OTDOA (Sự khác biệt về thời gian quan sát khi đến) là một tính năng định vị được giới thiệu trong rel9 E-UTRA (radio LTE). Trong đó, Thiết bị Người dùng (UE) đo lường sự khác biệt về thời gian giữa một số tín hiệu cụ thể từ một số eNodeB và báo cáo những khác biệt về thời gian này cho một thiết bị cụ thể trong mạng (ESMLC) như mô tả trong Hình 3.1. ESMLC dựa trên sự khác biệt về thời gian này và kiến thức về các vị trí enodeBs sẽ tính tốn vị trí của UE. [7]
Hình 3.1 vị trí UE theo tính tốn của 03 eNodeB 3.1.1 Phép đo chênh lệch thời gian của tín hiệu tham chiếu (RSTD)
Phép đo Chênh lệch Thời gian Tín hiệu Tham chiếu (RSTD), RSTD được định nghĩa là chênh lệch thời gian tương đối giữa hai trạm (trạm tham chiếu và trạm được đo) được tính bằng chênh lệch thời gian nhỏ nhất giữa hai ranh giới khung con nhận được từ hai trạm khác nhau: [7]
45
RSTD là chênh lệch thời gian tương đối giữa ô láng giềng j và ô tham chiếu i,
được định nghĩa là TsubframsRxj – TsubframeRxi Trong đó:
- TsubframsRxj là thời gian UE nhận được lần bắt đầu của một khung con từ trạm j;
- TsubfranwRxi là thời gian mà UE nhận được lần dừng tương ứng của một khung con từ trạm i có thời gian gần nhất với khung con nhận được từ trạm j.
Phép đo RSTD có thể áp dụng ở trạng thái RRC_CONNECTED (UE ở trạng thái RRC_CONNECTED khi kết nối RRC đã được thiết lập).
Phép đo RSTD có thể thực hiện được trên trạm nội tần và trên trạm liên tần. Phép đo RSTD nội tần được thực hiện khi cả hai trạm tham chiếu i và ơ lân cận j có cùng tần số trước đó với trạm phục vụ UE. Phép đo RSTD liên tần số được thực hiện khi ít nhất một trong số ơ tham chiếu i và ơ hàng xóm j ở tần số thu nhập khác với tần số là ô phục vụ UE.
3.1.2 Bản đồ đo lường RSTD
Phạm vi báo cáo của phép đo RSTD được xác định từ -15391 x Ts đến 15391 x Ts với độ phân giải 1Ts cho giá trị tuyệt đối của RSTD nhỏ hơn hoặc bằng 4096Ts và 5Ts cho giá trị tuyệt đối của RSTD lớn hơn 4096Ts. [7]
Ts là đơn vị thời gian cơ bản trong LTE và được định nghĩa là Ts = 1 / (15000 X 2048) giây, lớn hơn 32 ns, tương ứng với khoảng 9,8 mét.
Do đó, phạm vi đầy đủ của phép đo RSTD là khoảng ± 0,5 ms (tức là một khung phụ LTE), với độ phân giải của 1Ts nếu phép đo nằm trong khoảng ± 133 ps.
3.1.3 Phương trình định vị OTDOA cơ bản
Các phép đo TOA do UE thực hiện có liên quan đến khoảng cách hình học giữa UE và eNodeB. Trong hệ tọa độ đề các 2-D, chúng ta ký hiệu tọa độ (đã biết) của eNodeB là Xj = [Xj, Yj] và tọa độ (chưa biết) của UE là Xi = [Xi, Yi] . Các phép đo RSTD được định nghĩa là chênh lệch thời gian giữa hai eNodeB (modulo 1-subframe (1-ms)), và do đó, tương ứng với sự khác biệt về phạm vi sau giữa eNodeB i láng giềng và eNodeB j tham chiếu, cơng thức 3.1 dưới đây:
(3.1)
Trong đó:
- RSTDi,1 là sự sai khác thời gian giữa eNodeB I và trạm tham chiếu được đo tại UE.
46
- Ti – T1 là độ lệch thời gian truyền giữa hai eNodeB theo thời gian thực (RTDs – Real Time Differences)
- ni , n1 là lỗi đo lường UE TOA - c là vận tốc ánh sáng
3.1.4 Tín hiệu tham chiếu định vị (PRS)
Các phép đo RSTD về nguyên tắc có thể được thực hiện trên bất kỳ tín hiệu đường xuống nào (ví dụ: CRS hoặc tín hiệu đồng bộ hóa). Tuy nhiên, các tín hiệu đường xuống này có khả năng truyền dữ liệu kém, điều này rất quan trọng đối với việc định vị OTDOA khi nhiều tín hiệu trạm lân cận phải được phát hiện bởi UE.
