Sfondo
All'inizio dell'era della telefonia mobile, gli operatori di rete mobile (MNO) avevano bisogno di conoscere la posizione del dispositivo mobile per instradare la chiamata verso una specifica stazione base a cui il dispositivo era collegato.
Nel 1999, le autorità di regolamentazione statunitensi hanno imposto requisiti di posizionamento ad alta precisione per facilitare i servizi di emergenza. Da allora, ogni generazione successiva di tecnologia cellulare si è ampliata ed evoluta per fornire una localizzazione precisa con diverse combinazioni di infrastrutture fisse e mobili dell'MNO e fonti esterne come il Global Positioning System (GPS) e il Wi-Fi. Tuttavia, a livello di base, il caso d'uso principale è sempre stato quello di localizzare il chiamante in difficoltà durante l'emergenza.
"I PSAP (Public Safety Answering Point) hanno l'opportunità di connettersi con altre tecnologie come dispositivi/sensori, Smart Cities, telematica dei veicoli e allarmi automatizzati".
Progetto APCO 43: "Implicazioni della banda larga per la Pubblica Sicurezza
Una nuova domanda
L'esigenza di una connettività ad alta velocità è ora accompagnata dalla necessità di un posizionamento ad alta precisione. A ciò si aggiunge la rapida penetrazione dell'Internet of Things (IoT), dispositivi/sensori in grado di fornire non solo dati ma anche informazioni sulla posizione. Gli MNO sono quindi chiamati a fornire non solo una localizzazione altamente precisa per i servizi di emergenza, ma anche a sconvolgere e monetizzare i loro mercati aziendali con servizi innovativi basati sulla localizzazione.
Il 5G è intrinsecamente un'architettura basata sui servizi che mira a fornire servizi basati sulle esigenze dell'utente. La tecnologia fornisce una connettività a bassa latenza alla pletora di dispositivi/sensori che oggi sono entrati nel nostro ecosistema. Questo apre le porte a un miglioramento delle applicazioni di pubblica sicurezza esistenti e all'introduzione di nuovi servizi di localizzazione con posizionamento assoluto e relativo con una certa sicurezza.
Vantaggio tecnologico con il 5G
Tradizionalmente, i sistemi 4G LTE utilizzano segnali di uplink e downlink per determinare la posizione dei dispositivi finali rispetto alle antenne della rete mobile. Le procedure tipiche sono Enhanced Cell ID (E-CID) e Time Difference of Arrival (TDoA).
Nell'E-CID, i dispositivi finali monitorano la loro vicinanza a più stazioni base, misurando la potenza del segnale e il tempo di propagazione approssimativo al dispositivo. Combinando queste osservazioni, si calcola una stima migliore della posizione del dispositivo.
Il TDoA è un metodo di multilaterazione in cui il dispositivo finale misura la differenza di tempo tra alcuni segnali specifici provenienti da diverse stazioni base e riporta queste differenze di tempo a un dispositivo specifico della rete per determinare la posizione.
Per soddisfare i requisiti di comunicazione (maggiore velocità, bassa latenza, maggior numero di dispositivi, connettività IoT), le reti 5G opereranno con larghezze di banda più ampie a frequenze più elevate, poiché lo spettro libero si trova a tali frequenze (mm Wave sopra i 24 GHz oltre a sub 6 GHz).
Nelle aree urbane, gli effetti del multipath (segnali che percorrono percorsi diversi e arrivano in tempi diversi) causano risultati errati nel calcolo del tempo del segnale. I segnali a maggiore larghezza di banda contribuiranno a risolvere questo problema, poiché avranno tempi più brevi. A ciò si aggiunge il vantaggio di un maggior numero di stazioni base per mantenere la copertura, poiché i segnali ad alta frequenza sono più soggetti a perdite di propagazione. La densificazione della rete aumenterà la linea di vista (LoS), consentendo una stima molto accurata del tempo di arrivo (ToA). L'introduzione di array di antenne con capacità di beamforming consentirà una stima accurata della direzione di arrivo (DoA).
Evoluzione degli standard e delle applicazioni
Il 3GPP (3rd Generation Partnership Project) si sta concentrando sul miglioramento non solo degli standard, ma anche sull'inclusione di nuove applicazioni dei servizi di localizzazione.
Ad esempio, le applicazioni di pubblica sicurezza saranno migliorate per includere la sicurezza dei primi soccorritori sul campo, calcolando i dati e la posizione dei loro wearable. La comunicazione da dispositivo a dispositivo, che può consentire ai dispositivi di determinare la loro posizione reciproca, sarà un altro caso d'uso per i veicoli autonomi.
La pubblicazione della prima serie di specifiche della Release 16 è prevista per giugno 2020 da parte del 3GPP. Un'istantanea delle considerazioni attuali è indicativa delle applicazioni e dei miglioramenti.
Tabella 1: Fonte 3GPP TR 22.872 V2.0.0 (2018-05)
