本站原创【摘 要 】文章对TD-LTE R9标准中三种定位技术（基于OTDoA、E-CID和A-GNSS的定位）的改进点进行了分析,结合Wi-Fi定位提出了物联网环境下的混合定位技术,并给出了混合定位的技术方案与定位流程.
【关 键 词 】TD-LTE R9 混合定位 Wi-Fi
TD-LTE R9规范中,定义了三种定位方式：（1）基于OTDoA的定位；（2）基于E-CID的定位；（3）基于A-GNSS的定位.运营商可根据小区半径、自适应天线技术、路损和定时估计精度等实际情况,来决定采用其中一种或几种定位方式.下面分别对这三种方式进行分析.
1.基于OTDoA的定位
OTDoA（Observed Time Difference of Arrival）定位的基本思想是：UE根据eNodeB的下行参考信号,测量不同eNodeB的信号到达UE的时间差.根据UE测量结果,并结合eNodeB的坐标,采用合适的位置估算方法.一般位置估算方法至少需要考虑3个eNodeB定位的情况,见图1.UE测量的eNodeB的数据越多,测量精度越高,定位性能的改善也越明显.
1.1 引入新的定位参考信号
在R9中针对OTDoA定位需求,专门引入了一种新的参考信号——Positioning Reference Signal（PRS）[1],并在一个所谓的定位子帧（Positioning subframe）中占据NPRSRB个PRB.PRS可按较高功率在一个固定的天线端口（Port6）发射,实现较大范围覆盖.UE基于每个小区的PRS,来测量该小区信号到达该UE的时刻.
R9规定正常子帧和MBN子帧都可用作定位子帧,而TDD制式下DwPTS不包含PRS.NPRSRB由高层指示,取值范围为{6, 15, 25, 50, 75, 100}RBs[2].另外,在包含PRS的PRB内,若PDSCH物理资源映射时,按目前参考文献[1]规范定义,会覆盖掉PRS.但是这种场景出现情况很少,因此如图2所示,在包含PRS的PRB内,一般不会再携带PDSCH,目的是降低PDSCH对邻区PRS的干扰,增加PRS的“hearability”[3].对于承载公共信道的PDSCH接收,UE可检测设所分配的RB中不存在PRS,网络会避免将PRS分配在这些公共信道中,以保证这些公共信道的接收性能.
1.2 PRS Pattern
R9中采用的PRS模式为“diagonal pattern with time-varying frequency shift”[4-5].PRS沿对角线方式映射,尽量覆盖整个PRS带宽,并跳过原先Cell-specific RS已占的OFDM符号.通过时域内插保持后,PRS频域密度可达1PRS/15kHz,对应时域窗为±33.3s.频域shift与Cell ID有关（频率复用系数等于6）,用来降低小区间PRS相互干扰.当非MBN子帧包含PRS时,即使下行系统带宽不超过10个RB,PDCCH所占的符号也不会超过3个.图3为Positioning RS Pattern示例（PBCH 2发射天线端口、Normal CP模式）：
2.基于E-CID的定位
E-CID中AoA（Angle of Arrival）+TA（Timing Advance）定位是已经在UTRA-TDD（TD-SCDMA）中采用的一种方法.在TDD系统中,当eNodeB采用小间隔天线阵列的智能天线时,可以估计出UE信号到达eNodeB的到达角度（AoA）,因此可以估计出UE在小区中所处的方位.同时,根据eNodeB和UE测量所得到的UE信号发射相对于其接收的时间提前量（TA）,可以估计出UE与eNodeB之间的传播距离.这样,综合AoA和TA测量结果,基于单小区就可以进行UE定位,见图4：
其中,TUE-RX为UE从怎么写作小区接收到下行无线帧j的定时,定义为第一条检测到的路径到达时刻；而TUE-TX为UE发送上行无线帧j的定时.要求最大支持100km半径小区,因此UE RX-TX time difference取值范围是0到约667s.
eNodeB基于自身测量的Rx-Tx time difference,以及UE测量的Rx-Tx time difference,可进一步计算得到时间提前量（TADV,Timing Advance）,R9标准中将TADV测量分为两种类型Type 1和Type 2[6].Type 1相比于Type 2类型的TADV测量,综合利用了eNodeB和UE的Rx-Tx time difference测量结果,并且可以基于一般上行信道测量,因此精度相对较高.Type 2类型的TADV测量,虽然精度比Type 1低,而且只能基于PRACH信道测量；但是它无须UE上报Rx-Tx time difference测量结果,在R8版本情况下同样适用,因此具有R8后向兼容性.
