LTE筆記: 5G 定位的應用與演進 ~2

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本文主要搬移自: https://www.ericsson.com/en/blog/2020/12/5g-positioning--what-you-need-to-know

在通訊的進展中, 定位技術的發展一直是重要, 但是進度緩慢的一塊,
在室外的環境中, 我們通常可以用 GPS 取得 5 公尺左右的誤差,
但在室內或是城市的環境中, 卻一直缺乏一種良好的方式進行定位.

在過去 4G 的時代中, 考慮大基地台的配置, 著重於(室外)訊號的覆蓋, 
對於定位資訊的要求, 只有在跨基地台移動 (換手) 時出現,
因此, 只需要室外環境數公尺的定位需求就可以滿足,
但是在 5G 的架構下, 由於 (1) 小基地台的布建, 增加換手頻率,
(2) mmWave (26 GHz) 通訊帶來的波束指向問題, 需要使用者的位置資訊,
(3) V2X 車聯網通訊的低延遲需求, 也引入車間相互定位的需求,
(4) 企業專網與工業 4.0 的 IoT 環境, 引入對"物"的精確定位需求,
以上 5G 的新興應用層面, 推動定位技術在 5G 中的重要性,
從過去的加分角色, 變成 5G 網路中必須的技術.

來自: https://www.ericsson.com/en/blog/2020/12/5g-positioning--what-you-need-to-know

考慮到定位的不同應用需求以及其技術限制,
在 Ericsson 這篇文章中, 將應用場域按照定位需求, 分三個等級: 
1-10 cm (cemtimeter), 10~100 cm (Decimeter), >100 cm (meter),
並對應於: 室內工業物聯網, V2X 車載網路, 以及行動通訊 (Mobile broadband, MBB),

其中, MBB 的應用與技術和 4G 類似, 使用 DL-TDoA 的技術與訊號強度 (RSRP) 為主,
DL-TDoA 技術透過使用者 (UE) 回報量測值, 並以三角定位方式求得位置,
fingerprinting 則是利用收集得訊號強度進行比對並定位,
進入 Decimeter 等級主要是引入 GPS 的相關技術 (GPS-RTK, AGPS), 
並搭配車上的感測器, 以及路邊的裝置 (road-side unit) 進行定位的輔助,
在此領域中, 都仍使用成熟的定位技術, 主要的困難會是在訊號的整合,
最後, 也最困難的, 就是室內的工業物聯網, 
在定位技術上, uTDoA 可以提供主動的定位資訊, 但其誤差應和 DL-TDoA 類似,
在缺乏更多的工具的情況下, 就須依賴密集佈建的小基地台, 
根據定位精確度的需求, 來進行目標空間內的智慧佈建 (smart deployment).

在目前 5G 定位的進展中, 仍著重於 Decimeter 部分,
討論的重點在於如何匯入更多樣態的定位資訊來輔助定位,
像是: WiFi 訊號強度, 藍牙, GPS, 以及其他傳感器.
至於室內工業物聯網的部分, 則留待 R17 討論 (2021 Q2 開始).

來自: https://www.ericsson.com/en/blog/2020/12/5g-positioning--what-you-need-to-know

縱然 5G 和 4G 在定位技術上一脈相承, 都是以 TDoA 的方式進行定位,
那麼相較 4G 的定位框架, 5G NR 有甚麼是有機會突破的地方呢?
  1. 在 5G NR 中提供了更寬頻的通訊, 換句話說, 其時間上的量測誤差較低
  2. 5G NR 可以透過指向性天線增加接收的訊號強度.
    以訊號強度的定位方式而言, 訊號強度越強定位越精確.
  3. 5G NR 提供不同的 subcarrier 間距, 有助於提升角度估測的精確度 (待確認...). 
  4. 5G NR 提供不同的天線場型, 較大的天線陣列, 有助於提升角度估測的精確度.
在下一篇文章中, 將繼續介紹 5G NR 的定位框架,
包含其 Reference Signal 的配置與資料匯流框架.

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