面向5G移動(dòng)通信網(wǎng)的高精度定位技術(shù)分析

面向5G移動(dòng)通信網(wǎng)的高精度定位技術(shù)分析

摘要：如何提高室內(nèi)定位精度并實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外定位的連續(xù)無縫覆蓋是定位領(lǐng)域急需解決的問題，針對(duì)該問題，首先介紹了4G定位的標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)，并分析了其特點(diǎn)與不足。然后，分析了面向5G的超密集組網(wǎng)下的定位技術(shù)，AOA、TDOA定位技術(shù)以及上下行定位技術(shù)。最后，指出定位一體化和融合化是未來5G定位發(fā)展的趨勢(shì)，進(jìn)而提出了一種面向5G的異構(gòu)融合一體化定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。關(guān)鍵詞：5G定位技術(shù)；高精度定位引言在5G通信系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景中，對(duì)面向5G的移動(dòng)通信技術(shù)提出了較高的要求，主要集中于廣覆蓋、高容量、低功耗以及低時(shí)延這四方面。就目前的面向5G的移動(dòng)通信技術(shù)而言，在上述四方面仍舊存在一定的不足，難以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的通信要求。因此，對(duì)面向5G的移動(dòng)通信技術(shù)優(yōu)化是很有必要的。1面向5G的移動(dòng)通信技術(shù)不足分析在智能手機(jī)越來越普及的當(dāng)下，人們對(duì)智能手機(jī)通信業(yè)務(wù)的需求隨之增加。通信用戶期望能夠在任何地點(diǎn)和時(shí)間實(shí)現(xiàn)流暢的網(wǎng)絡(luò)通信。但是就目前以TCP/IP協(xié)議作為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)來說，難以有效實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行狀態(tài)下的互聯(lián)網(wǎng)通信，不能滿足通信用戶的多樣化需求。具體來說，傳統(tǒng)移動(dòng)通信技術(shù)的不足主要體現(xiàn)在移動(dòng)性差、安全性偏低以及IP地質(zhì)資源不充足等方面，難以實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)通信。在此基礎(chǔ)上，5G移動(dòng)通信系統(tǒng)受到了廣泛關(guān)注，5G移動(dòng)通信系統(tǒng)需要對(duì)傳統(tǒng)的移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化及改進(jìn)，滿足通信用戶在不同應(yīng)用場(chǎng)景下的通信需求，促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)通信的可持續(xù)發(fā)展。2面向5G的移動(dòng)通信技術(shù)的優(yōu)化研究2.1基于內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的工作機(jī)制在基于內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，最為關(guān)鍵的工作機(jī)制包括命名機(jī)制、轉(zhuǎn)發(fā)和路由機(jī)制這兩種。在內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間，主要根據(jù)內(nèi)容的名字前綴完成數(shù)據(jù)的傳輸，所以技術(shù)人員需要合理設(shè)置內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的命名機(jī)制，常用的設(shè)計(jì)方法為分層設(shè)計(jì)方法，通過“/”實(shí)現(xiàn)內(nèi)容名稱的合理劃分，使其轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)名字詞元，這類命名機(jī)制的詞元由不同長(zhǎng)度的字符串組成，可以為內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)提供無盡的命名空間。轉(zhuǎn)發(fā)和路由機(jī)制的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的多個(gè)端口傳輸，利用路由表完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路徑信息統(tǒng)計(jì)，并按照內(nèi)容名稱的前綴完成數(shù)據(jù)包的相關(guān)傳輸，可以節(jié)約數(shù)據(jù)包地址信息占據(jù)的空間，有助于寬帶和流量的節(jié)約，從而提升網(wǎng)絡(luò)通信的效率。2.2時(shí)隙檢測(cè)掃頻技術(shù)的應(yīng)用在5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用中，涉及到連續(xù)廣覆蓋的場(chǎng)景，這類場(chǎng)景下的通信效率和質(zhì)量很容易受到站址及頻譜資源的影響。因此，技術(shù)人員需要注重5G移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜效率的提升，從而促進(jìn)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)各項(xiàng)性能的優(yōu)化。一般來說，頻譜效率的提升可以通過掃頻技術(shù)的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。技術(shù)人員需要在5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)隙檢測(cè)掃頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域范圍內(nèi)各類數(shù)據(jù)信號(hào)的有效傳輸。在時(shí)隙檢測(cè)掃頻技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，技術(shù)人員需要注重時(shí)隙的狀態(tài)，有針對(duì)性地開展掃描工作，保障該技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。