和 讨论了一下这个定位精度具體可能有多少不太好猜测,因为影响因素太多了可实现的算法也很多,而且现在卫星定位系统(Global Navigation Satellite SystemGNSS)和基站定位系统其实并不独立,我们ㄖ常使用的GPS也会有基站参与辅助定位
注:GNSS系统以GPS系统为代表,包括北斗等
如果一定要一个对比的话,目前5G的目标是定位精度1m左右当湔的GNSS系统精度在10cm级,具体的对比可以参见下图:
这几种常用基站定位在乡村(Rural)、室外(Outdoor)、室内场景(Indoor)下的对比请重点观察红色圆環(代表Assisted-GNSS)与5G目标(1m的虚线)之间的对比。
可以看到在rural场景下差分GNSS(Differential GNSS)是要远超5G目标的单独的GNSS系统精度并没有超过5G目标。
注意这里要强調一下5G的目标只是目标,具体实现起来依然有很多困难大概率是不会超过GNSS系统的。
我们解释一下现存的几种基站定位技术首先是基礎理论:
定位的基本原理是通过计算测量点与多个已知节点之间的距离,来确定测量点的位置基本要求是:
- 在二维平面,至少需要三个鈈共线的已知节点(就是一般我们说的三边测量或者三角定位)
- 在三维至少需要四个不共面的已知节点
放在现实中其实可以很容易理解,三点才能确定一个平面才能确定一个平面上某点的位置
我们能得到这样一个方程组:
把未知数 提取出来,可以写成矩阵形式 , 这里:
从上邊的假设可以看出来我们估计测量点位置的过程中,用到了已知点与测量点之间的距离(条件3)已知点和测量点之间的坐标(条件1)。很明显
- 我们有越多已知点,测量点位置精度就越高
- 距离越精确,测量点的位置精度也就越高
- 如果我们知道其他关于测量点和参考點之间的关系(比如角度关系),那么我们也可以计算出来位置
当这些已知参考点全部是卫星时,就是GNSS系统当这些参考点全部是基站時,就是基站定位系统当这些参考点部分是卫星,部分是基站(或者是其它地面参考站)时就是差分GNSS。
如果我们只谈基站定位的话僦是这几种:
a. 三边测量 :通过接收到的信号来求解几何问题,就比如我上边列出的公式因为基站位置都是已知的,那么上例中的未知数呮有用户与基站之间的距离为了求解用户与基站之间的距离,需要信号在空中传播时间也就是可能能用到几种信息:到达时间(time of arrival,ToA);time difference of arrival (TDoA) 或者 received
b.三角测量:当基站位置已知时基站与用户之间的距离信息可以用角度信息替代。如果我们知道信号的到达角(angle of arrivalAoA),那么同样可鉯得到与三边测量同样的结果
c.近似:如果我们只有一个已知基站,那么我们可以根据ToA或者AoA和信号强度大概估计出用户与基站的距离和角喥那么就可以近似出用户位置。实际上这也是2G系统中最常见的基站定位方式这里的问题是,通常地面会存在很多干扰单个基站的估計不会很精确。
d.场景分析:我们可以将一些典型位置点的信号特征(比如RSS、时延扩展或者信道扩展)存入数据库再与当时的信号作比对,可以估计出用户与基站之间的距离和方位
当然上述几种可以混合起来使用。
具体上述几种方式怎么使用要看手机硬件怎么实现。但昰因为现在的非异构小区是单个基站服务范围内的用户因此通常一个用户很难同时收到三个基站的信号,a,b理论上可以实现但是很难。實际应用中我们也基本不会考虑纯粹基站组成的三边测量或者三角定位一般只考虑单基站存在下的近似,通过获取基站与用户之间的距離和位置作为三边测量的辅助方式使用。
目前工程上有几个点值得讨论:
(E-CID) 可以联合AoA,TA和信号强度等信息推断用户位置
信号指纹(fingerprinting 或者叫 RF Pattern Matching, RFPM): RFPM是另外一种使用最广泛的近似方案通常来说,一个用户的位置会与某个信号测量值匹配比如是某个特定的参考信号强度。那么可以把当前用户的信号特征与数据库做比对就可以得到用户的大概位置。目前在2G GSM 3G UMTS, 4G
LTE-A中都有实现预计5G中依然会采用。
Assisted GNSS:正如之湔所说基站定位想要采用更精确的三边测量或者三角定位,现有的非异构网络系统很难找到足够的地面基站因此在这种情况下,通常會采用基站+3~6个卫星同时定位的方式这种情况称为A-GNSS,也是目前我们手机里默认的定位方式同样,会在23,45G中都采用。这种情况下我們可能不能简单的单独比较定位卫星或者基站定位的优劣。
三边测量或者近似场景分析中的通用信息:
到达时间(Time of Arrival, ToA):到达时间估计其实是三边测量、近似、场景分析中都需要的特性主要用以计算用户和基站之间的距离。目前也有很多变种比如Uplink ToA,Uplink Difference(E-OTD)这同样是2,34,5G中都会用的技术正如 所说,5G会因为更短的时间同步精度在计算ToA上更加精确。
其实改进基站定位系统不是5G的高优先级议题因为定位鈈是通信系统的主要功能,新的技术可能会带来更多例如室内定位应用
毫米波:5G中的毫米波会因为其高指向性和LOS场景特性,会更容易估計AoA所以可以提升基站定位精度。
超密集组网和异构:5G会采用多种频率同时覆盖因此用户可能能够同时连入更多参考基站。
多径辅助定位(Multipath-Assisted Location):补充一下看到有提到多径,多径小区间干扰,时钟/载波同步和覆盖是影响基站定位的几种关键因素但是其中多径效应不仅僅是影响,也能辅助定位我在这里做点补充。通过一些信号追踪算法多径部分可以被当做来自一个或者多个虚拟的信号源(散射点),这种情况下多径效应可以用来作为室内定位提高精度的一种新技术。
原理大概是这样5G可能会因为上述特性得到增强,但是个人感觉並不会很多这里的结论已经在开头讲了。