3.基于A-GNSS的定位
GNSS（Global Nigation Satellite System）泛指全球导航卫星系统,包括了GPS（北美）、GLONASS（俄罗斯）、Galileo（欧盟）等卫星系统.基于GNSS的定位方式,就是基于UE所接收到的若干卫星信号进行相关测量,然后进行UE定位[8].图5是A-GNSS定位的示意图：
在R9标准中,为了辅助GNSS定位,针对UE新增了“UE GNSS code measurements”测量,即要求UE测量第j个GNSS卫星信号扩频码的GNSS code phase.由于该测量与E-UTRAN/UTRAN/G信号无关,因此与UE所处的RRC状态也无关联[6,8].
R9还分别针对eNodeB和UE新增了“GNSS Timing of Cell Frames for UE positioning”测量,即当某个指定E-UTRAN事件（由N指示的特定无线帧开始发送）发生时,要求eNodeB（或UE）测量该事件发生时对应的GNSS时间[8]. 4 物联网环境下的混合定位技术
无线技术的蓬勃发展,带动了物联网的兴起,越来越多的怎么写作都添加了无线定位的应用.无线定位是物联网中一项重要的技术,基于位置怎么写作（LBS,Location Based Service）在物联网时代将有着广阔的应用前景.目前手机中可以嵌入多种低成本、低功耗的短距离通信技术,市面上很多手机都具有蓝牙、Wi-Fi、GPS功能.如何利用这些新型的手机并结合LTE定位技术OTDoA、E-CID、A-GNSS构成混合定位技术,从而来提高定位的精度,是一个非常值得探讨的问题[9-10].
E-CID定位易于实现,建设成本低,定位响应时间短（1～2s）,有很好的覆盖性能和可靠性；但是其定位精度较低,并且依赖于基站覆盖区域的大小,所以在基站分布较少的地方,如郊区和农村难以获得理想的定位精度.
OTDoA的定位精度比E-CID高,但是对时间的基准要求较高,易受多径干扰的影响,反应时间比E-CID长（3～6s）.其适用于较开阔的地区,如郊区、乡村等,所以综合使用OTDoA和E-CID可以在农村和密集城区获得较好的定位.
A-GNSS定位精度比较高,通过接收若干卫星信号,它在室内外都可以用于精确的定位.但是当室内定位信号较弱时会影响定位精度,并且其对移动终端的要求较高,因此成本较大.
Wi-Fi定位是根据各个地方的Wi-Fi热点发出的信号强度和全球唯一的MAC地址进行定位的.移动终端在开启Wi-Fi的情况下,即可扫描并收集周围的接入点（AP,Access Point）信号获取MAC地址.移动终端将这些能够标识AP的数据发送到位置怎么写作器,通过统一的“位置信息云怎么写作器”（例如谷歌的相关怎么写作器）检索出每一个AP的地理位置.该怎么写作器结合已有的参考位置信息,分析处理获得的诸多位置信息,计算出该移动终端的位置信息,实现精确定位.Wi-Fi定位适用于AP较多的地方,例如城市中心、校园等.
结合上述定位方法的优缺点,本文提出了一种混合定位方式,其技术方案见图6.当一个用户需要进行定位的时候,优先使用Wi-Fi定位方式；如果周围没有合适的AP接入点,则使用基站定位的方法.如果该用户处在基站较多的地区（如城区）,则选择E-CID定位方式；反之,则选择OTDoA进行定位.如果以上方法都无法获得较理想的定位结果,那么使用A-GNSS进行定位.混合定位流程如图7所示.
要实现混合定位的技术难点是需要建设一个混合定位的平台,设定多种定位模式,如OTDoA、E-CID、A-GNSS和Wi-Fi等.不同定位方式的定位精度不同、收费标准不同,用户可以按需选择.
5.总结
本文主要对TD-LTE R9标准中定位技术的改进点进行了研究总结,分析了TD-LTE R9中新增的专用参考信号、定位子帧、PRS Pattern和多种测量要求.LTE R9中多种定位技术（OTDoA、E-CID、A-GNSS）和Wi-Fi技术的融合,可以解决单一定位技术的缺陷,从而能够满足各种定位需求.移动网络定位技术结合Wi-Fi等短距离定位技术的混合定位方式,将成为未来定位技术的发展方向.