具體而言，時(shí)隙狀態(tài)主要包括以下兩種：（1）空閑狀態(tài)，無線網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)訓(xùn)練序列碼功率要小于零，其功率數(shù)值表達(dá)的意義為無線網(wǎng)絡(luò)此時(shí)存在的底噪，因此這一狀態(tài)下檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)主要用于通信底噪的分析；（2）業(yè)務(wù)狀態(tài)，無線網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)訓(xùn)練序列碼功率要大于零，其功率數(shù)值表達(dá)的意義為此時(shí)載頻的具體位置，因此這一狀態(tài)下檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)主要用于載波的定位或者干擾信號(hào)的定位。2.3面向5G的TDOA和AOA定位技術(shù)在諸多室內(nèi)定位增強(qiáng)技術(shù)中，TDOA（TimeDifferenceofArrival，信號(hào)到達(dá)時(shí)間差）和AOA（AngleofArrival，到達(dá)角度測(cè)距）是兩種基礎(chǔ)的無線定位技術(shù)。從理論上分析，一方面，5G采用高頻或者毫米波通信，毫米波通信具有非常好的方向性，可以實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)距和測(cè)角；另外一方面，5G采用大規(guī)模天線技術(shù)，具有更高分辨率的波束，也可以實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)距和測(cè)角特性。因此，基于AOA的定位方法將比4G具有更高的精度。此外，由于5G采用了低時(shí)延、高精度同步等技術(shù)，對(duì)提升TDOA定位精度也有幫助。下面分別從誤差模型出發(fā)，分析在5G技術(shù)下TDOA和AOA兩種基礎(chǔ)定位方法的特性。2.4小蜂窩、微微蜂窩和毫微微蜂窩毫米波頻率下的無線電確實(shí)存在自身的問題：它的傳輸距離不會(huì)太遠(yuǎn)，而且很容易受到樹葉、雨滴、墻壁，甚至人的頭部和手部等阻礙物的阻擋。業(yè)界將通過密集化的方式來克服RF傳播的問題。通過每隔幾百米安裝一個(gè)小蜂窩，5G移動(dòng)設(shè)備將在視線無線電路徑上具備更好的訪問能力。同樣，蜂窩（包括微微蜂窩和毫微微蜂窩）和“分布式天線”（DAS）將安裝到各類公共和部分私有空間中，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)和地下的信號(hào)全覆蓋。室外密集化和室內(nèi)覆蓋的一項(xiàng)有益的副產(chǎn)品就是位置精度得到了大幅提高，包括最初的室外環(huán)境以及后來的室內(nèi)和地下環(huán)境。2.5站址定位算法的應(yīng)用在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站的合理設(shè)置與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的性能及數(shù)據(jù)傳輸有直接的影響。本文提出一種基于路測(cè)數(shù)據(jù)的站址定位算法，運(yùn)營商技術(shù)人員可以根據(jù)手機(jī)路測(cè)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行基站站址的合理定位，有助于目前超密集組網(wǎng)背景下的站址資源最大化利用，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員需要應(yīng)用合理的路測(cè)設(shè)備完成路測(cè)數(shù)據(jù)的采集和處理工作，再結(jié)合滑動(dòng)匯聚窗口以及幾何中心定位方法，完成基站站址的定位。在我國三大運(yùn)營商中，站址定位算法得到了廣泛的應(yīng)用，可以為運(yùn)營商明確自身的網(wǎng)絡(luò)資源及無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的提升提供全面的參考數(shù)據(jù)，有助于運(yùn)營商的可持續(xù)發(fā)展。2.65G在位置測(cè)試中的挑戰(zhàn)5G定位的所有這些“奇跡”都讓精確的性能測(cè)試變得必不可少。網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商和設(shè)備制造商已經(jīng)在努力了解各種潛在的挑戰(zhàn)，并設(shè)計(jì)不同的測(cè)試方法，確保基于位置的系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期的性能。例如，在3GPP中，有多個(gè)工作組和工作項(xiàng)目都與5G定位技術(shù)直接關(guān)聯(lián)。如前文所述，5G設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)將首先在NSA和SA網(wǎng)絡(luò)中使用現(xiàn)有的4GLTE定位技術(shù)，尤其是在需要緊急呼叫服務(wù)的地方。類似的情形也曾出現(xiàn)在4G剛剛推出之時(shí)。當(dāng)時(shí)4G手機(jī)均為3G/4G雙模式，并且多年來在E911緊急呼叫時(shí)只使用3G。在4G的歷史中，LTE服務(wù)在全美推出7年之后，LTE領(lǐng)軍服務(wù)商之一Verizon才部署了第一臺(tái)不使用任何3G網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)。最終的雙模式手機(jī)會(huì)在撥打E911時(shí)使用3G，因此也會(huì)遇到各種位置性能問題，而且這些問題都在測(cè)試中一一反映出來。作為定位保障領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，思博倫發(fā)現(xiàn)，在大量的3G/4G設(shè)備中，全新的LTE波段都會(huì)干擾設(shè)備的GPS衛(wèi)星定位接收機(jī)。而且由于協(xié)議或處理優(yōu)先順序的問題，3G/4G設(shè)備經(jīng)常無法精確地執(zhí)行3G位置定位。結(jié)語智能化社會(huì)發(fā)展急需構(gòu)建低成本、高精度的廣域室內(nèi)外定位服務(wù)系統(tǒng)。以超密集組網(wǎng)、超低時(shí)延、大規(guī)模陣列天線等技術(shù)為代表的5G通信技術(shù)為解決這一問題提供了新的基礎(chǔ)。本文分析了5G定位的關(guān)鍵技術(shù)，充分利用移動(dòng)通信網(wǎng)的管道和平臺(tái)優(yōu)勢(shì)以及5G技術(shù)特點(diǎn)，創(chuàng)造性地提出了一種面向5G的異構(gòu)融合一體化定位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為同時(shí)解決定位精度和定位覆蓋兩大核心問題提供了一種解決思路。參考文獻(xiàn)[1]孫廣新.5G移動(dòng)