GNSS je systém satelitních konstelací, který poskytuje uživatelským zařízením globální služby určování polohy, navigace a času, což umožňuje služby založené na poloze, lokalizaci volajícího v nouzových případech a síťově asistované určování polohy v mobilních sítích.

Popis

Globální navigační satelitní systém (GNSS) je obecný termín zahrnující všechny satelitní systémy pro určování polohy, včetně GPS (USA), Galileo (EU), GLONASS (Rusko) a BeiDou (Čína). Ve specifikacích 3GPP je GNSS integrován jako klíčová metoda pro stanovení geografické polohy uživatelského zařízení (UE). Architektura zahrnuje UE obsahující GNSS přijímač schopný zpracovávat signály z jedné nebo více satelitních konstelací. Síť může tento proces asistovat prostřednictvím řídicích nebo uživatelských protokolů pro určování polohy, jako je LTE Positioning Protocol (LPP) nebo Secure User Plane Location (SUPL), poskytováním pomocných dat, jako jsou efemeridy, almanach a přibližná poloha, aby se snížil čas do prvního určení polohy (TTFF) UE a zlepšila se přesnost.

Základní fungování spočívá v tom, že UE měří čas příchodu signálů z více viditelných satelitů. Výpočtem doby šíření signálu a znalostí poloh satelitů (z dekódovaných nebo sítí poskytnutých navigačních zpráv) může UE vypočítat svou vlastní trojrozměrnou polohu a přesný čas pomocí trilaterace. Mezi klíčové komponenty patří samotné satelitní konstelace, GNSS přijímač a anténa UE a síťové prvky, jako je Location Management Function (LMF) v 5GC nebo Enhanced Serving Mobile Location Centre (E-SMLC) v EPS, které spravují relaci určování polohy a výpočty.

Určování polohy pomocí GNSS v 3GPP podporuje více režimů: samostatný (UE funguje nezávisle pouze pomocí satelitních signálů), asistovaný UE (UE odesílá měření síti pro výpočet polohy) a na UE založený (UE vypočítává svou vlastní polohu, případně s využitím síťových pomocných dat). Jeho role je klíčová pro nouzové služby (např. E911/E112), služby založené na poloze, zákonný odposlech, optimalizaci sítě (např. pro správu mobility) a různé IoT aplikace vyžadující sledování majetku. Specifikace podrobně popisují požadavky na výkon (přesnost, citlivost), testování a integraci s technologiemi radiového přístupu od UMTS po 5G NR.

K čemu slouží

Primárním účelem integrace GNSS do standardů 3GPP je poskytnout spolehlivou, globálně dostupnou metodu pro určení polohy UE. Tím se řeší regulatorní požadavky na lokalizaci volajícího v nouzových případech (např. FCC E911 v USA, E112 v EU), které vyžadují, aby mobilní sítě poskytovaly přesnou polohovou informaci pro nouzová volání. Také umožňuje rozsáhlý ekosystém komerčních služeb založených na poloze (LBS), jako je navigace, správa vozového parku a aplikace využívající polohu, což vytváří nové zdroje příjmů pro operátory.

Historicky měly metody určování polohy založené pouze na buňkách, jako je Cell-ID, Enhanced Cell-ID a Observed Time Difference of Arrival (OTDOA), omezení v přesnosti, zejména ve venkovských oblastech nebo oblastech s řídkým pokrytím buněk. GNSS poskytuje lepší venkovní přesnost, často až na několik metrů, a tuto mezeru zaplňuje. Jeho zařazení počínaje 3GPP Release 7 formalizovalo podporu pro asistovaný GNSS (A-GNSS), který využívá síť k doručování pomocných dat do UE, což ve srovnání se samostatným provozem GNSS výrazně zlepšuje počáteční výkon (TTFF), citlivost (umožňuje určení polohy i při slabších signálech) a výdrž baterie UE.

Motivace přesahovala rámec compliance a služeb až k optimalizaci sítě a novým případům užití. Přesná poloha napomáhá při správě rádiových zdrojů, rozhodování o předávání hovorů a plánování sítě. Pro pozdější technologie jako V2X a IoT jsou přesné načasování a určování polohy založené na GNSS zásadní. Vývoj směrem k podpoře více konstelací (multi-GNSS) a hybridního určování polohy (kombinace GNSS s pozemskými signály) v následujících vydáních byl hnut potřebou zlepšit dostupnost, odolnost v městských kaňonech a ještě vyšší přesnost pro pokročilé aplikace, jako je autonomní řízení a průmyslová automatizace.

Klíčové vlastnosti

• Podpora více satelitních konstelací (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou)
• Síťově asistovaný provoz (A-GNSS) pro zlepšení času do prvního určení polohy (TTFF) a citlivosti
• Více režimů určování polohy: Samostatný, asistovaný UE a na UE založený
• Integrace s 3GPP řídicími (LPP) a uživatelskými (SUPL) protokoly pro určování polohy
• Specifikace požadavků na výkon (např. přesnost, citlivost) pro testování shody
• Podpora hybridního určování polohy kombinujícího GNSS s pozemskými měřeními (např. OTDOA, WLAN)

Související pojmy

• A-GNSS – Assisted Global Navigation Satellite Systems
• LPP – LTE Positioning Protocol
• LMF – Location Management Function
• OTDOA – Observed Time Difference Of Arrival

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TS 22.071 (Rel-19) — 3GPP TS 22.071: Location Services (LCS) Stage 1
• TR 22.867 (Rel-18) — Study on 5G Smart Energy and Infrastructure
• TR 22.889 (Rel-17) — FRMCS Study; Stage 1
• TR 22.989 (Rel-20) — FRMCS Analysis and Requirements
• TS 23.271 (Rel-19) — LCS Stage 2 Specification
• TR 23.744 (Rel-17) — Location Enhancements for Mission Critical Services
• TS 25.172 (Rel-19) — A-GANSS UE Minimum Performance Requirements (FDD)
• TS 25.173 (Rel-19) — A-GANSS Performance Requirements (TDD)
• TS 25.215 (Rel-19) — UTRA FDD Measurement Definitions
• TS 25.302 (Rel-19) — UTRA Physical Layer Services
• TS 25.305 (Rel-19) — UTRAN UE Positioning Stage 2
• TS 25.331 (Rel-19) — UTRAN RRC Protocol Specification
• TS 25.423 (Rel-19) — UTRAN RNSAP Specification
• TS 25.433 (Rel-19) — Node B Application Part (NBAP) Protocol
• … a dalších 46 specifikací

📖 Anglický originál a plná specifikace: GNSS na 3GPP Explorer