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從2G到4G，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)主要有：E-CID、AoA、ToA、TDOA等。

E-CID

傳統(tǒng)基站分為三個(gè)扇區(qū)，一個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)小區(qū)，每扇區(qū)通常120度，每個(gè)小區(qū)都有不同的識(shí)別碼（Cell ID）。

由于基站的經(jīng)緯度是已知的，根據(jù)Cell ID就可以大致鎖定手機(jī)的位置。但一個(gè)小區(qū)的覆蓋范圍很大，通常幾百米到幾公里，僅基于Cell ID的定位誤差非常大，所有有了E-CID定位技術(shù)。

E-CID，Enhanced Cell-ID，指基于Cell ID的增強(qiáng)定位技術(shù)，包括Cell ID+RTT、Cell+RTT+AoA等。

Cell ID+RTT

在Cell ID的基礎(chǔ)上增加RTT（Round Trip Time）測(cè)量，即通過TA（Time Advance，時(shí)間提前量）得出信號(hào)從手機(jī)到達(dá)基站，或從基站到達(dá)手機(jī)的時(shí)間，再乘以光速（無(wú)線信號(hào)傳播速度）來(lái)估算手機(jī)與基站之間的距離。

在Cell ID+RTT的定位方式下，可對(duì)附近的三個(gè)基站進(jìn)行距離估算來(lái)提升定位精準(zhǔn)度。

Cell ID+RTT+AoA

AoA，Angle-of-Arrival，到達(dá)角，就是利用手機(jī)信號(hào)傳送至基站的入射角度來(lái)進(jìn)一步確定手機(jī)在該區(qū)域的位置。

在Cell ID的基礎(chǔ)上，增加RTT和AoA輔助可大幅提升定位精準(zhǔn)度。

E-CID，就是在Cell ID的基礎(chǔ)上增加TA、AoA、RSRP、RSRQ等輔助信息來(lái)提升定位精準(zhǔn)度的定位方法。

TOA

TOA，Time of Arrival（到達(dá)時(shí)間）。

指通過測(cè)量多個(gè)基站發(fā)送的參考信號(hào)到達(dá)手機(jī)的時(shí)間，來(lái)計(jì)算不同基站與手機(jī)之間的距離，并以該距離為半徑分別畫一個(gè)同心圓，再通過定位算法（三邊定位算法、最小二乘算法），來(lái)估算手機(jī)位置。

TDOA

TDOA，Time Difference of Arrival（到達(dá)時(shí)間差）。

TOA定位法的缺點(diǎn)在于，若基站與手機(jī)之間時(shí)間不同步，雙方都不知道信號(hào)發(fā)送的絕對(duì)時(shí)間，會(huì)造成計(jì)算和定位誤差。

而TDOA利用相對(duì)時(shí)間（時(shí)間差）來(lái)彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)，即通過測(cè)量手機(jī)與附近兩個(gè)基站的信號(hào)到達(dá)時(shí)間差，來(lái)計(jì)算手機(jī)到基站的距離差。

從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看，手機(jī)的位置必定位于以這兩個(gè)基站為焦點(diǎn)、以其距離差為定差的雙曲線上。這樣一來(lái)，周圍三個(gè)或三個(gè)以上的基站就能兩兩形成兩條或兩條以上的雙曲線，雙曲線的交點(diǎn)就是手機(jī)的二維位置坐標(biāo)。

上表中的OTDOA、UTDOA和E-OTD屬于TDOA定位法。

A-GNSS

A-GNSS，Assisted GNSS，即網(wǎng)絡(luò)輔助的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。

A-GNSS需要網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)都能接收GNSS信息。在A-GNSS中，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)終端當(dāng)前所在的區(qū)域，確定所在區(qū)域上空的GNSS衛(wèi)星，將這些信息提供給終端，從而終端可以根據(jù)這些信息縮小衛(wèi)星搜索范圍、縮短搜索時(shí)間，更快的完成可用衛(wèi)星的搜索過程。終端快速獲得自身的位置后再將位置信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的定位服務(wù)中心可計(jì)算出更精準(zhǔn)的位置。

