緊接著上一期無線定位技術(shù)漫談,在本期和后續(xù)幾期公眾號(hào)當(dāng)中,我們談一談相對(duì)領(lǐng)先的ToA和TDoA定位技術(shù)的異同和演化,以及已經(jīng)在“理論上”顯露出優(yōu)勢的基于5G網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)改善。但請(qǐng)讀者注意“理論上”的限定語……還是那句話,理想豐滿現(xiàn)實(shí)骨感,任何存在于理論上的優(yōu)勢也不是都能在實(shí)際部署當(dāng)中落地。正是因?yàn)?/strong>3GPP太希望在5G上畢其功于一役,定義大量理論上的優(yōu)秀核心特性于一張無線網(wǎng)絡(luò)之上,從而不可避免地給5G部署工程帶來過多的不確定性和爭議,甚至出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力跑贏市場需求的反?,F(xiàn)象。
但不管如何,5G在對(duì)于定位業(yè)務(wù)的支撐上,確實(shí)花了心思,也體現(xiàn)出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的眾多建議方在不斷的市場需求和技術(shù)應(yīng)對(duì)的迭代歷練中,體現(xiàn)出強(qiáng)烈的向上趨勢。也許最終滿足人類活動(dòng)大部分的定位需求還需時(shí)日,但技術(shù)向上的趨勢已經(jīng)可以讓我們看到希望了。
本來寫這個(gè)系列的公眾號(hào)文章,目標(biāo)是圍繞華為的Petal map和其背后可能用到的定位技術(shù)的。但小編寫著寫著就發(fā)現(xiàn),如果打算將這個(gè)話題展開和深入,那么對(duì)無線定位技術(shù)的系統(tǒng)性介紹,就不可或缺了。尤其對(duì)于華為來說,其為毫無爭議的現(xiàn)代無線通訊技術(shù)領(lǐng)軍者,這個(gè)話題里所有談到的無線定位技術(shù)、概念和產(chǎn)品,在華為的產(chǎn)品中和標(biāo)準(zhǔn)中,都有可能涉及。故此,我們還是延續(xù)上一期關(guān)于無線定位技術(shù)的漫談,暫時(shí)脫離Petal map這個(gè)具體技術(shù),慢慢把“無線定位”這個(gè)大背景故事補(bǔ)足補(bǔ)全。有興趣的讀者請(qǐng)耐心閱讀。
圖一【huawei petal map-25.png】初始來源不詳,從與非網(wǎng)文章《5G的高精度定位》截圖獲取,URL https://www.eefocus.com/communication/463840;
圖1中的橙色圈和藍(lán)色圈是我們上一期公眾號(hào)的主題,分別對(duì)應(yīng)早期的ECID定位技術(shù)和后續(xù)的RFPM pattern matching技術(shù)。我們對(duì)比兩種技術(shù)的適用場景時(shí)可以發(fā)現(xiàn),雖然RFPM在定位精度上比ECID前進(jìn)了一個(gè)數(shù)量級(jí),從100m尺度進(jìn)化到10m尺度,但RFPM的硬傷依然存在,那就是部署成本太高。部署成本包含:RF pattern初始數(shù)據(jù)庫的建立和不斷維護(hù)更新,兩方面都涉及大量人力物力的投入。如果一旦RFPM定位業(yè)務(wù)推廣有問題,那么成本壓力就會(huì)凸顯出來,從而反過來影響RFPM定位精度(小編:沒錢賺自然沒有動(dòng)力去更新關(guān)鍵的RFPM數(shù)據(jù)庫)。實(shí)際上,小編幾乎沒有聽說過有運(yùn)營商在實(shí)際部署RFPM的案例——國內(nèi)肯定是沒有。當(dāng)然,RFPM的優(yōu)點(diǎn)同樣突出,它確實(shí)不需要新增部署專門的無線網(wǎng)絡(luò),可以完全和通訊無線網(wǎng)絡(luò)在功能上解耦合,也不需要在無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部增加任何占用寶貴頻譜資源的定位信令開銷,更能提供一定的多徑對(duì)抗能力,這一點(diǎn)在室內(nèi)定位場景中尤其重要。