UE-specific 參考訊號

2.2.1.3 UE-specific 參考訊號

UE-specific RS (URS) 是針對細胞中特定行動終端用戶(UE)所發出之參考 訊號，以達到 4 根天線以上的波束成型之目的。URS 只在對應於 PDSCH 中的資 源區塊中傳送，一個使用 URS 的主要好處是波束成型的權重也會被用到 URS 上，

如此一來參考訊號也能夠接受到波束成型的增益。URS 被定義在天線埠 5、7、8 上傳送，並且由更上層(Layer 3 or 4)決定是否傳送 URS 來當作 PSDCH 解調時可 靠的相位參考。

URS 序列 ( )

, s m

r_{ln 產生方式如下:}

  

^{1 2 (2 1)}



^{, 01 12 1}

2 ) 1

2 ( 2 1 2 ) 1

( _RB^PDSCH

s m   c m  j  c m m ,,..., N 

r_n (2.3)

其中n_s是時槽的編號， l 是時槽內 OFDM 符元的編號，N_RB^PDSCH是對應的 PDSCH 傳送區域內資源區塊的數量。URS 的擺放方式如圖 2-9 所示，更詳細的訊號產生 方式請及虛擬隨機序列c(i)在文獻[7]裡皆有定義。

圖 2-9：URS 擺放位置示意圖

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2.2.1.4 定位參考訊號

定位(positioning RS, PRS)位置參考訊號是在 LTE release 9 裡才被引入，主要 是用來增進 LTE 系統定位效能。也就是被使用在 OTDOA 系統裡面讓用戶得以 測量來自不同細胞的基地台之訊號時間。PRS 可以被安排在鄰近細胞未被占用的 資源元素內，使得用戶可以在高 SNR 的狀況下接收鄰近細胞的 PRS 訊號。一般 PRS 的傳送只會在上層(Layer 3 or 4)定義的 PRS 子訊框內傳送，傳送方式是連續 傳送𝑁_𝑃𝑅𝑆個 PRS 子訊框，每隔𝑇_𝑃𝑅𝑆的時間長度再傳送𝑁_𝑃𝑅𝑆個 PRS 子訊框，如圖 2-10 所示。

圖 2-10：PRS 子訊框配置示意圖

其中𝑁_𝑅𝐵^𝑃𝑅𝑆是 PRS 所佔的頻寬大小，以資源區塊(內含 12 個子載波)個數表示，𝑁_𝑅𝐵^𝐷𝐿 是下行傳送頻寬，𝑁_𝑃𝑅𝑆是連續傳送 PRS 的子訊框數目，𝑇_𝑃𝑅𝑆是傳送 PRS 子訊框 的週期。以上參數都由上層訊號控制。

PRS 序列 ( )

, s m

r_{ln 產生方式如下:}

  

1 2 (2 1)



, 0,1,...,2 1 2

) 1 2 ( 2 1 2 ) 1

( _RB^max,DL

, _s m   c m  j  c m m N 

r_{ln (2.4)}

其中n_s是時槽的編號， l 是時槽內 OFDM 符元的編號，N_RB^max,DL是最大的下行傳 送資源區塊數量。PRS 的擺放方式如圖 2-11 所示，更詳細的訊號產生方式及虛 擬隨機序列c(i)的定義請參照文獻[7]

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圖 2-11：PRS 擺放位置示意圖

2.2.1.5 Channel State Information (CSI)參考訊號

Channel State Information RS(CSI-RS)通道狀態參考訊號在 LTE-A release 10 裡被 引入，主要用來讓用戶獲取通道狀態資訊(CSI)，特別是在天線數超過 4 根，CRS 不敷使用的時候。CSI-RS 被定義只有在傳輸模式 9 (Transmission mode 9)時才會 使用。此模式指在通道狀況很好的時候，LTE-A 所支援的多層傳輸，最高可支援 到八層 (rank-8)的資料傳輸。同時 CSI-RS 只在子載波頻寬f 15kHz時使用。

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CSI-RS 序列 ( )

, s m

r_{ln 產生方式如下:}

  

