Positioning Enhancements in 5G-Advanced Networks

Abstract

Työn tarkoituksena on tehdä katsaus uusiin paikannusmenetelmiin 5G-Advanced verkoissa, niiden ominaisuuksiin ja tulevaisuuden kehityksen kohteisiin. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Paikannuksen tarpeet ja mahdollisuudet kehittyvät teknologian kehityksen mukana ja niiden täytyy huomioida monenlaisia käyttötarkoituksia ja -ympäristöjä. Perinteisten paikannusmenetelmien tarkkuus ei enää riitä, jolloin on täytynyt kehitellä uusia menetelmiä, joilla voidaan saavuttaa tarkempi paikannustarkkuus. Samalla esimerkiksi laitteiden virrankulutukseen tai kokoon liittyvät rajoitukset määrittelevät paikannuksen rajoja. Työssä käsitellään 5G-Advanced paikannusta 3GPP:n Release 18 -standardisoinnin kannalta, jossa on esitelty viisi uutta paikannusmenetelmää: carrier phase- paikannus, sidelink- paikannus, RedCap- paikannus, kaistanleveyden yhdistäminen sekä vähävirtaiset korkean tarkkuuden paikannuskäyttötapaukset (LPHAP). Näistä työssä on keskitytty kolmeen ensimmäiseen, sillä ne tarjoavat merkittäviä parannuksia paikannukseen. Carrier phase -paikannus perustuu kantoaallon vaiheen mittaukseen ja se on ollut käytössä jo GNSS verkoissa. Sidelink -paikannus taas on kahden päätelaitteen välistä suoran yhteyden perusteella tehtävää paikannusta ilman tukiasemaa tai sen avustuksella. RedCap -laitteet ovat yksinkertaisempia laitteita, joiden paikannustarkkuus on rajoittunut kaistanleveyden kapeuden seurauksena. Tästä syystä on täytynyt kehittää uusi menetelmä, taajuushyppely, jolla kaistanleveyttä voidaan keinotekoisesti kasvattaa. Kirjallisuuden havaintojen mukaan carrier phase -paikannus tarjoaa jopa alle senttimetrin paikannustarkkuuden, ainakin simuloiduissa tilanteissa. Sidelink -paikannuksen tulokset ovat hyvin vaihtelevia ja sen vastaanotto on tästä syystä vaihtelevaa. RedCap -paikannustarkkuus on simuloiduissa tilanteissa riittävää. Kaikissa kolmessa menetelmässä on vielä paljon tutkittavaa, etenkin sillä tutkimukset ovat pääasiassa simulaatioita.

The purpose of this thesis is to provide an overview of new positioning methods in 5G-Advanced cellular networks, their characteristics, and future development areas. This study was conducted as a literature review. The needs and possibilities of positioning evolve alongside technological advancements and must consider a wide variety of use cases and environments. The accuracy of traditional positioning methods is no longer sufficient, necessitating the development of new methods capable of achieving higher positioning accuracy. At the same time, limitations related to factors such as device power consumption or size define the boundaries of positioning. This paper discusses 5G-Advanced positioning in the context of the 3GPP Release 18 standardization, which introduces five new positioning methods: carrier phase positioning, sidelink positioning, RedCap positioning, bandwidth aggregation, and low-power high-accuracy positioning (LPHAP) use cases. This study focuses on the first three, as they offer considerable conceptual enhancements for positioning and have been extensively researched. Carrier phase positioning is based on measuring the carrier phase and has already been in use in GNSS networks. Sidelink positioning, on the other hand, is positioning based on a direct connection between UEs, either without a base station or with its assistance. RedCap devices are simpler devices whose positioning accuracy is limited due to the narrow bandwidth. For this reason, a new method—frequency hopping—has been utilized to artificially increase the bandwidth. According to findings in the literature, carrier phase positioning offers positioning accuracy of less than centimetre, at least in simulated scenarios. Sidelink positioning results vary widely, and reception is therefore inconsistent. RedCap positioning accuracy is sufficient in simulated scenarios. There is still much to be studied in all three methods, especially since the research consists mainly of simulations.