因此RFPM也確實(shí)在一些單純的室內(nèi)定位環(huán)境下找到了生存空間(小編:室內(nèi)環(huán)境面積有限,RFPM初始定位指紋數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)成本可以接受)。以WiFi為例,基于WiFi接入技術(shù)的RFPM射頻指紋技術(shù),還是比較流行的。以企業(yè)為單位可以自行部署、實(shí)施和維護(hù)RFPM定位指紋數(shù)據(jù)庫,日常維護(hù)的開銷也不算太大,因而得以流行。
由此,我們可以看到這個(gè)定位技術(shù)上的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出了上圖1所描繪的態(tài)勢,Indoor室內(nèi)環(huán)境下和Outdoor室外粗定位環(huán)境下,可以分別由RFPM和ECID技術(shù)支撐,基本可以滿足市場需求。但針對(duì)室外的更高精度的定位需求,特別是在密集城區(qū)(Urban區(qū)域)多徑環(huán)境惡劣的條件下,ECID的定位精度差強(qiáng)人意和RFPM的高昂部署成本,就成為必須要克服的技術(shù)短板了。在這個(gè)大趨勢下,TDoA-Time Difference of Arrival無線定位技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了(小編:即上圖1中間的綠色圈,請(qǐng)讀者注意它和橙色、藍(lán)色圈之間的關(guān)系)。TDoA正是針對(duì)在密集城區(qū)提供室外環(huán)境下10m級(jí)別的定位精度所邁出的重要一步!
ToA和TDoA定位技術(shù)的異同
TDoA全稱為Time Difference ofArrival(到達(dá)時(shí)間差)定位方法,是利用多點(diǎn)位到達(dá)同一客戶端的路程耗時(shí)時(shí)間差來進(jìn)行定位核算的,后面我們?cè)偌?xì)說它的基礎(chǔ)概念?,F(xiàn)在讀者只需要知道,當(dāng)前技術(shù)條件下,對(duì)于現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)體系來說,最好的基于時(shí)間(電磁波路程耗時(shí))的定位方法,基本就是TDoA了,沒有其他選擇。
比TDoA更早也更直接的定位方法叫做ToA-Time of Arrival,是直接基于到達(dá)時(shí)間(絕對(duì)時(shí)間)的定位方法。ToA定位的本質(zhì)和TDoA一樣,也是基于電磁波傳播消耗時(shí)間這個(gè)基本原理的。但ToA的缺點(diǎn)在于有個(gè)嚴(yán)格約束條件,即參與測距的雙方,需要實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)送設(shè)備(基站)和接收設(shè)備(手機(jī))之間必須時(shí)鐘同步(小編:這就意味著參與定位的基站設(shè)備之間也自然保持時(shí)鐘同步了)。如果基站與手機(jī)之間時(shí)間不同步(小編:手機(jī)作為終端設(shè)備和基站之間只存在無線接口,在這個(gè)無線接口上實(shí)現(xiàn)足夠精確的時(shí)間同步在技術(shù)上不是不可能,但一個(gè)是成本太高,另一個(gè)是通訊機(jī)制里也沒有這個(gè)必要),信號(hào)的發(fā)送方和接收方雙方都不知道信號(hào)的絕對(duì)時(shí)間(基準(zhǔn)),這樣會(huì)造成信號(hào)在空中飛行的時(shí)間估算和定位誤差。這個(gè)誤差在定位領(lǐng)域是不可忽略的,讀者可以自己計(jì)算一下,光速即電磁波的傳播速度是3*10的8次方(米),這就意味著基站和手機(jī)在時(shí)間上的微小不同步都會(huì)導(dǎo)致時(shí)間-距離定位方法的誤差:
毫秒級(jí)別的同步誤差就不提了,10的負(fù)3次方,會(huì)導(dǎo)致10的5次方米(百公里)的誤差;
