提供位置業(yè)務(wù)（LBS）的需要相應(yīng)的定位技術(shù)。定位技術(shù)主要有3類，即基于終端的定位技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)、基于終端-網(wǎng)絡(luò)混合的定位技術(shù)。基于終端的定位技術(shù)又稱移動臺自主定位技術(shù)，是指移動終端利用接收到的信號進行位置估算來進行終端定位，以GPS、GLONASS等技術(shù)為代表。基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)端測算移動終端發(fā)送的信號，并進行相應(yīng)的位置估算，這種定位方式可以基于現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。此外，還可以對兩種方案綜合實施，即基于終端和網(wǎng)絡(luò)的混合定位技術(shù)，如：網(wǎng)絡(luò)輔助的定位、終端輔助的定位、GPS輔助定位(Assist-GPS)等等。

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針對現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡(luò)，如果采用基于終端的定位方案或GPS輔助定位方案（混合定位方案），必須對現(xiàn)有的移動終端進行改動，增加必要的軟硬件設(shè)備，如集成GPS接收機，還必須通過空中接口將定位信息傳送回移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)。而基于網(wǎng)絡(luò)的定位方案只需對移動通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備作適當(dāng)擴充、改動，不需要對現(xiàn)有移動終端作任何改動，適用于現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)。

不同的移動定位技術(shù)原理都大致相同：即對信號的某種特征測量值的檢測，并采用一定的位置估計算法來確定位置。下面對基于終端、基于網(wǎng)絡(luò)、基于終端和網(wǎng)絡(luò)混合的常見定位技術(shù)進行介紹。

一、基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)

1、基于小區(qū)識別號（CELL-ID）的定位技術(shù)

在移動網(wǎng)絡(luò)中，用戶所屬的小區(qū)是被網(wǎng)絡(luò)所實時監(jiān)控的。在移動終端的位置更新、呼叫處理、短消息傳送以及切換等過程中，BSC會將用戶所在基站扇區(qū)的CELL-ID傳送給MSC，用這個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識可以確定手機終端的位置。通常，以此扇區(qū)中心的經(jīng)緯度來代表移動終端的位置。由于是利用基站的位置代表移動終端的位置，故其精確度與地面蜂窩基站的密度成正比。若是小區(qū)足夠小，則CELL-ID定位技術(shù)的精度就比較高。在城市中，由于基站比較密集，CELL-ID定位技術(shù)能夠滿足對精度要求較低位置服務(wù)的需求。在我國，移動運營商已基于CELL-ID定位技術(shù)開展了部分低精度位置業(yè)務(wù)。和其他定位技術(shù)相比，CELL-ID技術(shù)的優(yōu)缺點如下表1-1所示。

表1-1：CELL-ID技術(shù)的優(yōu)缺點

2、基于電波到達時間（TOA，Time Of Arrival）的定位技術(shù)

TOA定位技術(shù)的基本原理是：通過測出電波從移動終端傳播到多個基站的時間來確定移動終端的位置。若電波從移動終端到第i個基站的傳播時間為T，電波傳播速度為C，終端的位置坐標(biāo)為Xo，Yo，基站位置坐標(biāo)為Xi，Yi，則終端必定處在以Xi，Yi為圓心，以CT為半徑的圓上。在多個基站上進行上述計算，則移動終端的二維位置坐標(biāo)可由3個以上圓的相交點確定，從而確定Xo，Yo，其定位原理如圖1-2所示。利用TOA技術(shù)進行定位需要移動終端和參與定位基站之間的時間精確同步，并且在其發(fā)射信號中要包含發(fā)射時間標(biāo)記以便接收基站信號到達時間，從而確定信號所傳播的距離。一般來說，必須通過與在基站上安裝了GPS或原子鐘的移動網(wǎng)絡(luò)之間的同步來實現(xiàn)。利用TOA技術(shù)進行定位時無需對終端進行改動，相對于CELL-ID技術(shù)，其定位精度較高，但其實現(xiàn)需要對網(wǎng)元做一定修改。

圖1-2：TOA定位技術(shù)原理

3、基于電波到達時間差的TDOA (Time Difference Of Arrival)定位技術(shù)