Một trạm lân cận với các tín hiệu đồng bộ hóa của nó (Tín hiệu đồng bộ hóa chính/phụ) và tín hiệu tham chiếu được coi là có thể phát hiện được khi Tỷ lệ tín hiệu/giao thoa và nhiễu (SIXR) nhỏ nhất là -6 dB. Tuy nhiên, điều này không đủ để phát hiện đủ số lượng eNodeB (phân tán về mặt địa lý) của eNodeB.
Vì thế Tín hiệu tham chiếu định vị (PRS) đã được giới thiệu trong tiêu chuẩn 3GPP LTE Release-9 để cho phép các phép đo thời gian thích hợp (phạm vi) của một UE từ tín hiệu eNodeB để cải thiện hiệu suất định vị OTDOA. [7]
PRS vẫn có một số điểm tương đồng với các tín hiệu tham chiếu dành riêng cho từng trạm như được định nghĩa trong LTE Rel-8.
Đó là một chuỗi QPSK giả ngẫu nhiên đang được ánh xạ theo các mẫu đường chéo với sự thay đổi về tần số và thời gian để tránh va chạm với các tín hiệu tham chiếu dành riêng cho trạm và chồng chéo với các kênh điều khiển (PDCCH). [7]
Tín hiệu tham chiếu định vị được truyền trên ăng ten thăm dò 6, được mơ tả như hình 3.2.
47
Các tín hiệu tham chiếu định vị không thể được ánh xạ tới các phần tử tài nguyên được phân bổ cho PBCH. Tín hiệu tham chiếu định vị chỉ được xác định cho Δf= 15 kHz.
3.1.5 Kiến trúc OTDOA trong mạng 4G-LTE
Yếu tố mạng quan trọng để hỗ trợ OTDOA là Máy chủ định vị. Định vị trong mặt phẳng điều khiển (CP) máy chủ định vị là một E-SMLC; định vị trong mặt phẳng người dùng (UP) máy chủ định vị là một SLP/SUPL. GMLC là nút đầu tiên định vị trong mặt phẳng điều khiên một máy khách LCS bên ngoài truy cập. Sau khi thực hiện đăng ký và ủy quyền. Nó gửi các yêu cầu định vị đến MME và nhận các ước tính vị trí từ MME (3GPP TS 23.271). Một kiến trúc định vị cơ bản được mơ tả như Hình 3.3: [7]
Hình 3.3 Kiến trúc định vị OTDOA
Máy chủ định vị (E-SMLC hoặc SUPL SLP) quản lý định vị OTDOA cho một thiết bị mục tiêu bằng cách lấy các phép đo RSTD từ UE và cung cấp dữ liệu hỗ trợ cho UE để giúp xác định vị trí. Máy chủ Vị trí cũng có thể tính tốn (do UE hỗ trợ) hoặc xác minh (dựa trên UE) ước tính vị trí cuối cùng. [7]
Trong giải pháp mặt phẳng điều khiển, MME nhận được yêu cầu cho một số người gửi vị trí được liên kết với một UE mục tiêu cụ thể từ một thực thể khác (ví dụ: GMLC hoặc UE) hoặc chính MME quyết định khởi tạo một số dịch vụ vị trí thay mặt cho một mục tiêu cụ thể UE (ví dụ: đối với cuộc gọi khẩn cấp IMS từ UE) như được mô tả trong 3GPP TS 23.271, MME sau đó sẽ gửi yêu cầu người gửi vị trí đến E- SMLC. E-SMLC xử lý yêu cầu của người gửi vị trí trong đó bao gồm dữ liệu hỗ trợ OTDOA chuyển giao cho UE mục tiêu. Sau đó E-SMLC trả kết quả của người gửi vị trí trở lại MME. Trong trường hợp người gửi vị trí được yêu cầu bởi một thực thể khơng phải MME (ví dụ: UE hoặc GMLC). MME trả về kết quả người gửi vị trí cho thực thể này. [7]
48
SLP (ăng ten định hướng) là thực thể SUPL chịu trách nhiệm định vị trên bình diện người dùng, SLP giao tiếp trực tiếp với UE qua bình diện người dùng (người mang dữ liệu). Chức năng SLP OTDOA giống như chức năng của E-SMLC. [7]