微秒級(jí)別的同步誤差,10的負(fù)6次方,會(huì)導(dǎo)致10的2次方米(百米)的誤差;
納秒級(jí)別的同步誤差,10的負(fù)9次方,僅會(huì)產(chǎn)生0.x米(分米)級(jí)別的誤差。
讀者需要特別注意的是,以上所羅列的誤差只是偽距的誤差,就是從手機(jī)到基站直線距離的誤差,而非最終手機(jī)自身的定位經(jīng)緯度誤差,這之間有一個(gè)幾何轉(zhuǎn)換關(guān)系就不多說了??傊?,在空中無線接口上,要做到基站和手機(jī)客戶端之間的精準(zhǔn)時(shí)間同步(納秒級(jí)別是必須的)是利用ToA定位方法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的前提,沒有納秒級(jí)別的時(shí)間同步基礎(chǔ),就無法提供足夠精確的偽距,也就無法獲取最終的終端地理定位精度。當(dāng)然,可能有的讀者已經(jīng)意識(shí)到了,GPS其本質(zhì)就是利用ToA方法來定位的,在開闊地?zé)o遮擋的前提下也確實(shí)可以提供米級(jí)別的定位精度,那么為什么GPS、北斗等GNSS系統(tǒng)的ToA定位精度就可以達(dá)到如此高度呢?
基于ToA的GPS定位工作原理
圖二【huawei petal map-4.png】來自論文《Integrated Cooperative Location in VANETs for GPSDenied Environments》的插圖,URL https://www.researchgate.net/figure/Trilateration-based-GPS-position-with-no-errors-in-satellites-signals_fig2_282359540;
本質(zhì)來說,部署在環(huán)地球軌道的GNSS系統(tǒng)例如GPS和咱們自己的北斗3號(hào),首先是一個(gè)精確的全網(wǎng)時(shí)間同步系統(tǒng),要求所有參與在GNSS系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)元,不管是系統(tǒng)側(cè)還是終端側(cè),客觀上都需要盡力納入同一個(gè)時(shí)間節(jié)奏中去,這是個(gè)大前提,也是必須的。(小編:以GPS為例,由GPS系統(tǒng)通過衛(wèi)星信號(hào)發(fā)播的原子時(shí)間,GPS時(shí)間用自1980年1月6日零點(diǎn)( UTC 時(shí)間)起的星期數(shù)和該星期內(nèi)內(nèi)的秒數(shù)來表示;工程上,GPS 接收機(jī)會(huì)根據(jù)閏秒數(shù)將GPS時(shí)間換算為我們通常使用的UTC時(shí)間。GPS時(shí)間的源頭是美國海軍天文臺(tái)的守時(shí)原子鐘組)GNSS=Global Navigation SatellitesSystem提供精準(zhǔn)位置信息的前提是它可以為內(nèi)部所有網(wǎng)元提供精確的時(shí)間信息,否則也就談不上定位功能了。所以GNSS的空中接口傳遞的信息內(nèi)容(小編:也叫做導(dǎo)航電文),包含完整的星歷信息也包含每顆衛(wèi)星的時(shí)鐘狀態(tài)信息,可快速幫助所有接收并解析電文的終端,實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步和在此基礎(chǔ)之上的偽距修正和定位。
我們看看實(shí)際GNSS的測量理論公式:
圖三【huawei petal map-26.png】來自學(xué)術(shù)文章《GPS移動(dòng)定位與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位精度的分析》的插圖,URLhttps://m.thepaper.cn/baijiahao_8116945;
