LTE筆記: LTE網路定位(7) ~ indoor positioning

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為了在室內與小細胞基地台的環境下提供定位資訊，3GPP組織於2014年成立了Study Group (Study on Indoor Positioning Enhancements for UTRA and LTE) 探討小細胞基地台在室內環境中的定位問題，比起之前36.809的Study Group，此次室內定位的標準制訂有更多廠商加入，且標準制定的討論更為密集，最後2015年9月完成了相對應的技術報告 (3GPP TR 37.857)，同時，也建立Work Item (FS_UTRA_LTE_iPos_enh) 開始進行標準化，目前在3GPP網站上顯示其標準化的進度為13%，目前尚未對於既有的LTE協定進行提案與修正。

根據3GPP所提供的技術報告 (3GPP TR 37.857)，探討了CID和OTDOA兩種定位方法在不同的應用情境下的定位誤差，其中，包含了大基地台 (Macro Cell) 和小基地台 (Smell Cell) 共存的室內外應用環境，同時，也包含了一種純粹室內的應用環境。考慮到我們的研究情境，我們將特別討論在室內的應用環境中LTE系統的定位應用。在TR 37.857的室內應用環境中，假設使用者均勻分布在許多四層樓建築中，每層樓皆為50公尺乘120公尺的格局，且內含4個小細胞基地台，這些建築將隨機的分佈在大基地台 (Macro Cell) 的服務區 (Cell) 中。在此應用環境中，所有的使用者終端都存在於室內的環境，模擬的定位水平中位誤差對於OTDOA而言，約為6至15公尺，對於CID而言，約為15公尺，詳細的模擬結果顯示於下圖[TR 37.857]。

左圖為使用CID的水平定位誤差，右圖為使用OTDOA的水平定位誤差

考量到不同的布建狀況，3GPP組織也探討了小細胞基地台密度對於定位誤差的影響，討論了稀疏 (sparse) 小細胞基地台布建的室內定位環境。相較於密集小細胞基地台布建中，一個樓層有四個小細胞基地台，在稀疏布建的環境下，2個基地台分布在4個樓層中。在此模擬環境中，水平定位的中位誤差將對於OTDOA而言，上升為16至25公尺，對於CID而言，上升為27公尺。除了小細胞基地台的密度之外，同步誤差也會對於定位產生影響，上述的OTDOA結果都在沒有同步誤差的假設下進行，在加上高斯分布且標準差為50ns同步誤差後，密集布建模擬環境中，對於OTDOA而言，水平定為誤差的中位數上升為9至24公尺。

考慮到使用者終端在跨樓層之中移動，此技術報告也探討了垂直定位的誤差，詳細結果顯示於圖三。值得注意的是，當考慮到樓層之間訊號衰減，相較於OTDOA定位技術，CID的技術能夠精確地分辨使用者終端所在的樓層，其中，使用E-CID技術的模擬定位誤差 (Intel的模擬) 反而較CID來得大，但是仍舊小於OTDOA的誤差。

  左圖為使用CID的垂直定位誤差，右圖為使用OTDOA的垂直定位誤差

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