第五代移动通信网络多站定位精度分析与提升方法

董中

摘要：基于全球导航卫星系统（GNSS,globalnavigationsatellitesystem）的定位由终端设备执行，按需将定景中，如低功耗设备定位、卫星受阻挡的室内定位和终端无感知的被动定位，需要由网络执行终端定位。3GPP长期致力于无GNSS辅助的精准定位技术研究，R16定义了5G的定位架构并将3GPP定位技术统称为RAT-dependent定位技术（也称为带内定位技术），发布了一些相关定位的精度技术报告。R17提出了增强RAT-dependent定位精度的相关技术方案，明确了定位精度的具体目标为90%的情况下水平定位精度不低于50m。但是根据3GPP的技术报告，高通等公司认为当前的定位技术不能满足预期目标。本文主要分析第五代移动通信网络多站定位精度分析与提升方法。

关键词：5G；定位精度

引言

如今,基于全球导航卫星系统(GNSS)的实时动态(RTK)和网络RTK技术具有精度高、测量时间短等诸多优点,已广泛应用于制图、导航等诸多领域。然而,该技术通常受到户外开放环境的限制,在没有卫星信号的室内或城市峡谷等恶劣环境中,定位质量受到严重限制。 

1、5G移动通信高精度定位技术面临的问题

目前，全球定位系统(GPS)技术已被广泛应用，在实际使用中效果良好，但由于定位过程中GPS信号会受到不同建筑类型的影响，难以满足人们对定位精度的要求，因此目前存在总体复盖率低、部署成本相对较高的问题，不适合使用定位技术来提高定位精度，确保定位内外位置的平滑复盖是当前需要解决的重要课题。

2、5G定位的网络架构

要想实现对室内外提供一体化的定位服务，在利用5G技术提高定位精度的基础上，还要充分利用5G移动通信网络与自身平台的优势，将各种有利于提高定位精度的技术融合起来，形成一种不同技术融合的异构定位技术，实现移动通信功能与定位功能的一体化。本文从一体化与技术融合两个方面对提高5G定位精度的网络架构进行分析。

一体化网络架构，网络架构以通信网络为基础，能同时实现定位与通信的双重功能。（1）现阶段我国的标准基站网络并不能实现高精度的同步，一体化网络能够解决各基站之间的高精度同步问题。（2）一体化网络实现了定位与通信的双重功能，并对这两种功能的网元进行了设计。（3）一体化的定位网元能够实现与基站的共站功能，并对常规的通信与定位进行覆盖。（4）将定位设备独立出网络，以独立的形态增强5G网络的定位覆盖面积。（5）一体化网络架构能够实现多种技术的融合构建异构定位网络，包含了共频带、内网、TBS等定位技术。（6）一体化网络中的各项定位技术都能够支持5G网络的接入，在网络终端实现融合定位。

异构融合技术网络架构。（1）异构融合定位技术，通过各个层面将各项技术进行融合，最终为5G定位提供最优的定位结果。（2）该项技术能够将多种室内外定位技术以及相关的定位补充技术进行融合，在融合方式上，通过基本定位融合、混合测量算法以及预测算法等多种融合方式，实现最终的准确定位。（3）是该网络框架在定位信息输出前，设置了定位决策层，决策层通过空间、预测等分析技术对实际位置给出评估结果，提高了定位信息的准确性与可靠性。

3、定位精度提升方法

3.1提升TOA估计精度

加大子载波带宽和减小多普勒频移对定位提升作用基本可以忽略。除此之外做好PRS规划则尤为重要。PRS规划主要是避免出现多个小区的PRS出现冲突和混淆，良好的PRS隔离度对于OTDOA的定位精度意义显著。3GPP为PRS提供了3层隔离措施。1)码域：每个小区赋予一个正交的伪随机四相移相键控（QPSK,quadraturephase-shiftkeying）序列，与OFDM的符号索引、时隙索引和PRSID有关。2)频域：PRS有6个频域偏置值(mod(PCI,6))，相邻小区应采用不同的频域偏置。3)时域：当频域出现冲突时，轮流发射PRS以增加PRS的复用因子，其代价是就是增加了TTFF时间。静默参数有静默图案(静默比特字符串)和静默周期。CRLB估计的前提是终端与基站之间存在一条LOS径，实际网络中多为NLOS径。提升TOA估计精度等价于提升LOS径的比例。5G采用了大规模阵列天线，网络通过利用多径效应实现MIMO，这天然与提升定位精度相冲突。因此，对于PRS，发送时应采用波束扫描方案，接收时网络侧要设置为采用最大比合并，而在定位计算中要尽量选择流数为1的采样点。

3.2中移智行高精度定位产品

通过适当集成中国5G基站资源和合理利用诸如基本云和高移动精度数据产品等先进技术，为人们提供一个能够满足应用程序需求的高质量云服务平台的国家网络，该网络由以下三部分组成。

终端产品，主要包括专业的高精度接收器和硬件定制产品，这些产品的逻辑用途使人们能够提供硬件和服务信息、手持终端等。

定位精度高，定位精度高，可通过适当的internetu访问为客户提供高精度终端服务，并最终为未来的工作提供高质量的服务。

高精度的基础设施位置可以根据高质量的卫星条件提高终端坐标信息的实时精度，这些条件可以达到厘米(正是人们使用5G网络所需要的)，使您能够在信息发送完毕后将原始坐标信息快速准确地记录到边缘计算平台中，该平台用于逻辑地分配通过基站发送的坐标值和差分代码，从而获得高精度的位置数据，然后将信息发送给客户以完成服务。

3.3超密集组网定位

极其密集的网络为5G的位置提供了足够的网络支持，但由于在这一阶段发生的情况，人们和劳工部必须加强对不同场景中的单个无线电问题的研究，只能复制磁带信息并转发复制的信息，终端无法确定从哪一个无线电台发出这些信息，这可能会影响每个远程无线发射器在不同的场景中的高精度位置，因此为识别基带信号分配了单独的prsid，从而确保准确的位置。

3.4上行与下行定位

上行和下行定位技术是4G网络运行中的基本定位方式，上行定位曾被认为是内部上行定位的主要解决方案，上行定位使用终端进行逻辑定位信号广播，该终端位于基站上方，以确保定位信号的准确位置(u)，然后终端在实际位置上可以使用下行定位方法完成相应的定位，使用高带宽， 低延迟、高5G网路密度，可提升内部位置的涵盖范围，并大幅降低向下技术对网路密度的依赖程度。

结束语

RAT-dependent定位技术在基站高度同步、密集部署且存在LOS径的场景下可以获得较为理想的定位精度。影响定位精度的最大因子是基站时钟同步精度，其次是可测量的异址TRP数量，最后是LOS径。云化是超密集组网的必然趋势，但会因为远端无线单元与BBU距离差距显著导致同步精度下降。未来毫米波频段的引入，载波带宽的增加以及密集分布式TRP的建设，都为提升定位精度创造了较好条件，但仍需要解决好基站间的高度同步问题，将TRP间时钟同步精度控制在50ns以内才能获得理想的定位效果。

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