5G的高精度定位

5G的高精度定位

自 2016 年起,3GPP 在 R13、R14 版本持续开展针对 3G 和 4G 室内定位技术增强的研究,增强了 RAT(RadioTechnology,无线电技术)定位方法,完善了非 RAT 的室内定位方法等。在 R14 标准版本的定位增强技术包括以下几方面:

(1)共享 PCI(Physical Cell Identifier,物理小区标识)场景下的 OTDOA(Observed Time Differenceof Arrival,观察到达时间差)增强。R14 中,终端能够区分共享 PCI 场景下的不同传输节点,增加了终端侧可进行定位测量节点的个数,从而提高了定位精确度。

(2)基于定位参考信号的信标 R14 引入了只传输定位参考信号的传输节点,该特性使得终端能够识别额外的定位参考信号,从而提高了定位精确度。

(3)定位参考信号结合 CRS(Cell ReferenceSignal,小区参考信号)进行测量终端能够结合定位参考信号和小区参考信号,获得 RSTD(Reference Signal Time Difference,参考信号时间差测量),从而改善 OTDOA 精确度。

(4)多径下的 TOA(Time of Arrival,到达时间)R14 中,终端可以将多条路径下的 TOA 上报给网络侧,网络侧可以利用该信息,补偿由于多径衰落导致的测量误差,从而提高了定位精确度。 2019 年 6 月,3GPP 的 Rel.15 版 TR38.885 对于定位的描述为:一般用户,80%的情况下水平定位精度不低于 50 米,垂直精度 5 米,端到端延迟低于 30 秒,对商业用户为水平定位精度,室内不低于 3 米,室外不低于 10 米,垂直精度不低于 3 米。端到端延迟低于 1 秒。Rel.16 版计划做到商业用户室外最低 3 米的定位精度,端到端延迟低于 1 秒。本来预计到今年 3 月底发布,但疫情打乱了日程,估计到 9 月底才能完成 R16 版。17 版计划做到亚米级定位,端到端延迟低于 100 毫秒,预计 2021 年底发布。R16 版也支持日本的 QZSS 的 SSR 信息,可以接受,但是需要特别的解码器。

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二是高带宽。

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四是 D2D 直接通讯。

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这 5 大优势最终变为 UL-RTOA 和 UL-AoA。TDOA(TimeDifference of Arrival,信号到达时间差)和 AOA(Angle of Arrival,到达角度测距)是两种基础的无线定位技术。

从理论上分析,一方面,5G 采用高频或者毫米波通信,毫米波通信具有非常好的方向性,可以实现更高精度的测距和测角;另外一方面,5G 采用大规模天线技术,具有更高分辨率的波束,也可以实现更高精度的测距和测角特性。因此,基于 AOA 的定位方法将比 4G 具有更高的精度。此外,由于 5G 采用了低时延、高精度同步等技术,对提升 TDOA 定位精度也有帮助。TDOA 的误差来源主要是时钟误差,降低时钟误差可以采用高精度晶振,但这个提升有限,要大幅度提高成本较高。AOA 的的误差是基站与终端距离的线性函数,这个容易后期补偿,成本较低。因此 AOA 是主要方向。

5G 最擅长的是室内定位 ,因为 5G 的穿透力比较差,大范围定位不是 5G 的强项。自主代客泊车的地下停车场定位是最具备优势的,和完全依靠概率算法的摄像头方案比,通讯的物理定位准确度、稳定性和鲁棒性强之百倍。地下停车场照度低,光线变化剧烈,非常不适合基于摄像头的方案。还有基于物流仓库的室内定位,水平与垂直都要求精度是 5-10 厘米,远不是摄像头能做到的,UWB 方案则成本较高,也有频谱问题。

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室内共有 5 个 TRP(发射与接收点),每个使用定向天线,4X4MIMO 阵列,400MHz 带宽,中心频率 6.225GHz。

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