系？ A5：它们是正交的能力维度，可以组合使用。Sidelink定位定义的是**“在哪里定位”（在PC5接口上），以及“由谁定位”（三种操作模式）。而NR载波相位定位（CPP）定义的是“如何测量”，即使用载波相位这一更高精度的物理量来进行距离测量。这两者可以组合。例如，在Sidelink上进行RTT测距时，既可以只测量信号的飞行时间（精度米级），也可以同时测量载位的相位变化（即Sidelink CPP**），从而将测距精度提升到厘米级。因此，CPP是Sidelink定位可以选用的一种更高精度的“测量引擎”。