5G通讯如何达到“高精准度定位”？( 二 ) _知识百科

【5G通讯如何达到“高精准度定位”？】移动位置服务（Location Based Service）的原理是透过讯号衰减的强度来判别基地台距离，当手机距离基地台越远，收到的讯号就越差，当手机搜寻到三个基地台以上的讯号时，大致上就能定位出接收装置的地址位置。
但实际情况中，定位过程容易被多路径衰减（Multipath Fading）干扰定位，意思是从不同距离、不同方位的电磁波几乎同时被装置接收，但多路径环境的干扰导致接收的讯号强度接近，无法解析其中延迟差异，所以精确度仅有 50 公尺以上，在郊区甚至可以差到数公里。
但 5G 高频波具有严重的穿透损失性质，只要有大型建筑物阻挡讯号，装置便无法接收，所以不会有多路径衰减（Multipath Fading）的干扰，反而让电磁波绕射、散射及反射的干扰问题不大，因为高频电磁波几乎只能以直线路径（Line of Sight, LOS）的方式传递，而直线是最容易计算距离的路径类型。
也就是说，只要装置收得到讯号，对应的基地台中间大多都不会有大型遮蔽物（有的话讯号就收不到），干扰少的情况下，系统只要计算接收装置周遭的基地台群便能够进行精度较高的定位。
更大的可用带宽（Large Bandwidth）5G 频谱的毫米波（mmWave）具有移动通讯中前所未有的大带宽，因而能提供更小的延迟以及良好的定位功能，当传输带宽越大，讯号的取样间隔越短，这样的原理之下，毫米波系统便具备较高的原始分辨率（Raw Resolution），这个数值代表可衡量的最小距离差异，就像尺的刻度越小可以测量出物体更精确的长度，当分辨率越高，可测量的最小距离越小，代表精确度越高。
根据 3GPP 的论文指出，在使用参考讯号（PRS）的实验中，最大带宽 20MHz 的 4G LTE 频道可以提供 15 公尺的定位精度，但带宽高达 4GHz 的毫米波系统却可以准确到 7.5 公分，两者的准确度差异非常大。
MIMO 多天线数组（Massive MIMO Antenna Arrays）
手机的地理定位可以透过到达角度（Angle of Arrival, AOA）完成，利用多个基地台群发送讯号，用户装置的多个天线接收讯号，产生不同的接收角度差异，最后找出所有讯号的交错点就是用户的精准位置，但现实环境有非常多的错误干扰，因此装置通常需要与多个基地台进行沟通，而装置上的天线也必须自动旋转以找到讯号最强的方向。
在5G 通讯时代，为了支持多带宽接收与发送，天线模块必须更为复杂，多输入多输出（Multi-input Multi-output, MIMO）技术因而受到瞩目，原理是在基地台设置大规模的多天线数组，利用多根发射天线与多根接收天线的组合提升频谱的效率与公耗，重要的是提供更多的空间自由度（High degree of resolvability of angles）。
简单说就是多根天线各自接收、发送不同角度的讯号，当空间样本数的变量增加，更多的讯号角度信息增加，定位的分辨率就能跟着提升，判别更精准的地理位置。
高密集基地台（Network Densification）由于 5G 讯号覆盖范围小，而且容易遭到建筑物遮蔽，实际的覆盖范围只有数百公尺，如果要达到都市内普及，电信商必须大规模部署小型 5G 基地台才有办法达到，例如日本提出红绿灯结合基地台、英国研究在人孔盖步数的可行性，指向 5G 基地台会是蜂巢式的结构，借此提升区域频谱与能源的使用效率。
高密度基地台代表有许多可供参考的资料节点，可以提供高密集度的位置信息达到更精准的定位，而且毫米波大多走直径路线，不受多路径干扰，理论上能够有最好的定位精准度── 高密度基地台、高频波直径路线特性、大带宽的高分辨率以及 MIMO 技术提供的多空间自由度，虽然还没有实际的商用测试数据，但上述的特性确实能提供比 4G 通讯好太多的定位性能。

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