TDOA定位技術(shù)的原理是通過檢測電波到達兩個基站的時間差，而不是由到達的絕對時間來確定移動終端的位置，因而降低了對時間的同步要求。移動終端位于以兩個基站為焦點的雙曲線方程上，確定移動終端的二維位置坐標(biāo)需要建立兩個以上雙曲線方程，雙曲線的交點即為終端的二維位置坐標(biāo)，其定位原理如圖1-3所示。由于這種定位技術(shù)不要求移動終端和基站之間的同步，故在誤差環(huán)境下性能相對優(yōu)越。它也是基于網(wǎng)絡(luò)的定位方案，優(yōu)點是精度較高，實現(xiàn)容易，但是，為了保證定時精度，也需要改造基站設(shè)備。

圖1-3：TDOA定位技術(shù)原理

二、基于終端的定位技術(shù)

基于終端的定位技術(shù)以GPS為代表，通過在終端中集成GPS接收機模塊，并改造手機天線，從而實現(xiàn)終端定位。GPS利用了離地面約2萬千米高的軌道上運行的24顆人造衛(wèi)星所發(fā)出的信號，通過三角測量的方法進行定位。在進行定位時，由于衛(wèi)星的位置精確可知，根據(jù)三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，組成3個方程式，解出GPS接收機的位置(X，Y，Z)。考慮到衛(wèi)星時鐘與接收機時鐘間的誤差，實際上存在4個未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要GPS接收機搜索空域中可用的4顆衛(wèi)星，形成4個方程式進行求解，從而得到GPS接收機的經(jīng)緯度和高程。如圖2-1所示。其算法如下,2-2所示，其中Xi，Yi，Zi是第i顆衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，dTi是第i顆衛(wèi)星已知的相對于標(biāo)準(zhǔn)GPS時鐘的偏差，pi是測量出的第i顆衛(wèi)星到GPS接收機的距離，dt是未知的GPS接收機與標(biāo)準(zhǔn)GPS時間的鐘差。

圖2-1：3顆衛(wèi)星決定二維位置，4顆衛(wèi)星決定三維位置

圖2-2：GPS算法

GPS定位精度可達到5~15m。其主要特點是定位精度高，各項參數(shù)能夠完全滿足系統(tǒng)需求，能夠滿足導(dǎo)航等高精度業(yè)務(wù)的需求。但在GPS接收機不知道自己的大概位置時，就必須搜索整個碼相位和頻率空間來尋找可用的衛(wèi)星。因而，對于獨立的GPS接收機，初始捕獲衛(wèi)星時間較長，不能滿足一些緊急應(yīng)用；另外，由于在室內(nèi)和有高層建筑遮擋的城市中無法搜索到有用衛(wèi)星，故在這些遮擋物下不能提供有效的定位服務(wù)。

三、基于終端和網(wǎng)絡(luò)混合的A-GPS技術(shù)

1、GPS的定位技術(shù)的不足

基于GPS的定位技術(shù)存在大量問題，下表3-1給出了3個較為突出的問題，這些問題的根本原因在于：GPS要對全球所有的GPS衛(wèi)星進行搜索，自然會出現(xiàn)時間長、耗電等問題。

表3-1：GPS定位技術(shù)的突出問題

2、A-GPS技術(shù)介紹

為解決GPS定位技術(shù)的這些弱點，采用A-GPS技術(shù)能滿足對即時定位要求較高的高精度位置業(yè)務(wù)（如緊急呼叫等）的需求。A-GPS技術(shù)是一種結(jié)合了基站信息和GPS信息對移動終端進行定位的技術(shù)。該技術(shù)的原理是：利用了移動網(wǎng)本身的粗定位功能，在有限的范圍內(nèi)根據(jù)GPS網(wǎng)絡(luò)尋找衛(wèi)星進行同步，從而達到快速的、高精度的定位。要實現(xiàn)A-GPS定位技術(shù)一般需要建立一個GPS參考網(wǎng)絡(luò)(廣域差分GPS網(wǎng)絡(luò))，該參考網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)相連，實時提供相關(guān)的衛(wèi)星信息。GPS參考網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般由3部分組成：GPS參考接收站、網(wǎng)關(guān)、管理平臺等。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般如圖3-2所示。

