5G通信系統(tǒng)定位技術(shù)原理與方法

第 1章　蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)發(fā)展概述 1
1.1　引言　2
1.2　無(wú)線定位系統(tǒng)的概述和技術(shù)發(fā)展　2
1.2.1　蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)　2
1.2.2　衛(wèi)星定位系統(tǒng)　3
1.2.3　無(wú)線局域網(wǎng)定位系統(tǒng)　4
1.2.4　藍(lán)牙定位系統(tǒng)　5
1.2.5　超寬帶定位系統(tǒng)　5
1.3　蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的演進(jìn)過(guò)程　6
1.4　小結(jié)　8
參考文獻(xiàn)　9
第　2章 蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)基礎(chǔ)　13
2.1　引言　14
2.2　蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)　14
2.2.1　增強(qiáng)小區(qū)標(biāo)識(shí)（E-CID）定位技術(shù)　15
2.2.2　下行鏈路到達(dá)時(shí)間差（DL-TDOA）定位技術(shù)　15
2.2.3　上行鏈路到達(dá)時(shí)間差（UL-TDOA）定位技術(shù)　17
2.2.4　多小區(qū)往返行程時(shí)間（Multi-RTT）定位技術(shù)　18
2.2.5　下行鏈路離開角（DL-AoD）定位技術(shù)　20
2.2.6　上行鏈路到達(dá)角（UL-AoA）定位技術(shù)　20
2.2.7　5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)融合定位技術(shù)　21
2.3　定位測(cè)量量估計(jì)算法　22
2.3.1　傳輸時(shí)延（TOA）估計(jì)　22
2.3.2　到達(dá)角（AoA）估計(jì)　24
2.3.3　傳輸時(shí)延（TOA）和到達(dá)角（AoA）聯(lián)合估計(jì)　26
2.4　終端位置解算算法　27
2.4.1　最小二乘法及Chan定位算法　28
2.4.2　泰勒級(jí)數(shù)算法　31
2.4.3　指紋定位算法　32
2.5　定位性能指標(biāo)　34
2.5.1　克拉美羅下界（CRLB）　34
2.5.2　均方誤差（MSE）與均方根誤差（RMSE）　35
2.5.3　累積分布函數(shù)（CDF）　36
2.6　小結(jié)　37
參考文獻(xiàn)　37
第3章　5G位置服務(wù)架構(gòu)和信令過(guò)程　39
3.1　引言　40
3.2　位置服務(wù)架構(gòu)　40
3.2.1　位置服務(wù)端到端架構(gòu)　40
3.2.2　RAN側(cè)定位架構(gòu)　43
3.3　網(wǎng)元功能和接口功能　45
3.3.1　網(wǎng)元功能　45
3.3.2　接口功能　50
3.4　位置服務(wù)和信令過(guò)程　55
3.4.1　位置服務(wù)　55
3.4.2　端到端位置服務(wù)過(guò)程　58
3.4.3　網(wǎng)絡(luò)與終端定位過(guò)程　87
3.5　小結(jié)　97
參考文獻(xiàn)　98
第4章　5G下行定位技術(shù)　101
4.1　引言　102
4.2　下行定位參考信號(hào)　102
4.2.1　下行定位參考信號(hào)資源/資源集　102
4.2.2　下行定位參考信號(hào)資源單元映射圖案設(shè)計(jì)　105
4.2.3　下行定位參考信號(hào)序列設(shè)計(jì)　107
4.2.4　下行定位參考信號(hào)端口與帶寬　108
4.2.5　下行定位參考信號(hào)配置　109
4.3　下行定位測(cè)量量　113
4.3.1　下行參考信號(hào)時(shí)間差　113
4.3.2　下行定位參考信號(hào)接收功率　115
4.3.3　下行定位參考信號(hào)子徑接收功率　115
4.4　下行定位物理層過(guò)程　116
4.4.1　下行測(cè)量過(guò)程　116
4.4.2　基站天線與波束信息上報(bào)過(guò)程　117
4.4.3　下行定位輔助數(shù)據(jù)　118
4.4.4　下行定位參考信號(hào)波束管理過(guò)程　119
4.4.5　下行定位參考信號(hào)接收功率的上報(bào)　120
4.4.6　下行收發(fā)定時(shí)誤差影響消除　121
4.4.7　下行非視距/多徑影響消除　124
4.5　下行定位高層流程　125
4.5.1　終端與定位服務(wù)器間的信令流程　125
4.5.2　基站與定位服務(wù)器間的信令流程　127
4.5.3　RRC_INACTIVE狀態(tài)下的下行定位技術(shù)的定位流程　128
4.5.4　按需點(diǎn)播下行定位參考信號(hào)流程　129
4.6　小結(jié)　131
參考文獻(xiàn)　132
第5章　5G上行定位技術(shù)　135
5.1　引言　136
5.2　上行定位探測(cè)參考信號(hào)　136
5.2.1　上行定位探測(cè)參考信號(hào)資源設(shè)計(jì)　137
5.2.2　上行定位探測(cè)參考信號(hào)序列設(shè)計(jì)　137
5.2.3　上行定位探測(cè)參考信號(hào)資源單元映射圖案設(shè)計(jì)　138
5.2.4　上行定位探測(cè)參考信號(hào)循環(huán)移位設(shè)計(jì)　139
5.2.5　上行定位探測(cè)參考信號(hào)配置方案　141
