移动定位技术及其应用

□　徐啸涛　李金燕
　　移动通信发展到今天，最能体现它勃勃生机的地方就是其丰富多彩的数据业务和增值业务，而移动定位业务正是其中的一种增值业务。据预测，到2004年，在各种移动通信业务用户数排名中，定位业务用户数将仅次于语音业务位居第二，高于E-mail、移动电子商务、移动银行等增值业务。因此，无线定位技术将成为第三代移动通信系统中的一个重要支撑技术。
一、几种常用的移动定位技术

　　1． 起源蜂窝小区COO(Cell Of Origin)定位技术

　　起源蜂窝小区定位技术是最简单的一种定位方式，它根据移动台所处的小区识别号ID来确定用户的位置。移动台在当前小区注册后，在系统的数据库中就会有相对应的小区ID号。只要系统能够把该小区基站设置的中心位置（在当地地图中的位置）和小区的覆盖半径广播给小区范围内的所有移动台，这些移动台就能知道自己处在什么地方，查询数据库即可获取位置信息。起源蜂窝小区技术是基于网络的定位方案，它的优点是无需对网络和手机进行修改，响应时间短。但是，由此导致的缺点是精度较差。

　　2． 角度到达AOA(Arrival Of Angle)定位技术

　　该技术根据信号到达的角度，确定移动台相对于基站的角度关系，只要测量一个移动台距两个基站的信号到达角度，就可以确定出移动台的位置。信号到达角度测量需要定向天线，虽然理论上这种测量在基站和移动台都可以进行，但为了保证轻便性，并不适宜在移动终端上使用。角度到达定位技术是基于网络的定位方案，优点是改善了天线增益模式和话音质量，可以在话音信道上工作，不需要高精度的系统定时。但它的缺点是需要复杂的天线，易出现定位盲点，实施成本较高。

　　3． 抵达时间TOA(Time Of Arrival)定位技术

　　抵达时间定位方法是基于测量信号从移动台发送出去并到达消息测量单元（3个或更多）的时间来定位的。移动台位于以基站为圆心、移动台到基站的电波传播距离为半径的圆上。在多个基站进行上述计算，则移动台的二维位置坐标可由3个圆的交点确定。这种定位技术要求接收信号的基站、移动台知道信号的开始传输时刻，但是，与下面要介绍的增强型观测时间差定位技术E-OTD不同的是，它没有使用位置测量单元，因此，必须通过与在基站上安装了全球卫星定位系统（GPS）或原子钟的无线网络之间的同步来实现。抵达时间定位技术是基于网络的定位方案，优点是使用现有的CDMA网络，在市区提供的定位精度较好。缺点是要求精确的时间同步，要用时间戳区分信号发出时间，且响应时间较长。

　　4． 抵达时间差异TDOA(Time Difference Of Ar*9鄄rival)定位技术

　　抵达时间差异定位技术是通过检测信号到达两个基站的时间差，而不是到达的绝对时间来确定移动台位置的，这降低了对时间的同步要求。移动台定位于以两个基站为焦点的双曲线方程上。确定移动台的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程，两条双曲线即为移动台的二维位置坐标。在实际应用中，通常采用最小均方误差算法，通过使非线性误差函数的平方和取得最小这一非线性最优化来估计移动台位置。由于这种定位技术不要求移动台和基站之间的同步，因此在误差环境下性能相对优越，在蜂窝通信系统的定位技术中备受关注。它也是基于网络的定位方案，优点是精度较高，实现容易。缺点是为了保证定时精度，需要改造基站设备。

　　5．增强型观测时间差E-OTD(Enhanced-Ob*9鄄served Time Difference)定位技术

　　增强型观测时间差定位技术是基于观测时间差OTD技术发展出来的。其实现原理是，手机对服务小区基站和周围几个基站进行测量，算出测量数据之间的时间差，并用此计算用户相对于基站的位置。观测时间差OTD的测量方法可以用于同步、一般和伪同步网络中。增强型观察时间差定位技术在终端上实现定位，仅需要使用软件计算而不需要增加任何硬件设备。为了在终端不处理呼叫（IDLE）模式和终端处理呼叫专用模式下运行这种定位算法，终端必须有足够的处理能力和存储容量。增强型观察时间差定位技术是基于网络的定位方案，是目前使用最多的技术，也是欧洲电信标准化组织（ETSI）建议使用的主要技术，ETSI已经对它做了相应的规定。

