Hoạt động định vị của kỹ thuật định vị di động OTDOA
Nguyên lý hoạt động định vị của OTDOA về cơ bản tuân thủ quy trình định vị của tín hiệu PRS bao gồm các bước phát, thu tín hiệu PRS và tính toán định vị bằng phép đo đa phương. Quá trình thực hiện định vị theo đó phối hợp với kiến trúc mạng 5G như sau:
+ Kết nối UE với mạng RAN: UE gửi tín hiệu lên trạm phát sóng thông qua giao diện NR-Uu (nếu kết nối qua 5G) hoặc LTE-Uu (nếu kết nối qua LTE). Tín hiệu này có thể bao gồm yêu cầu định vị hoặc thông tin về các hoạt động của UE.
+ Xử lý tại NG-RAN (gNB - ng-eNB): Tùy thuộc vào trạm phát mà UE đang kết nối, yêu cầu từ UE sẽ đi qua gNB hoặc ng-eNB. gNB sẽ quản lý và xử lý các yêu cầu này, sau đó chuyển tiếp qua giao diện NG để kết nối với mạng lõi 5G (5GC). Trong trường hợp UE kết nối qua ng-eNB (LTE nâng cấp), tín hiệu sẽ được truyền qua giao diện Xn đến gNB, nơi chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu tới mạng lõi.
+ Khởi tạo lưới tài nguyên gNodeB: Các trạm gNodeB (gNB) trong mạng 5G tạo ra một lưới tài nguyên để chuẩn bị truyền tín hiệu. Trong 5G, các gNB sử dụng các dải tần số linh hoạt, bao gồm cả tần số mmWave để tăng độ chính xác cho việc định vị.
+ gNB phát tín hiệu PRS, PSS, SSS và Cell RS: gNB phát các tín hiệu PRS, PSS (Primary Synchronization Signal), SSS (Secondary Synchronization Signal), và Cell Reference Signal. Tín hiệu PRS trong 5G được phát không liên tục (burst) để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng băng tần và hỗ trợ định vị chính xác hơn, đặc biệt ở tần số cao.
+ Ánh xạ tín hiệu lên lưới và tạo dạng sóng truyền tải OFDM: Các tín hiệu PRS và tín hiệu đồng bộ khác được ánh xạ vào lưới tài nguyên của gNB và sau đó được chuyển thành dạng sóng OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) để chuẩn bị truyền qua kênh vô tuyến. 5G NR hỗ trợ băng thông rộng hơn LTE, cho phép tín hiệu OFDM truyền tải dữ liệu định vị chính xác hơn.
+ Truyền tín hiệu qua kênh đến thiết bị UE: Dạng sóng truyền tải được phát qua kênh vô tuyến từ gNB đến thiết bị người dùng (UE). Các tín hiệu PRS trên băng tần mmWave trong 5G cho phép định vị chính xác nhờ đặc tính chùm tia hẹp (beamforming).
Kết quả xử lý từ NG-RAN là UE nhận được tín hiệu PRS từ các trạm gốc khác nhau với các thời gian đến khác nhau.
Quá trình định vị thực hiện tại UE bao gồm:
Thu và tổng hợp tín hiệu tại UE: Thiết bị UE nhận và tổng hợp dạng sóng từ nhiều gNB khác nhau. Trong mạng 5G, thiết bị có thể nhận tín hiệu từ nhiều tần số khác nhau, giúp tăng cường độ chính xác của phép đo thời gian đến.
Thiết lập cấu hình cho từng cell phát hiện được: UE thiết lập cấu hình với mỗi gNB mà nó phát hiện được, bao gồm các tham số cho tín hiệu PRS và các cấu hình định vị cần thiết. Điều này đảm bảo rằng UE có thể tính toán độ trễ một cách chính xác giữa các tín hiệu từ các gNB khác nhau.
+ UE Kiểm tra ngưỡng RSRP hoặc RSRQ để chọn gNB: UE kiểm tra các giá trị RSRP (Reference Signal Received Power) và RSRQ (Reference Signal Received Quality) từ các gNB đã phát hiện để đảm bảo rằng tín hiệu nhận đủ mạnh và ổn định. Nếu không đáp ứng ngưỡng tối thiểu, UE sẽ chọn một gNB khác.
+ Tạo PRS nội bộ tại UE: UE tạo một tín hiệu PRS nội bộ, tương ứng với ID ô của mỗi gNB đã phát hiện, để tiến hành đồng bộ với tín hiệu nhận được. PRS nội bộ này giúp UE tính toán thời gian đến chính xác từ mỗi gNB.
+ UE: Đồng bộ hóa và tính toán thời gian đến (ToA): UE đồng bộ tín hiệu PRS nội bộ với tín hiệu PRS nhận được từ mỗi gNB để xác định thời gian đến (ToA - Time of Arrival) của từng tín hiệu. Trong 5G NR, điều này có thể đạt độ chính xác cao nhờ khả năng beamforming và độ phân giải thời gian cao của tín hiệu mmWave.