^{1 2 (2 1)}



^{, 0,1,..., 1}

2 ) 1

2 ( 2 1 2 ) 1

( _RB^max,DL

, _s m   c m  j  c m m N 

r_{ln (2.5)}

其中n_s是時槽的編號， l 是時槽內 OFDM 符元的編號，N_RB^max,DL是最大的下行傳 送資源區塊數量。CSI-RS 的擺放方式如圖 2-12 所示，更詳細的訊號產生方式及 虛擬隨機序列c(i)的定義請參照文獻[7]

圖 2-12：CSI-RS 擺放位置示意圖

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2.2.2 LTE 同步訊號(Synchronization signal)

3GPP LTE/LTE-A 的系統裡總共定義了 504 個不同的物理層(physical layer, layer 1)細胞識別碼(cell identity, cell-ID)。而這 504 組區域識別碼又被劃分成 168 個不同的細胞辨別群組(cell-ID group)，每個群組內有三組不同的區域識別碼 (sector -ID)。3GPP LTE/LTE-A 系統將區域識別碼定義為N_ID^cell 3N_ID⁽¹⁾N_ID⁽²⁾，所

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14 14 15 48 18 20 82 23 26 116 2 7 150 10 16

15 15 16 49 19 21 83 24 27 117 3 8 151 11 17

16 16 17 50 20 22 84 25 28 118 4 9 152 12 18

17 17 18 51 21 23 85 26 29 119 5 10 153 13 19 18 18 19 52 22 24 86 27 30 120 6 11 154 14 20

19 19 20 53 23 25 87 0 4 121 7 12 155 15 21

20 20 21 54 24 26 88 1 5 122 8 13 156 16 22

21 21 22 55 25 27 89 2 6 123 9 14 157 17 23

22 22 23 56 26 28 90 3 7 124 10 15 158 18 24

23 23 24 57 27 29 91 4 8 125 11 16 159 19 25

24 24 25 58 28 30 92 5 9 126 12 17 160 20 26

25 25 26 59 0 3 93 6 10 127 13 18 161 21 27

26 26 27 60 1 4 94 7 11 128 14 19 162 22 28

27 27 28 61 2 5 95 8 12 129 15 20 163 23 29

28 28 29 62 3 6 96 9 13 130 16 21 164 24 30

29 29 30 63 4 7 97 10 14 131 17 22 165 0 7

30 0 2 64 5 8 98 11 15 132 18 23 166 1 8

31 1 3 65 6 9 99 12 16 133 19 24 167 2 9

32 2 4 66 7 10 100 13 17 134 20 25 - - -

33 3 5 67 8 11 101 14 18 135 21 26 - - -

同步訊號又分為主要同步訊號(Primary Synchronization Signal, PSS)和次要 同步訊號(Secondary Synchronization Signal, SSS)，PSS 也可稱為 P-SCH(Primary Synchronization Channel)，同理 SSS 也可稱為 S-SCH(Secondary Synchronization Channel)，各自包含著不同的資訊，在訊框上擺放的位置也不盡相同。以 FDD 正常 CP 的架構做舉例，在時域上，PSS 放置在編號第 0 及第 5 個子訊框內的最 後一個 OFDM 符元，SSS 則放在相同時槽內的倒數第二個 OFDM 符元。在頻域 上，PSS 從中間的直流子載波(DC Subcarrier)向上下各延伸 31 個子載波，最外面 還有 5 個子載波當作保護子載波，加上 DC 總共佔據 73 個子載波。詳細的擺放 方式如圖 2-13 及圖 2-14:

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圖 2-13：PSS 及 SSS 在 TDD 及 FDD 架構下擺放示意圖

圖 2-14：PSS 及 SSS 在 LTE 資源網格下擺放示意圖

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2.2.2.1 主要同步訊號(Primary Synchronization Signal)