　　6．辅助全球卫星定位系统A-GPS（Assistant-Global Positioning System）定位技术

　　　全球卫星定位系统GPS是非常成熟的技术，它与通信网结合，将实现一种精度高、速度快的定位方式———辅助全球卫星定位系统。它的基本思想是，建立一个全球卫星定位系统参考网络，该网络与移动通信网相连，通信网的移动台内置一个全球卫星定位系统接收机。通信网将GPS参考网络产生的辅助数据如差分校正数据、卫星运行状况传送给移动台，再将通信网数据库中移动台的近似位置或小区基站位置传送给移动台。移动台得到这些信息后，根据自己所处的近似位置和当前的卫星状况，可以很快地捕获到卫星信号，时间可以缩短到几秒，大大减少了定位响应时间。辅助全球卫星定位系统是基于移动台的定位方案，在精度和响应时间上都占有优势，因此应用很广泛。但它需要对移动台进行调整，需要新型的手机，网络也要做相应的调整，不适用紧急救援定位。

二、移动定位的应用

　　无线定位技术为移动通信开辟了更大的发展空间，提供了更多的商机。无线网络运营商提供的位置服务可以包括从安全服务到付账、信息追踪、导航、数据/视频集成产品等方方面面。目前，第三代移动通信系统已进入最后的开发阶段，蜂窝定位依靠第三代移动通信系统的体系结构和传输的信息实体实现移动台的位置估计，有着十分广阔的应用前景，具体可概括为以下几个方面。

　　1． 安全方面———紧急救援和求助

　　移动的不确定性给人们的安全带来了一定的威胁。随着活动范围的扩大，这种威胁也越来越大。因此，危险情况下的紧急求援就显得尤为重要。只要用户的手机支持移动定位业务，用户就可以拨打救援中心的电话，如中国的110、美国的911、日本的411电话。移动通信网络在将该紧急呼叫发送到救援中心的同时，会自动支持移动定位业务的网元，将该位置信息和用户的语音信息一并传送给救援中心。救援中心接到呼叫后，根据得到的位置信息，就能快速、高效地开展救援活动，大大提高成功率。按照美国联邦通信委员会（FCC）的要求，美国所有基于网络的定位业务在2002年10月1日前全部实现150m的精度。

　　2. 追踪方面———汽车导航、车辆追踪、舰队追踪

　　在人口密集的大城市里，交通阻塞的问题急待解决，对车辆导航、智能交通的要求越来越迫切。为此发展出了智能交通系统ITS。而自动车辆定位系统AVLS是智能交通系统的核心，将实现动态交通流分配、定位导航、事故应急、安全防范、车辆追踪、车辆调度等功能。利用蜂窝定位系统实现的自动车辆定位系统将定位、通信、计算机信息处理与控制等构成一个有机整体，有利于多种信息的融合，并且在城市覆盖和灵活方便的漫游管理等方面具有优势。

　　3． 计费方面———基于位置和事件的计费系统

　　基于用户位置的灵活计费系统将是未来移动电话运营商拓展业务、吸引客户的重要手段。现在常用的收费标准有两种：一是按移动电话使用的频率收费；二是按移动电话使用的通信时段收费。随着移动电话定位业务的实现，又可以增加一种新型的收费方式，即按移动电话的使用位置收费。用户在家里或办公室使用移动电话，因为移动性低，收取的费用就低；在所属城市或某一固定区域内移动通话，收费将接近于现行标准；而进行大范围漫游时，将要支付较高的费用。

　　4． 网络性能方面———移动性管理及系统优化设计

　　对于通信网本身来说，移动台位置信息也是非常重要的。通信网的移动性管理一直是网络的难点问题，主要原因是移动台位置的不确定性。如果网络知道移动台的精确位置，进行移动性管理就变得相对简单了，同时也有助于对移动台进行有效的信道分配，实现网络资源动态、智能分配，使无线资源的利用率更高。

　　5． 其他方面———移动黄页查询、防止手机盗打

　　移动互联网技术与移动定位业务相结合，可以轻而易举地实现移动黄页查询。移动网络首先定位出用户所处的位置，然后再根据互联网提供的信息选出用户所在地的相关信息，供用户查询。移动电话定位业务的开展，对制止移动电话的盗打非常有利。电信运营部门在发现盗打号码后，可以不必禁止移动电话的使用，而利用无线网络自动记录盗打的准确时间和地点，从而为司法部门执法提供最有力的证据。

----《现代通信》