5.3　上行定位測(cè)量量　142
5.3.1　上行相對(duì)到達(dá)時(shí)間　143
5.3.2　上行探測(cè)參考信號(hào)接收功率　143
5.3.3　上行探測(cè)參考信號(hào)子徑接收功率　143
5.3.4　上行到達(dá)角　144
5.3.5　上行定位測(cè)量量的上報(bào)　144
5.4　上行定位物理層過(guò)程　145
5.4.1　上行定位探測(cè)參考信號(hào)定時(shí)提前調(diào)整　145
5.4.2　上行定位探測(cè)參考信號(hào)的功率控制　146
5.4.3　上行定位探測(cè)參考信號(hào)波束管理　147
5.4.4　上行收發(fā)定時(shí)誤差影響消除　149
5.4.5　UL-AoA定位技術(shù)的增強(qiáng)方案　152
5.4.6　上行非視距/多徑影響的消除　153
5.5　上行定位高層流程　154
5.5.1　終端與服務(wù)基站間的信令流程　154
5.5.2　基站與定位服務(wù)器間的信令流程　156
5.5.3　非激活態(tài)上行定位技術(shù)的流程　159
5.6　小結(jié)　161
參考文獻(xiàn)　161
第6章　5G上下行聯(lián)合定位技術(shù)　163
6.1　引言　164
6.2　Multi-RTT定位的定位測(cè)量量　164
6.2.1　UE Rx-Tx時(shí)間差　164
6.2.2　gNB Rx-Tx時(shí)間差　165
6.3　上下行聯(lián)合定位物理層過(guò)程　165
6.3.1　上下行聯(lián)合收發(fā)定時(shí)誤差消除增強(qiáng)方案　165
6.3.2　上下行NLOS/多徑處理增強(qiáng)方案　168
6.4　上下行聯(lián)合定位技術(shù)的高層流程　168
6.4.1　終端與定位服務(wù)器、服務(wù)基站間的信令流程　170
6.4.2　基站與定位服務(wù)器間的信令流程　173
6.4.3　RRC_INACTIVE狀態(tài)的定位流程　176
6.5　小結(jié)　178
參考文獻(xiàn)　178
第7章　5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)和非蜂窩網(wǎng)絡(luò)的融合定位技術(shù)　181
7.1　引言　182
7.2　非蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)　182
7.2.1　網(wǎng)絡(luò)輔助的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)　182
7.2.2　無(wú)線局域網(wǎng)定位　186
7.2.3　藍(lán)牙定位　187
7.2.4　慣性導(dǎo)航定位　187
7.3　5G融合定位技術(shù)　190
7.4　5G輔助衛(wèi)星的增強(qiáng)定位　191
7.4.1　輔助衛(wèi)星定位系統(tǒng)　191
7.4.2　輔助衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)　192
7.5　小結(jié)　194
參考文獻(xiàn)　195
第8章　5G NR載波相位定位技術(shù)　199
8.1　引言　200
8.2　基本原理　200
8.3　信號(hào)模型　201
8.4　關(guān)鍵技術(shù)　203
8.4.1　測(cè)量算法　203
8.4.2　初始時(shí)偏/相偏消除算法　208
8.4.3　UE位置解算算法　209
8.4.4　多徑信道影響消除算法　216
8.5　5G NR載波相位定位對(duì)3GPP協(xié)議的影響　219
8.5.1　載波相位定位參考信號(hào)　219
8.5.2　載波相位測(cè)量量　221
8.5.3　物理層過(guò)程　223
8.6　性能評(píng)估　224
8.6.1　克拉美羅下界分析　224
8.6.2　仿真評(píng)估　226
8.7　小結(jié)　227
參考文獻(xiàn)　228
第9章　5G定位標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展和趨勢(shì)展望　231
9.1　引言　232
9.2　5G定位場(chǎng)景和性能指標(biāo)　232
9.2.1　3GPP協(xié)議中5G定位服務(wù)總體需求和性能指標(biāo)　232
9.2.2　3GPP 5G V2X定位性能要求　233
9.2.3　3GPP 5G公共安全定位性能指標(biāo)　233
9.2.4　3GPP 5G測(cè)距業(yè)務(wù)定位性能指標(biāo)　234
9.2.5　3GPP 5G LPHAP定位性能指標(biāo)　234
9.2.6　3GPP Release 16 NR定位場(chǎng)景和性能指標(biāo)　234
9.2.7　3GPP Release 17 NR定位場(chǎng)景和性能指標(biāo)　235
9.3　5G-Advance定位及6G定位技術(shù)展望　235
9.3.1　直通鏈路定位　235
9.3.2　載波帶寬聚合定位　236
9.3.3　5G NR載波相位定位　236
9.3.4　蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位完好性　237
9.3.5　低功耗高精度定位　237
9.3.6　低能力等級(jí)終端定位　238
9.3.7　人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)定位　238
9.3.8　6G定位技術(shù)展望　239
9.4　小結(jié)　240
參考文獻(xiàn)　241
縮略語(yǔ)　245