主要同步訊號(Primary Synchronization Signal, PSS)代表著區域識別碼的索 引，也就是N_ID⁽²⁾，亦即不同區域識別碼的細胞會有不同的 PSS 訊號。PSS 訊號 由長度為 63 的 Zadoff-Chu (ZC)序列所構成，ZC 是一個固定振幅零自相關序列 (Constant Amplitude Zero-Auto-Correlation, CAZAC)。固定振幅可以有效的限制峰 均值比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)，並且由於只有訊號的相位需要被計 算及儲存，一方面也簡化了實際應用時的難度。比起傳統虛擬雜訊(Psuedo-Noise, PN)序列，ZC 只有在完全一樣的序列對應時才會出現峰值，其他時候都是零相 關，不像 PN 序列還會有零星的相關性，如圖 2-13 所示。完全零自相關的特性 使得 ZC 序列常被拿來當作參考及同步訊號使用，。因為藉著將接受到的 ZC 訊 號與參考的 ZC 訊號做交相關，即可根據峰值是否出現得知何者為傳送訊號。此 外這樣的特性也使得不同的正交碼(orthogonal code)可以由同一組位移(shifted)過 的 ZC 序列產生，簡潔了系統的複雜度。

圖 2-15：ZC 序列與 PN 序列相關性比較

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2.2.2.2 次要同步訊號(Secondary Synchronization Signal)

次要同步訊號(Secondary Synchronization Signal, SSS)代表著細胞識別碼群 組(cell-ID group)的索引，也就是N_ID⁽¹⁾。SSS 由兩組長度為 31 的 BPSK 調變序列

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第三章

LTE/LTE-A 的定位及同步方法

定位技術首先源自於美國聯邦通訊委員會(US Federal Communications Commission, FCC)強制規定所有電信業者必須具備鎖定手機位置的功能，以便在 使用者撥打 911 急救電話時相關單位能透過此一技術來搜救使用者。FCC 在 Emergency 911 標準裡規範的定位準確度標準為:

 基於網絡為基礎(Network-based)的定位，準確度須達到 67%的使用者定位誤 差在 100 公尺之內，95%的使用者定位誤差在 300 公尺之內

 基於手持裝置為基礎(Handset-based)的定位，準確度須達到 67%的使用者定 位誤差在 50 公尺之內，95%的使用者定位誤差在 150 公尺之內

本章節將重點介紹 LTE/LTE-A 系統裡所定義的定位方法，以及基礎的細胞搜尋 (Cell Search)與同步流程

3.1 LTE/LTE-A 定位技術介紹

隨著手持行動裝置(mobile devices)逐漸成為日常生活裡不可或缺的一環，使 用者對行動裝置的應用程式需求也越來越高，其中，越來越多的應用都使用到了 定位技術，無論是本地搜索類應用，還是各種商業信息發布類應用，更不用說眾 多的交通導航類應用。定位服務(Location Based Service, LBS)的應用已經是當下 最為流行的移動應用之一。

其中，LTE/LTE-A 定位技術可以分成由基地台為基礎的定位(eNB-based)，

如強化細胞驗證法(Enhanced Cell ID, ECID)、由使用者為基礎的定位(UE-based)，

如輔助式全球衛星系統(Assisted Global Navigation Satellite System, A-GNSS)、或

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由使用者輔助定位(UE-assisted)，如觀測時間差定位(Observed Time Difference of Arrival)等[4][11]。

3GPP Release 9 除定義了 LTE 的定位技術，還定義了一種全新的定位協議 (LTE Positioning Protocol) [2]。LPP 能夠全面支持 LTE 中用到的定位技術(包括 ECID、A-GNSS 和 OTDOA)，它還支持 A-GNSS+OTDOA 的混合定位技術。基 於 4 個球面確定一個點的原理，手機在定位時需要 4 個參考點。在 LPP 協議的 支持下，在衛星可見性較好的地區(如市郊)，手機可以通過測量 4 顆衛星信號進 行定位;在衛星可見性較不好的地區(如市中心)，手機可以通過測量 2 顆可見衛星 信號及 2 個 LTE 基站信號進行定位;而在衛星不可見的室內，手機則通過 OTDOA 實現定位，如圖 3-1 所示。LPP 的優勢在於能夠保證手機終端在各種環境下都能 實現定位。