A-GNSS可滿足快速移動(dòng)定位需求，但無(wú)法滿足室內(nèi)定位需求。

5G時(shí)代的定位需求

5G將使能各行各業(yè)的多樣化應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、智能制造、智慧物流、無(wú)人機(jī)、資產(chǎn)追蹤等大量應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)定位能力要求更高，比如車聯(lián)網(wǎng)中的車輛結(jié)隊(duì)、主動(dòng)避撞要求定位精度高達(dá)30厘米，且要求支持高速移動(dòng)和超低時(shí)延的定位能力；遠(yuǎn)程操控?zé)o人機(jī)要求10-50厘米。同時(shí)，如資產(chǎn)追蹤、無(wú)人AGV、AR/VR等大量應(yīng)用集中在室內(nèi)，衛(wèi)星定位系統(tǒng)無(wú)法覆蓋。因此，5G必須增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)來(lái)提升定位精準(zhǔn)度。

根據(jù)3GPP R16定義，5G定位能力必須滿足以下最低要求：

? 對(duì)于80％的終端，水平定位精度優(yōu)于50米，垂直定位精度優(yōu)于5米。

? 端到端時(shí)延低于30秒。

對(duì)于要求嚴(yán)苛的商業(yè)用例，5G定位能力至少需滿足以下要求：

? 對(duì)于80％的終端，水平定位精度優(yōu)于3米（室內(nèi)）和10米（室外）。

? 對(duì)于80％的終端，垂直定位精度優(yōu)于3米（室內(nèi)和室外）。

? 端到端時(shí)延小于1秒。

5G定位技術(shù)

DL-TDOA：5G R16版本引入了新參考信號(hào)----PRS（定位參考信號(hào)），用來(lái)供UE對(duì)每個(gè)基站的PRS執(zhí)行下行鏈路參考信號(hào)時(shí)間差（DL RSTD）測(cè)量。這些測(cè)量結(jié)果將上報(bào)給位置服務(wù)器。

UL-TDOA：5G R16版本增強(qiáng)了SRS（信道探測(cè)參考信號(hào)），以允許每個(gè)基站測(cè)量上行鏈路相對(duì)到達(dá)時(shí)間（UL-RTOA），并將測(cè)量結(jié)果報(bào)告給位置服務(wù)器。

DL-AoD（下行離開角）：UE測(cè)量每波束/gNB的下行鏈路參考信號(hào)接收功率（DL RSRP），然后將測(cè)量報(bào)告發(fā)送到位置服務(wù)器，位置服務(wù)器根據(jù)每個(gè)波束的DL RSRP來(lái)確定AoD，再根據(jù)AoD估計(jì)UE位置。

UL-AOA（上行到達(dá)角）：gNB根據(jù)UE所在的波束測(cè)量到達(dá)角，并將測(cè)量報(bào)告發(fā)送到位置服務(wù)器。

Multi-cell RTT：gNB和UE對(duì)每個(gè)小區(qū)的信號(hào)執(zhí)行Rx-Tx時(shí)差測(cè)量。來(lái)自UE和gNB的測(cè)量報(bào)告會(huì)上報(bào)到位置服務(wù)器，以確定每個(gè)小區(qū)的往返時(shí)間并得出UE位置。

E-CID：UE對(duì)每個(gè)gNB的RRM測(cè)量（例如DL RSRP），測(cè)量報(bào)告將發(fā)送到位置服務(wù)器。

所有與定位相關(guān)的測(cè)量報(bào)告都要上報(bào)到位置服務(wù)器，這些測(cè)量報(bào)告包括：

UE上報(bào)的定位測(cè)量報(bào)告：

? 每波束/ gNB的DL RSRP

? 下行參考信號(hào)時(shí)間差（DL RSTD）

? UE RX-TX時(shí)間差

gNB上報(bào)的定位測(cè)量報(bào)告：

? 上行到達(dá)角（UL-AoA）

? UL-RSRP

? UL-RTOA（UL相對(duì)到達(dá)時(shí)間）

? gNB RX-TX時(shí)間差

簡(jiǎn)而言之，基于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，5G R16引入了新的定位參考信號(hào)（PRS），采用了DL-TDOA、UL-TDOA、DL-AoD、UL-AOA、E-CID多種定位技術(shù)來(lái)合力提升定位精度。

同時(shí)，由于5G時(shí)代超密集網(wǎng)絡(luò)增加了參考點(diǎn)的數(shù)量和多樣性，Massive MIMO多波束可讓AoA估計(jì)更精確，以及更低的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延可提升基于時(shí)間測(cè)量的精度等，這些優(yōu)勢(shì)可進(jìn)一步提升5G定位能力。

未來(lái)，5G定位能力將進(jìn)一步增強(qiáng)，R17版本還會(huì)將5G定位精度提升到亞米級(jí)。

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