UE Tính TDoA giữa các cặp gNB UE tính toán sự khác biệt thời gian đến (TDoA - Time Difference of Arrival) giữa các cặp gNB khác nhau. Giá trị TDoA này là yếu tố chính để xác định vị trí của UE dựa trên các khoảng cách tương đối với các gNB.
Ước tính vị trí của UE: Từ các giá trị TDoA, UE sử dụng thuật toán định vị để ước tính vị trí của mình. Với 5G, đặc biệt là khi sử dụng mmWave và Massive MIMO, UE có thể đạt được độ chính xác định vị cao hơn nhiều so với LTE.
UE sau khi tính toán TDoA, sẽ gửi giá trị TDoA đến LMF thông qua khối AMF. Dữ liệu TDoA này được mã hóa và đồng bộ trong giao thức mạng để đảm bảo độ chính xác và bảo mật.
Xử lý tại mạng lõi (5GC): Khi nhận được yêu cầu định vị từ RAN qua giao diện NG, Khối quản lý truy cập di động AMF sẽ chịu trách nhiệm quản lý việc di chuyển và quản lý truy cập của UE. Nếu có yêu cầu định vị, AMF sẽ chuyển tiếp thông tin này qua giao diện NL1 đến LMF (Location Management Function).
Xử lý tại khối quản lý định vị (LMF): sẽ xử lý yêu cầu định vị bằng cách sử dụng các phương pháp định vị khác nhau, bao gồm việc lấy thông tin từ E-SMLC (nếu cần) hoặc từ nền tảng định vị bảo mật SLP. Quản lý định vị LMF có thể tính toán vị trí của UE dựa trên tín hiệu từ mạng RAN (như PRS, OTDOA) hoặc kết hợp với các thông tin từ hệ thống GNSS (Global Navigation Satellite System). Trong đó, bao gồm các nhiệm vụ chính của LMF đó là:
LMF Kết hợp dữ liệu từ nhiều điểm thu phát tín hiệu TRP (Transmission Reception Points): LMF nhận thông tin từ nhiều trạm phát sóng tham gia quá trình định vị. Các thông tin bao gồm: TDoA từ thiết bị UE. Tọa độ địa lý đã biết của các TRP liên quan (tọa độ địa lý của gNB/ng-eNB). LMF sử dụng các thông tin này để xây dựng bản đồ tín hiệu PRS trong không gian, giúp hình dung tương quan vị trí của UE với các trạm phát.
LMF thực hiện đồng bộ hóa tín hiệu giữa các TRP: Đồng bộ hóa thời gian giữa các TRP là yêu cầu rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của TDoA.Sai số trong đồng bộ thời gian giữa các trạm phát có thể gây ra lỗi định vị đáng kể, đặc biệt trong môi trường phức tạp
LMF thực hiện ước tính vị trí: LMF sử dụng các giá trị TDoA đo được giữa các cặp trạm gốc (gNB hoặc ng-eNB) và thiết bị UE. TDoA phản ánh chênh lệch thời gian đến của tín hiệu PRS giữa hai trạm phát, từ đó xác định khoảng cách tương đối giữa UE và các trạm này. LMF thực hiện tính toán vị trí bằng phép đo đa phương …
Kết quả đầu ra ở khối LMF là giá trị ước tính vị trí của UE đã được tính toánTrả kết quả định vị:
LMF hoàn tất quá trình định vị với các thông tin về tọa độ của UE. Sau đó kết quả định vị được gửi tới các đơn vị quản lý dịch vụ mạng, và các hệ thống yêu cầu kết quả định vị như E-SMLC (Enhanced Serving Mobile Location Center): Hệ thống định vị di động hỗ trợ trong mạng LTE. và khối SLP (SUPL Location Platform): Nền tảng định vị hỗ trợ dịch vụ dựa trên vị trí, như điều hướng hoặc ứng dụng khẩn cấp. Và các dịch vụ mạng khác.
Quản lý và bảo mật thông tin định vị: Nền tảng SLP và E-SMLC chịu trách nhiệm quản lý bảo mật các thông tin liên quan đến vị trí, đảm bảo rằng dữ liệu định vị chỉ được cung cấp cho các dịch vụ hoặc ứng dụng được ủy quyền.
Sau khi xác định được vị trí của UE, đơn vị quản lý định vị LMF sẽ gửi kết quả lại cho khối quản lý truy cập di động AMF, sau đó AMF sẽ chuyển tiếp thông tin này về gNB/ng-eNB trong NG-RAN, từ đó truyền kết quả về UE hoặc đến các ứng dụng yêu cầu định vị.
Trên đây là mô hình mô tả quá trình định vị của một thiết bị di động (UE) trong mạng 5G, thông qua việc tương tác giữa các thành phần trong mạng truy cập vô tuyến (NG-RAN) và mạng lõi 5G (5GC). Thiết bị UE gửi yêu cầu định vị qua trạm phát sóng (gNB hoặc ng-eNB) đến mạng lõi, nơi AMF và LMF xử lý và xác định vị trí của thiết bị. Quá trình này kết hợp nhiều thành phần như PRS, OTDOA và các cơ chế định vị từ hệ thống GNSS.
Comments
Post a Comment