圖 3-3：LPP 定位協議

LPP 作為通用定位通信協議，主要功能在於在網絡與用戶端之間交互定位輔助數 據和定位信息。實際上它既可以在控制平面也可以在數據平面使用。相對來說，

控制平面的實現方式需要用到專用控制通道並且會顯著地增加移動網絡成本，因

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為多個網元需要在軟體和硬體上升級，才能支持這些定位相關的控制平面命令。

因此，用戶平面的實現方式更容易被用於商業應用。

3.1.1 強化細胞驗證法(ECID)定位

強化細胞驗證(Enhanced Cell ID, ECID)定位法[11]是傳統細胞驗證(Cell ID, CID)定位法的改良版本。傳統 CID 定位法利用蜂巢系統內每個細胞區段(sector) 都有不同的細胞識別碼(Cell ID)做基礎，一旦用戶與細胞內的伺服基地台(serving eNB)完成同步，系統即可知道用戶位於哪一個細胞內的哪一個區段，如此一來 用戶的位置便被鎖定在該基地台所服務的區域內。由於傳統 CID 定位法準確度 依賴於定位時為手機提供服務的基地台數量及範圍。因此在都市中 CID 的定位 準確度只能達到誤差 300 到 500 公尺的程度，在基地台數量稀少的市郊地帶甚至 會誤差好幾公里。因此，ECID 法在 3GPP release 9 裡被提出來加強此一方法。

ECID 定位方法主要利用訊號來回基地台及用戶的時間(Round Trip Time, RTT)及上行入射角度(Angle of Arrival, AoA)的資訊來輔助定位，以下分別介紹:

訊號來回時間(RTT)估計

藉由分析訊號前進時序(Time Advance, TA)在傳送以及接收段的時間差，即 可算出基地台與用戶的距離，如下圖所示:

圖 3-2：RTT 計算

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算出基地台與用戶距離後搭配原本的 Cell ID 資訊即可得到用戶在區段 (sector)內的位置，而準確度又依照計算一個基地台與用戶的距離差及三個基地台 與用戶的距離差分成兩種狀況如圖 3-3 所示:

圖 3-3：RTT-based ECID 示意圖

入射角(AoA)估計

入射角的估計是利用用戶傳給基地台的上行參考訊號，如探測參考訊號 (Sounding Reference Signal, SRS)及解調參考訊號(Demodulation Reference Signal, DM-RS)的入射角度來輔助定位出用戶在區段內的位置，如下圖所示:

圖 3-4：AoA-based ECID 示意圖

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ECID 定位法好處是當用戶在室內仍然可以使用，且實測上大約可以達到誤 差範圍在 150 公尺以內

3.1.2 輔助全球衛星(A-GNSS)定位

輔助全球衛星定位(Assisted Global Navigation Satellite System, A-GNSS) [11]

或者 A-GPS(Assisted Global Positioning System)即是前一代眾所皆知的 GNSS 系 統的改良。GNSS 定位法利用行動裝置內裝載的 GNSS 接收機(receiver)來偵測衛 星訊號，優點是準確度最高，通常誤差都在 30 公尺內。缺點是行動裝置不一定 有 GNSS 接收機且至少要與 4 顆衛星(三度空間有 4 個未知數: 經緯度，高度，

時間)有 LOS 路徑，也就是跟衛星之間不能有障礙物，才能夠順利定位。這對於 大樓林立的都市環境是一個很大的障礙，如圖 3-5 所示:

圖 3-5：都市內可直視衛星分布

GNSS 系統的另外一個問題是首次定位時間(Time to First Fix, TTFF)太長，也 就是系統在冷開機狀態下，開機之後完成第一次定位所需的時間。由於手持裝置

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內的 GNSS 接收機要偵測到衛星訊號需要一段不短的搜尋時間，甚至常常因為無 法直視到 4 個衛星而沒辦法做定位，因此輔助式衛星定位(A-GNSS) 因運而生。

輔助式衛星定位即利用基地台網絡(network)做為輔助資料以幫助初步的定

輔助式衛星定位即利用基地台網絡(network)做為輔助資料以幫助初步的定

在文檔中 用於大規模天線LTE/A系統之用戶定位波束成型法 (頁 33-0)