圖3的P1-P4是GPS終端開機(jī)后所同時(shí)觀察到的來自四顆衛(wèi)星的偽距Pseudo Range;帶下角標(biāo)的(x,y,z)是從導(dǎo)航電文解碼得到的衛(wèi)星當(dāng)前時(shí)刻的位置坐標(biāo)(最少四顆);dT1、dT2、dT3、dT4也是從導(dǎo)航電文中獲取的已知這四顆衛(wèi)星時(shí)鐘偏差;c為光速;dt則為終端自身未知的接收機(jī)時(shí)間偏差。這樣就很容易理解了,四個(gè)未知數(shù)和四個(gè)方程,通過求解以上的偽距方程,就能得到終端接收機(jī)位置(x,y,z)及時(shí)鐘偏差(dt)。實(shí)際使用場景中,由于接收機(jī)往往可以鎖定4顆以上的衛(wèi)星(小編:就是從極微弱的空中信號(hào)中,解碼讀出多顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文),因此接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組,每組4顆,然后通過算法挑選出誤差最小的一組用于定位,從而進(jìn)一步提高定位精度。
然這些都是純理論,實(shí)際的終端位置結(jié)算和時(shí)間同步算法要更復(fù)雜一些,GPS或者北斗、伽利略和格倫納斯系統(tǒng)模塊是專門優(yōu)化的芯片,可以在終端上實(shí)現(xiàn)快速的電文解碼、位置解算和時(shí)間同步。關(guān)于時(shí)間和位置兩個(gè)互為依賴關(guān)系的參數(shù),到底誰先誰后得到近似的真值沒必要深究,因?yàn)閳D3這種非線性方程組的解算都是采用迭代方法,最終在時(shí)間和位置上都收斂到指定的誤差范圍內(nèi)后,計(jì)算結(jié)束。
GPS的定位中,還有其他一些影響偽距測量誤差的因素存在,比如地面的多徑效應(yīng)、大氣電離層的時(shí)延等等,但這都不是核心問題。GPS作為GNSS的技術(shù)先驅(qū),通過較小的空間投資和地面控制系統(tǒng)建設(shè),就能實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi),甚至包含近地空間內(nèi)的物體的高精度定位和全方位的時(shí)間同步,而且享受定位服務(wù)的客戶端數(shù)量沒有限制,實(shí)在是令人贊嘆。小編目前查到的資料表明,GPS時(shí)間同步精度可以達(dá)到30ns納秒,優(yōu)化后可以更低。北斗屬于同一個(gè)級(jí)別,因?yàn)闀r(shí)間不同步所引起的偽距誤差可以控制在10米尺度。這就是GNSS采用ToA方法的技術(shù)背景。
GNSS有一套具備高度精度的地面控制系統(tǒng)和時(shí)鐘源,地理位可能不止一處,而是大跨度的多處位置部署。這樣可以全面地、無時(shí)不刻地監(jiān)控軌道衛(wèi)星的位置和時(shí)鐘狀態(tài)。美帝的GPS和歐洲的伽利略系統(tǒng),此時(shí)就具備足夠的優(yōu)勢了,一個(gè)是盟國眾多,另一個(gè)是殖民地眾多分布廣泛,所以建立跨越全球地里的GPS地面監(jiān)控站并非難事,但對(duì)于中國來說就非常困難,南美洲的阿根廷和非洲南部的一些國家對(duì)我們的測控站分布就特別關(guān)鍵…..北斗3號(hào)的衛(wèi)星矩陣設(shè)計(jì)和GPS不一樣,帶入高軌(地球同步軌道)衛(wèi)星,就是受到了這個(gè)制約條件而做出的適應(yīng)性調(diào)整。
啰嗦到現(xiàn)在,ToA和GNSS衛(wèi)星定位系統(tǒng)之間的關(guān)系就基本理清楚了。在國家力量的支持下,GNSS系統(tǒng)本質(zhì)上是在地球的近地空間范圍內(nèi)部署了時(shí)間同步系統(tǒng),由地面時(shí)鐘源和測控中心維護(hù)GNSS衛(wèi)星矩陣的時(shí)鐘同步。同時(shí),地面測控也要精準(zhǔn)測控衛(wèi)星矩陣中每一顆衛(wèi)星的軌道位置。在所有這些系統(tǒng)側(cè)的能力具備之后,GNSS星座會(huì)穿越大氣層向地球表面持續(xù)發(fā)送導(dǎo)航電文(小編:導(dǎo)航電文民用級(jí)別上是公開的,但根據(jù)不同的應(yīng)用級(jí)別會(huì)有不同的加密方法,這就超出我們本篇要談?wù)摰姆懂犃耍?。任何一臺(tái)符合標(biāo)準(zhǔn)的GNSS終端,都可以在空氣中捕捉到極其微弱的導(dǎo)航電文信號(hào),并從導(dǎo)航電文中解讀出一切計(jì)算自身位置和校準(zhǔn)自身時(shí)鐘偏移所需要的計(jì)算要素。最后經(jīng)計(jì)算獲取收斂的最終位置和時(shí)間。
