LTE筆記: TDoA, ToA 和同步誤差

在 LTE 系統中, 使用 TDoA (Time Difference of Arrival) 作為定位的一種方法,
詳細關於 TDOA 用來定位的方法可以參考這一篇文章,
TDOA 用以定位, 每一對基地台可以得到一組雙曲線,
取雙曲線的交點, 我們可以得到 UE 的位置資訊, 如下圖所示:

來自於: http://scialert.net/fulltext/?doi=jas.2014.1564.1569&org=11

事實上, 另一種更直觀的定位方法是使用 ToA (Time of Arrival) 進行定位,
此時, 我們會得到到以基地台為圓心的多組圓, 取其交點, 即為定位結果,

來自於: https://www.gitbook.com/book/hom-wang/indoorpositioning-ls/details

至於為什麼在 LTE 系統中要使用 TDoA, 而非 ToA,
通常來說, 我們都會說這是因為 TDoA 對於同步要求較低.
對此, Wiki上有所批評:
（2014.2.15 raisemanface異議：TDOA 既然是通過監測信號到達兩個基站的時間差來確定目標位置，那麼時間同步要求應該非常重要。如果各基站時間達不到同步，起始時間不同，根本無法從時間差來計算目標位置。)

事實上, 這樣的批評是對的,
考慮到兩者的數學形式, TDoA 並未能夠消除同步誤差,
假如每一個節點同步誤差是一致的, TDoA 的確無法提供更好的精確度,

那麼, 為什麼 LTE 要選擇 TDoA 呢? 這就必須思考 LTE 的同步機制,
通常 LTE 網路下基地台以光纖網路互聯, 且到達同一個路由器,
因此, 基地台間的同步可視為在同一區網下的同步, 極為精準,
然而, 基地台和 UE 之間是藉由無線網路傳輸同步訊號,
考慮到無線通道的變異性, UE 和基地台間的同步就沒有基地台間的同步精確,
而 TDoA 藉由兩個基地台的觀測值, 就可以消去 UE 的同步不精確性,
獲得較佳的定位結果.

因此, 準確來說, TDoA 並不是對同步要求較低,
而是對 UE 和基地台之間的同步要求較低.