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從2G到4G，蜂窩網絡的定位技術主要有：E-CID、AoA、ToA、TDOA等。

 

E-CID

傳統基站分為三個扇區，一個扇區對應一個小區，每扇區通常120度，每個小區都有不同的識別碼(Cell ID)。

由于基站的經緯度是已知的，根據Cell ID就可以大致鎖定手機的位置。但一個小區的覆蓋范圍很大，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。

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

 

Cell ID+RTT

在Cell ID的基礎上增加RTT(Round Trip Time)測量，即通過TA(Time Advance，時間提前量)得出信號從手機到達基站，或從基站到達手機的時間，再乘以光速(無線信號傳播速度)來估算手機與基站之間的距離。

在Cell ID+RTT的定位方式下，可對附近的三個基站進行距離估算來提升定位精準度。

Cell ID+RTT+AoA

AoA，Angle-of-Arrival，到達角，就是利用手機信號傳送至基站的入射角度來進一步確定手機在該區域的位置。

在Cell ID的基礎上，增加RTT和AoA輔助可大幅提升定位精準度。

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

TOA

TOA，Time of Arrival(到達時間)。

 

指通過測量多個基站發送的參考信號到達手機的時間，來計算不同基站與手機之間的距離，并以該距離為半徑分別畫一個同心圓，再通過定位算法(三邊定位算法、最小二乘算法)，來估算手機位置。

TDOA

TDOA，Time Difference of Arrival(到達時間差)。

TOA定位法的缺點在于，若基站與手機之間時間不同步，雙方都不知道信號發送的絕對時間，會造成計算和定位誤差。

而TDOA利用相對時間(時間差)來彌補了這一缺點，即通過測量手機與附近兩個基站的信號到達時間差，來計算手機到基站的距離差。

 

從數學的觀點看，手機的位置必定位于以這兩個基站為焦點、以其距離差為定差的雙曲線上。這樣一來，周圍三個或三個以上的基站就能兩兩形成兩條或兩條以上的雙曲線，雙曲線的交點就是手機的二維位置坐標。

上表中的OTDOA、UTDOA和E-OTD屬于TDOA定位法。

A-GNSS

A-GNSS，Assisted GNSS，即網絡輔助的衛星定位系統。

 

A-GNSS需要網絡和手機都能接收GNSS信息。在A-GNSS中，網絡可以根據終端當前所在的區域，確定所在區域上空的GNSS衛星，將這些信息提供給終端，從而終端可以根據這些信息縮小衛星搜索范圍、縮短搜索時間，更快的完成可用衛星的搜索過程。終端快速獲得自身的位置后再將位置信息發送到網絡的定位服務中心可計算出更精準的位置。

A-GNSS可滿足快速移動定位需求，但無法滿足室內定位需求。

5G時代的定位需求

5G將使能各行各業的多樣化應用，車聯網、自動駕駛、智能制造、智慧物流、無人機、資產追蹤等大量應用場景對定位能力要求更高，比如車聯網中的車輛結隊、主動避撞要求定位精度高達30厘米，且要求支持高速移動和超低時延的定位能力;遠程操控無人機要求10-50厘米。同時，如資產追蹤、無人AGV、AR/VR等大量應用集中在室內，衛星定位系統無法覆蓋。因此，5G必須增強網絡定位技術來提升定位精準度。

根據3GPP R16定義，5G定位能力必須滿足以下最低要求：

• 對于80%的終端，水平定位精度優于50米，垂直定位精度優于5米。
• 端到端時延低于30秒。

對于要求嚴苛的商業用例，5G定位能力至少需滿足以下要求：

• 對于80%的終端，水平定位精度優于3米(室內)和10米(室外)。
• 對于80%的終端，垂直定位精度優于3米(室內和室外)。
• 端到端時延小于1秒。

5G定位技術

 

DL-TDOA：5G R16版本引入了新參考信號----PRS(定位參考信號)，用來供UE對每個基站的PRS執行下行鏈路參考信號時間差(DL RSTD)測量。這些測量結果將上報給位置服務器。

UL-TDOA：5G R16版本增強了SRS(信道探測參考信號)，以允許每個基站測量上行鏈路相對到達時間(UL-RTOA)，并將測量結果報告給位置服務器。

DL-AoD(下行離開角)：UE測量每波束/gNB的下行鏈路參考信號接收功率(DL RSRP)，然后將測量報告發送到位置服務器，位置服務器根據每個波束的DL RSRP來確定AoD，再根據AoD估計UE位置。

UL-AOA(上行到達角)：gNB根據UE所在的波束測量到達角，并將測量報告發送到位置服務器。

Multi-cell RTT：gNB和UE對每個小區的信號執行Rx-Tx時差測量。來自UE和gNB的測量報告會上報到位置服務器，以確定每個小區的往返時間并得出UE位置。

E-CID：UE對每個gNB的RRM測量(例如DL RSRP)，測量報告將發送到位置服務器。

所有與定位相關的測量報告都要上報到位置服務器，這些測量報告包括：

UE上報的定位測量報告：

• 每波束/ gNB的DL RSRP
• 下行參考信號時間差(DL RSTD)
• UE RX-TX時間差

gNB上報的定位測量報告：

• 上行到達角(UL-AoA)
• UL-RSRP
• UL-RTOA(UL相對到達時間)
• gNB RX-TX時間差

簡而言之，基于以前的蜂窩網絡定位技術，5G R16引入了新的定位參考信號(PRS)，采用了DL-TDOA、UL-TDOA、DL-AoD、UL-AOA、E-CID多種定位技術來合力提升定位精度。

同時，由于5G時代超密集網絡增加了參考點的數量和多樣性，Massive MIMO多波束可讓AoA估計更精確，以及更低的網絡時延可提升基于時間測量的精度等，這些優勢可進一步提升5G定位能力。

 

未來，5G定位能力將進一步增強，R17版本還會將5G定位精度提升到亞米級。