圖四【huawei petal map-28.png】初始來源不詳,從與非網(wǎng)文章《5G的高精度定位》截圖獲取,URL https://www.eefocus.com/communication/463840;
GNSS實(shí)際上除了授時(shí)和定位之外,不承載任何其他業(yè)務(wù)了(小編:北斗系統(tǒng)在早期是提供一些短報(bào)文通訊服務(wù)的,但很有限,屬于特殊服務(wù);現(xiàn)在的北斗3號(hào)是否保留了這個(gè)業(yè)務(wù)小編也不清楚)。正因?yàn)槿绱?,GNSS系統(tǒng)的空中接口協(xié)議往往被設(shè)計(jì)得很簡潔、高效,重復(fù)廣播衛(wèi)星星歷就是電文的全部。這也是GNSS可以在全系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步,并在此基礎(chǔ)之上構(gòu)建基于ToA定位能力的原因。參考上圖4,GNSS系統(tǒng)在urban城區(qū)室外環(huán)境,可以提供10m尺度的定位服務(wù),依賴于地面建筑物高度和密度的限制,這個(gè)精度可能還會(huì)更差一些(小編:主要問題是位置漂移和抖動(dòng)),但基本面上好于現(xiàn)有的移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)所能提供的定位能力,且免費(fèi)。在郊區(qū),精度可以到米級(jí)。所以地廣人稀的北美公路條件下,車載GPS普通級(jí)別的設(shè)備就可以到米級(jí),非常適合導(dǎo)航,甚至直接參與自動(dòng)駕駛的一些控制任務(wù)。如果再利用差分基準(zhǔn)站修正技術(shù),GNSS甚至可以到分米、厘米級(jí)別,深入到許許多多的工業(yè)控制、現(xiàn)場監(jiān)測應(yīng)用當(dāng)中去。所以上圖4的GNSS定位能力是有彎度的,而且說到此刻我相信大家也都明白這個(gè)大勢了,地面復(fù)雜地貌下的高精度定位,還得仰仗貼近地表的地面無線系統(tǒng)來完成。
ToA在地面通訊網(wǎng)絡(luò)中不適用的原因
我們前面也提到過,相比于部署在地球軌道上的GNSS衛(wèi)星定位系統(tǒng),部署在地球地表的移動(dòng)通訊系統(tǒng)(小編:也可以統(tǒng)一被稱作PLMN=Public Land Mobile Network地面公眾移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)),目前在空中接口上就沒有辦法提供納秒級(jí)別的同步能力(小編:注意這里是指在無線的空中接口上,也就是基站和終端之間,而不是基站和基站之間,這是有本質(zhì)差別的)。原因不是做不到,而是不需要。
通訊業(yè)務(wù)為主的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)PLMN里,空中接口的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜,設(shè)計(jì)目標(biāo)往往不止一個(gè)。又要滿足終端的多種通訊業(yè)務(wù)需求,還要保障終端的移動(dòng)性和低能耗,還要兼顧一定的定位能力……這種復(fù)雜性和GPS系統(tǒng)導(dǎo)航電文的單一性,形成了鮮明的對(duì)比。發(fā)展到目前,我們討論過的ECID和RFPM的定位方法也算是勉強(qiáng)完成任務(wù),所以為了進(jìn)一步改進(jìn)定位能力而在空中接口協(xié)議上做出改進(jìn),是需要在5G(小編:在R16版本之后針對(duì)定位業(yè)務(wù)確實(shí)有了傾向性設(shè)計(jì))階段進(jìn)行統(tǒng)籌考慮了。
