Contexte
Au début de l'ère mobile, les opérateurs de réseaux mobiles (ORM) devaient connaître la position de l'appareil mobile afin d'acheminer l'appel vers une station de base spécifique à laquelle l'appareil était connecté.
En 1999, les autorités réglementaires américaines ont imposé des exigences de positionnement de haute précision pour faciliter les services d'urgence. Depuis lors, chaque génération successive de technologie cellulaire s'est développée et a évolué pour fournir une localisation précise avec différentes combinaisons d'infrastructures fixes et mobiles de l'ORM ainsi que des sources externes telles que le système de positionnement global (GPS) et le Wi-Fi. Toutefois, au niveau de base, le principal cas d'utilisation a toujours été la localisation de l'appelant en détresse lors d'une situation d'urgence.
"Les centres de réception des appels de sécurité publique (PSAP) ont la possibilité de se connecter à d'autres technologies telles que les appareils/capteurs, les villes intelligentes, la télématique des véhicules et les alarmes automatisées."
Projet 43 de l'APCO : "Broadband Implications for Public Safety" (Implications de la large bande pour la sécurité publique)
Une nouvelle demande
Le besoin de connectivité à grande vitesse est désormais couplé au besoin de positionnement de haute précision. À cela s'ajoute la pénétration rapide de l'internet des objets (IoT), des dispositifs/capteurs qui sont non seulement capables de fournir des données mais aussi des informations de localisation. Les ORM doivent donc relever le défi de fournir non seulement une localisation très précise pour les services d'urgence, mais aussi de perturber et de monétiser leurs marchés d'entreprise grâce à des services innovants basés sur la localisation.
La 5G est intrinsèquement une architecture basée sur les services qui vise à fournir des services en fonction des besoins de l'utilisateur. La technologie fournit une connectivité à faible latence à la pléthore d'appareils/capteurs qui sont entrés dans notre écosystème aujourd'hui. Cela ouvre la porte à l'amélioration de l'application de sécurité publique existante et à l'introduction de nouveaux services basés sur la localisation avec un positionnement absolu et relatif avec un certain degré de confiance.
L'avantage technologique de la 5G
Traditionnellement, les systèmes 4G LTE utilisent des signaux en liaison montante et descendante pour déterminer la position des appareils finaux par rapport aux antennes du réseau mobile. Les procédures habituelles sont l'identification cellulaire améliorée (E-CID) et la différence de temps d'arrivée (TDoA).
Dans le cadre de l'E-CID, les appareils finaux surveillent leur proximité par rapport à plusieurs stations de base, en mesurant l'intensité du signal et le temps de propagation approximatif jusqu'à l'appareil. En combinant ces observations, une meilleure estimation de la position de l'appareil est calculée.
La TDoA est une méthode de multilatération dans laquelle l'appareil final mesure la différence de temps entre certains signaux spécifiques provenant de plusieurs stations de base et signale ces différences de temps à un appareil spécifique du réseau afin de déterminer la position.
Pour répondre aux exigences de communication (vitesse plus élevée, faible latence, plus d'appareils, connectivité IoT), les réseaux 5G fonctionneront avec des bandes passantes plus larges à des fréquences plus élevées puisque le spectre libre est situé à de telles fréquences (mm Wave au-dessus de 24 GHz en plus de sub 6 GHz).
Dans les zones urbaines, les effets de trajets multiples (signaux empruntant des chemins différents et arrivant à des moments différents) entraînent des résultats erronés dans le calcul de la durée du signal. Les signaux à plus grande largeur de bande contribueront à résoudre ce problème, car ils auront un temps plus court. En outre, un plus grand nombre de stations de base permettra de maintenir la couverture, car les signaux à haute fréquence sont plus sujets aux pertes dues à la propagation. Cette densification du réseau augmentera la ligne de visée, ce qui permettra une estimation très précise du temps d'arrivée (ToA). L'introduction de réseaux d'antennes avec des capacités de formation de faisceaux permettra une estimation précise de la direction d'arrivée (DoA).
Évolution des normes et des applications
Le 3GPP (projet de partenariat detroisième génération) se concentre sur l'amélioration non seulement des normes, mais aussi des nouvelles applications des services de localisation.
Par exemple, les applications de sécurité publique seront améliorées pour inclure la sécurité des premiers intervenants sur le terrain en calculant les données et la localisation de leurs appareils portables. La communication d'appareil à appareil, qui peut permettre aux appareils de déterminer leur position les uns par rapport aux autres, constituera un autre cas d'utilisation pour les véhicules autonomes.
La première série de spécifications de la version 16 devrait être publiée en juin 2020 par le 3GPP. Un aperçu des considérations actuelles donne une idée des applications et des améliorations.
Tableau 1 : Source 3GPP TR 22.872 V2.0.0 (2018-05)
