LTE筆記: 3GPP Positioning Reference Signal (PRS) -1

在之前的文章中, 我們介紹了 3GPP 中 SRS 的訊號以及定位方法,

SRS 主要是上行的定位訊號, 由 UE 進行發送, gNB 進行量測,

與之對偶的是 PRS (Positioning Reference Signal), 由 gNB 發送 UE 量測,

這樣的 PRS 訊號是在 3GPP R16 中被引入,

透過 gNB 廣播的 PRS 資訊, 用以提供進行裝置為基礎的定位方法.

相較於 SRS, PRS 的訊號有以下的差異:

1) PRS 考慮的是基地台間的協作, 因此有 muting 的機制, 使基地台可以分時多工

2) 考慮到基地台的覆蓋範圍, PRS 使用較高的傳輸功率, 並不支援分碼多工

3) PRS 提供較稀疏的 comb 與 OFDM symbol 設定, 可依據設定提供彈性配置

4) 在基站間的 PRS 配置, 可以透過 RRC 曾進行協同, 避免進行基地台間的 PRS 干擾

5) PRS 比起 SRS 在同步上要求更高, 以相位為基礎的定位在 R18 才被提出

6) PRS 支援 burst 配置 (數百 ms, 甚至數秒才發送一次 PRS)

在這邊值得注意的是, 雖然上述文字中使用 gNB/基地台代稱傳送端,

但是, 實際於 3GPP 標準中的用語是 TRP (Tx/Rx Point),

不只可以對應於一組小基站, 也可以對應於基站的不同傳輸天線,

透過 PRS 的訊號, 我們可以實現以下的定位方法:

OTDOA (Observed Time Difference of Arrival):
利用多個基站下行發送的定位參考信號 (PRS),
由 UE 測量相鄰基站與參考基站之信號到達時間差 (RSTD) 進行定位.
最早在 3GPP Release 9 (LTE) 引入, 在 5G NR 中於 R16 支援.
AoD (Angle of Departure):
UE 通過測量多基站的 PRS 下行信號不同波束的接收功率,
確定來自每個基站訊號的發射方向角, 用以進行定位
此技術同時需要波束成形與 PRS 支援, 在 3GPP Release 16 中加入標準.
RTT 定位 (Round Trip Time):
透過 UE 與一個或多個基站之間信號往返時延來估計距離,
UE 測量基站間 PRS 下行信號的發送接收時間差, 彙報多基站的 RTT 供定位計算,
使用 PRS 的方法, 於 3GPP Release 16首次定義
RSCP (Reference Signal Carrier Phase):
UE 測量從基站接收到的 PRS 的載波相位 (Carrier Phase), 回報給定位伺服器.
這些相位資訊提供了高解析度的距離變化量, 類似於 GNSS 中的相位測距.
首次於 3GPP Release 18 中定義.
RSCPD (RSCP Difference):
UE 測量來自兩個不同 TRP 的 PRS 相位差, 作為相位差定位量測,
類似於 GNSS 中的差分相位觀測, 首次於 3GPP Release 18 中定義.

其中, Release 18 中定義的兩種基於相位 (Phase) 定位的方法,

由於相位存在整週模糊性 (integer ambiguity),
因此通常需要與 TOA/RTT 結合使用才能解算絕對位置.

但是考慮到相位的解析度, 可以實現厘米級定位精度,
超過 OTDOA/RTT 這種以時間為基礎的公尺級定位解析度.

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