在現(xiàn)有的技術(shù)條件下,移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的終端和網(wǎng)絡(luò)基站之間,只有在開機(jī)尋網(wǎng)、注冊(cè)和發(fā)起具體業(yè)務(wù)的時(shí)候才需要通過一個(gè)主動(dòng)的同步過程(小編:包括基礎(chǔ)的下行同步和終端主動(dòng)觸發(fā)并由網(wǎng)絡(luò)側(cè)維護(hù)的上行同步),來建立“較為嚴(yán)格”的時(shí)間維度上的同步關(guān)系,需要注意這個(gè)“較為嚴(yán)格”的時(shí)間同步,參照GPS的時(shí)間同步不是一個(gè)數(shù)量級(jí)。而且在終端駐留在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的大部分時(shí)間內(nèi),為了保證移動(dòng)終端的電源開銷,基站和手機(jī)終端之間的信令開銷首要設(shè)計(jì)目標(biāo)還是精簡而非面面俱到兼顧定位業(yè)務(wù),因此只要定位業(yè)務(wù)在通訊網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不屬于基礎(chǔ)業(yè)務(wù)范疇,就不可能達(dá)到GNSS的定位效果……
即便是在終端和基站之間建立好時(shí)間同步關(guān)系的狀態(tài)下,其時(shí)間同步性能的服務(wù)目標(biāo)也不是定位業(yè)務(wù),或者說不是首要為了定位需求,而是為了降低小區(qū)內(nèi)終端之間的干擾(小編:上行同步)、以及小區(qū)之間因?yàn)榻K端移動(dòng)而發(fā)生切換時(shí)的業(yè)務(wù)質(zhì)量保障(小編:基站之間的同步)。這些業(yè)務(wù)需求對(duì)于時(shí)間同步的需求并不高,大概在微秒us級(jí)別,這是由4G甚至5G的空中信道格式和結(jié)構(gòu)所決定(小編:你沒有看錯(cuò),5G在通訊業(yè)務(wù)對(duì)于同步需求的這方面和4G沒有本質(zhì)區(qū)別);另外不能遺漏的是,在4G和5G階段,時(shí)間同步還新增需要滿足載波聚合Carrier Aggregation,或者CoMP多點(diǎn)協(xié)同收發(fā)的業(yè)務(wù)需求(小編:這些業(yè)務(wù)對(duì)于時(shí)間同步的需求具體還是要高一些,不是微秒us的級(jí)別,而是百納秒的級(jí)別,這個(gè)同步需求主要是指在基站之間的需求)。讀者不必理會(huì)這些通訊業(yè)才會(huì)關(guān)注的具體專有詞匯,只需要明白這些特殊的通訊業(yè)務(wù)對(duì)于時(shí)間同步也有一定需求,即可。
圖五【huawei petal map-27.png】來自sohucs.com,URLhttp://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20180809/c29ee91a1a4443a0bb12c07f31c96a73.jpeg;
關(guān)于上圖5,讀者不需要認(rèn)真研究,貼在這里只是為了讓大家直觀感受一下5G New Radio NR的空中接口在時(shí)間上的尺度標(biāo)準(zhǔn)。看右上角,當(dāng)子載波寬度選擇30KHz時(shí),1個(gè)subframe中的1個(gè)時(shí)隙timeslot的長度是0.5ms毫秒,其內(nèi)部的14個(gè)OFDM符號(hào)尺度大約是33.3us微秒。讀者只需要了解到這里就可以了。這也就意味著,如果僅從通訊業(yè)務(wù)的需求出發(fā)來考慮NR對(duì)于時(shí)間同步的需求,那么基本就是毫秒最多微秒尺度,到OFDM符號(hào)體量這個(gè)尺度就足夠了(小編:準(zhǔn)確說就是不超過CP循環(huán)前綴的時(shí)間長度即可保證通訊業(yè)務(wù))。這就可以保證精確和完善的數(shù)據(jù)及話音、多媒體業(yè)務(wù)的傳遞順暢了。但是這個(gè)時(shí)間尺度用于ToA進(jìn)行終端到基站的偽距測量和終端定位,則遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