圖3-2：參考網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

參考網(wǎng)絡(luò)中的GPS接收器連續(xù)運行，時刻搜索本空域中的GPS衛(wèi)星，接收并向網(wǎng)絡(luò)提供以下數(shù)據(jù)：衛(wèi)星可見性、衛(wèi)星初始段的星歷、當(dāng)前衛(wèi)星星歷、多普勒參數(shù)、偽距、載波相位及導(dǎo)航信息等。GPS參考接收站中的GPS天線及接收器用于接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，GPS參考接收站的路由器將相關(guān)衛(wèi)星數(shù)據(jù)封裝成IP包；網(wǎng)關(guān)用于接收GPS參考接收站傳來的IP包，并從中分離出單個衛(wèi)星數(shù)據(jù)包，再廣播到管理平臺的相關(guān)數(shù)據(jù)管理部分；管理平臺獲取移動終端服務(wù)區(qū)上空所有可見衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，并提供給位置業(yè)務(wù)平臺，位置業(yè)務(wù)平臺獲取相關(guān)數(shù)據(jù)后，根據(jù)目前移動終端的大概位置(在A-GPS定位中，終端的粗精度位置一般是通過CELL-ID定位方式來確定)，提供天文歷書和GPS星歷數(shù)據(jù)給移動終端，并為非同步系統(tǒng)提供時間恢復(fù)計算(CDMA系統(tǒng)不需要該計算)，確定時間偏置，觀察衛(wèi)星的運行狀況等。此外，支持A-GPS定位技術(shù)的終端需增加GPS天線、無線射頻變頻電路、數(shù)字信號處理器及相應(yīng)的軟件來完成接收到的GPS信號的相關(guān)運算與邏輯。其具體流程如下表3-2所示。

表3-2：參考網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)流程

3、A-GPS技術(shù)的分類

根據(jù)最終位置信息是由終端計算出還是由網(wǎng)絡(luò)計算出，A-GPS技術(shù)又分為以終端為主(MSB，MS-BASED)、以終端為輔(MSA，MS-ASSISTED)的兩種方式，MSB方式是終端計算位置信息，并傳送給位置業(yè)務(wù)平臺，此方式和GPS技術(shù)相比，僅在初始搜星時用到網(wǎng)絡(luò)側(cè)提供的GPS輔助信息，加快手機搜星過程，故這種方式對終端的要求較高，需要終端具有較強大的A-GPS功能模塊。MSA方式是手機完成定位相關(guān)計算數(shù)據(jù)的測量，并交于位置業(yè)務(wù)平臺處理來完成最后的位置信息計算，由于位置信息的計算不在終端內(nèi)完成，這種方式對終端A-GPS功能模塊的要求較低。在導(dǎo)航等需實時計算位置信息的應(yīng)用中，通常采用MSB方式。A-GPS又有控制平面(Control-plane)和用戶平面(User-plane)兩種基本的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，控制平面方式是指衛(wèi)星信號信息在GSM網(wǎng)絡(luò)上傳送，此時，位置業(yè)務(wù)平臺、核心網(wǎng)設(shè)備、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、終端等需進行相應(yīng)的軟硬件升級；用戶平面方式是衛(wèi)星信號信息在分組網(wǎng)絡(luò)上傳送，只需位置業(yè)務(wù)平臺、終端做相應(yīng)的軟硬件升級，相比控制平面方式較節(jié)省投資。OMA的SUPL (Secured User Plane Location) A-GPS定位標(biāo)準(zhǔn)即采用這種方式，并且，SUPL協(xié)議較好地集成了CELL-ID技術(shù)，在GPS信號強度較弱時，可自動切換到CELL-ID定位方式。

四、小結(jié)

表4-1是我們對上述的各項定位技術(shù)進行的優(yōu)缺點匯總。由表4-1可以看出，隨著定位精度的逐漸提高，對網(wǎng)絡(luò)和終端所進行的改動量也逐漸變大，針對當(dāng)前所要求的應(yīng)用，需要在付出代價與獲得價值之間作出權(quán)衡。從精度角度而言，沒有最好的技術(shù)，只有最合適的技術(shù)。

表4-1：幾種定位方法的比較

其實，上述幾種定位方法是基本的方法，結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)，可以組成更多的定位方法。基于陸地移動無線通信系統(tǒng)，尤其是2G、3G和4G的各種移動通信系統(tǒng)所支持的更多定位技術(shù)詳見下表4-2；表4-3給出了有關(guān)定位技術(shù)的中英文對照。

表4-2：各種移動通信系統(tǒng)所支持的各種定位技術(shù)

表4-3：有關(guān)定位技術(shù)的中英文對照

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