当前业界已经商用的NB-IoT业务大多基于固定位置接入为主,具有移动性业务需求的终端需通过GPS获取定位信息。但GPS模块耗电量较大,不能满足NB-IoT业务对于低功耗的要求。因此,在R14阶段,3GPP协议引入了两种定位技术——E-CID及OTDOA。此技术可以支持现网大量R13终端,定位精度可达50米,满足当前主流业务需求。
GPS定位误差在10到20米。NB-IoT定位50米的精度距离GPS还有差距。而且对实际应用来说,体验差距非常明显。例如共享单车,让用户在周边50米的范围内寻找一辆车和在周边10米的范围内找一辆车,体验差距是巨大的。所以,如果想取代GPS,NB-IoT定位还需要更高的精度。
并且,如果NB-IoT的定位精度达到10米以内,除了取代GPS外,还可以用于室内的定位。当前室内的定位没有很好的解决方案。GPS在室内没有信号,当前主流的wifi、iBean等需要大量的布站,数据采集等前期工作。而NB-IoT在室内有信号,不需布站,精度可接受的话,一定会成为一种强势的室内的定位技术。
NB-IoT定位精度还能提升吗?答案当然是肯定的。NB-IoT使用的OTDOA是一种基于到达时间的定位技术。这种技术的定位精度与信号带宽密切相关,带宽越宽,则精度越高。NB-IoT是窄带系统,定位信号带宽很窄,只有180KHz,正是这限制了它的定位精度。
为此,我们提出一种办法,使用相邻多个载频的信号,结合在一起,成为一个宽带定位信号,来进行运算。这样,定位信号带宽变宽,精度增加。经实验验证,在将4个载频的定位信号合并计算的时候,定位精度可以达到5米。这样的精度足以代替GPS,也足够室内的定位应用。
在基站侧,一般都是多载频配置,多个载频的需求可以满足。在终端侧,由于物理层中OFDM符号CP点数必须为整数,所以系统的采样率至少是1.92MHz。1.92MHz采样率对应的带宽内可以容纳至少8个载频。也就是说,终端硬件本来就会接收多个载频的数据。使用邻频的定位信号一起运算,不需要修改硬件,不会增加终端成本。
验证系统使用了两台设备,一台模拟基站,一台模拟终端,采用往返时间法来测定两台设备间的距离。设备使用4个载频的定位信号进行定位运算。实验结果显示:距离测量误差小于5米。据此可以推断出使用此种方法进行的定位,也可以达到相近的精度。在本实验中,由于设备硬件功率原因,实验距离只有20米。但鉴于到达时间类方法定位精度与距离远近关系不大,故此不影响结论。
结论,使用多载波聚合的方法进行定位,可以有效的提高定位精度,达到5米。这样的精度足以代替GPS,使得具有移动性业务需求的终端不必安装GPS模块,节省成本,降低功耗。此外,此技术还可以用于室内的定位,使得NB-IoT的应用范围更加广阔。