業(yè)務(wù)需求決定系統(tǒng)性能
所以在遍歷討論了GNSS、移動(dòng)通訊系統(tǒng)和室內(nèi)無線系統(tǒng)的定位性能之后,我們不難得出一個(gè)初步的結(jié)論,“業(yè)務(wù)需求決定系統(tǒng)性能”應(yīng)該是人類進(jìn)入工業(yè)化之后的一個(gè)必要活動(dòng)準(zhǔn)則。這個(gè)準(zhǔn)則在PLMN通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)得淋漓盡致。不考慮業(yè)務(wù)和性能的匹配性,而在性能和業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)上過分超前的系統(tǒng)難逃逐一被現(xiàn)實(shí)挫敗的厄運(yùn)。一如當(dāng)年的ATM被Ethernet從桌面淘汰;WiMAX在北美干不過CDMA的EVDO,在亞歐大陸干不過WCDMA……單一的技術(shù)優(yōu)勢很多時(shí)候都無法轉(zhuǎn)化為勝勢,市場這個(gè)巨大的技術(shù)篩選器有其自主的生存法則。
對(duì)于移動(dòng)通訊系統(tǒng)來說,首要目標(biāo)是要在地表盡可能建立一張無縫覆蓋人類活動(dòng)區(qū)域的話音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(小編:所謂的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)),滿足人類在靜止與移動(dòng)場景下的不間斷業(yè)務(wù)獲取能力。3GPP的代際技術(shù)發(fā)展雖然從未停止,但這些基礎(chǔ)業(yè)務(wù)對(duì)于性能的更高要求也從未停止。在5G時(shí)代,雖然業(yè)務(wù)能力的增強(qiáng)導(dǎo)致最基礎(chǔ)的物理幀結(jié)構(gòu)變得更加精密,但滿足這部分所必須的時(shí)間同步需求,還是停留在微秒級(jí)別,大致是+-1.5us,和前代4G LTE并沒有本質(zhì)差別。
在網(wǎng)絡(luò)側(cè),基站和基站之間的時(shí)間同步性是依賴鏈接基站的有線網(wǎng)絡(luò),比如傳統(tǒng)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)或者電信以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)同步機(jī)制的(小編:以太網(wǎng)上由IEEE1588來實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步、光傳輸網(wǎng)絡(luò)有其他底層方式來提供時(shí)間同步機(jī)制;這些內(nèi)容也超越本篇文章的技術(shù)范疇,不做深究)甚至也可以依賴在每個(gè)基站站址上安裝的GPS、北斗GNSS同步系統(tǒng)來獲取納秒級(jí)別的同步定時(shí),以在更好的程度上滿足進(jìn)入4G和5G時(shí)代以來,載波聚合CA、協(xié)同多點(diǎn)收發(fā)CoMP和高速漫游等業(yè)務(wù)的需求。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的時(shí)間同步性能的進(jìn)步(小編:注意不是網(wǎng)絡(luò)側(cè)和終端側(cè)之間空中接口上的同步性能提升)間接對(duì)基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的定位性能演進(jìn)是有幫助的。
這就是我們后續(xù)要談到的圖1中的綠色圈,TDoA技術(shù)所依賴的技術(shù)基礎(chǔ)——網(wǎng)絡(luò)側(cè)時(shí)間同步。ToA雖然不能搞,但TDoA還是有希望的…..
編輯:黃飛
評(píng)論
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