WCDMA系統(tǒng)中的移動(dòng)定位技術(shù)
2019-11-03 09:20:04
供稿：網(wǎng)友
3G除了在帶寬方面比2G有了明顯的提高之外，還可以支持更加豐富的移動(dòng)增值業(yè)務(wù)。其中移動(dòng)定位業(yè)務(wù)就是其中之一。僅在WCDMA系統(tǒng)中，就有三種主要技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)定位。包括基于CELLID(小區(qū)識(shí)別)的定位技術(shù)、OTDOA(ObservedTimeDifferenceOfArrival)定位技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS定位技術(shù)。
基于CELLID的定位技術(shù)
基于CELLID的定位技術(shù)是一種最基本的定位方法，適用于所有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。它不需要移動(dòng)臺(tái)提供任何定位測(cè)量信息，也無須對(duì)現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行改動(dòng)，只要在網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加簡(jiǎn)單的定位流程處理即可，因而最容易實(shí)現(xiàn)。目前這種定位技術(shù)已經(jīng)在各移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用。它的定位原理很簡(jiǎn)單：網(wǎng)絡(luò)根據(jù)移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前服務(wù)基站的位置和小區(qū)覆蓋來定位移動(dòng)臺(tái)。若小區(qū)為全向小區(qū)，則移動(dòng)臺(tái)的位置是以服務(wù)基站為中心，半徑為小區(qū)覆蓋半徑的一個(gè)圓內(nèi)；若小區(qū)分扇區(qū)，則可以進(jìn)一步確定移動(dòng)臺(tái)處于某扇區(qū)覆蓋的范圍內(nèi)。
顯而易見，這種定位方法的精度完全取決于移動(dòng)臺(tái)所處小區(qū)的大小，從幾百米到幾十公里不等。在農(nóng)村地區(qū)，小區(qū)的覆蓋范圍很大，所以CELL-ID的定位精度很差。而城區(qū)環(huán)境的小區(qū)覆蓋范圍較小，一般小區(qū)半徑在1～2km，對(duì)于繁華的城區(qū)，有可能采用微蜂窩，小區(qū)半徑可能到幾百米，此時(shí)CELL-ID的定位精度將相應(yīng)提高為幾百米。
由于CELL-ID定位不需要移動(dòng)臺(tái)的定位測(cè)量，并且空中接口的定位信令傳輸很少，所以定位響應(yīng)時(shí)間較短，一般在3s以內(nèi)。
OTDOA技術(shù)
OTDOA(ObservedTimeDifferenceOfArrival)是一種應(yīng)用于3G網(wǎng)絡(luò)下的定位方式。在GSM網(wǎng)絡(luò)中也有類似的定位方法，稱為E-OTD(EnhancedObservedTimeDifference)。這種定位方法的基本原理是：移動(dòng)臺(tái)測(cè)量不同基站的下行導(dǎo)頻信號(hào)，得到不同基站下行導(dǎo)頻的TOA(TimeofArrival，到達(dá)時(shí)刻)，即所謂的導(dǎo)頻相位測(cè)量。根據(jù)該測(cè)量結(jié)果并結(jié)合基站的坐標(biāo)，采用合適的位置估計(jì)算法，就能夠計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)的位置。實(shí)際的位置估計(jì)算法需要考慮多基站(3個(gè)或3個(gè)以上)定位的情況，因此算法要復(fù)雜很多。一般而言，移動(dòng)臺(tái)測(cè)量的基站數(shù)目越多，測(cè)量精度越高，定位性能改善越明顯。
使用這種方法，需要移動(dòng)臺(tái)所測(cè)量的基站同時(shí)發(fā)出下行導(dǎo)頻信號(hào)。因此，網(wǎng)絡(luò)中的所有基站必須實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。一般可通過在基站安裝GPS接收機(jī)或連接到時(shí)間同步網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)基站的同步。
OTDOA的定位精度相比CELLID方法要高，但它的精度受到環(huán)境的影響，在郊區(qū)和農(nóng)村可以將移動(dòng)臺(tái)定位在10～20米范圍內(nèi)；在城區(qū)由于高大建筑物較多，電波傳播環(huán)境不好，信號(hào)很難直接從基站到達(dá)移動(dòng)臺(tái)，一般要經(jīng)過折射或反射，下行導(dǎo)頻信號(hào)的TOA也就出現(xiàn)了誤差，因此定位精度會(huì)受到影響，定位范圍為100～200米。一般情況OTDOA定位響應(yīng)時(shí)間在3～6s之間。
網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS定位
A-GPS(AssistedGlobalPositioningSystems)是網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS定位的簡(jiǎn)稱，這種方法需要網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)臺(tái)都能夠接收GPS信息。它的基本原理是：網(wǎng)絡(luò)向移動(dòng)臺(tái)提供輔助GPS信息，包括GPS偽距測(cè)量的輔助信息(例如GPS捕獲輔助信息、GPS定位輔助信息、GPS靈敏度輔助信息、GPS衛(wèi)星工作狀況信息等)和移動(dòng)臺(tái)位置計(jì)算的輔助信息(例如GPS歷書以及修正數(shù)據(jù)、GPS星歷、GPS導(dǎo)航電文等)，利用這些信息，移動(dòng)臺(tái)可以很快捕獲衛(wèi)星并接收到測(cè)量信息，然后將測(cè)量信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的定位服務(wù)中心，由它計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)當(dāng)前所處的位置。由于位置計(jì)算是在網(wǎng)絡(luò)上完成的，移動(dòng)臺(tái)的GPS接收實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度大大降低，并能夠降低功耗。
在開闊的環(huán)境中，如城郊或鄉(xiāng)村，多徑和遮擋是可以忽略的，A-GPS的定位精度能夠達(dá)到10m左右甚至更優(yōu)；如果移動(dòng)臺(tái)處于城區(qū)環(huán)境，無遮擋并且多徑不嚴(yán)重，定位精度將在30～70m之間；如果移動(dòng)臺(tái)在室內(nèi)或其他多徑和遮擋嚴(yán)重的區(qū)域，此時(shí)移動(dòng)臺(tái)難以捕獲到足夠的衛(wèi)星信號(hào)，A-GPS將無法完成定位，這是它的最大局限性。
與前兩種定位技術(shù)相比，A-GPS定位方法的響應(yīng)時(shí)間稍長(zhǎng)，在冷啟動(dòng)情況下，A-GPS的定位響應(yīng)時(shí)間為10s～30s；在正常工作狀態(tài)下，響應(yīng)時(shí)間為3～10s之間。
以上介紹的是WCDMAR99中規(guī)定的三種基本定位技術(shù)，它們可以在不同情況下使用，基于CELLID的定位方法可以在定位精度要求較低時(shí)使用；OTDOA方法可以在定位精度要求較高并且終端和網(wǎng)絡(luò)無GPS接收裝置時(shí)使用；而網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位方法則適宜定位精度要求高且終端和網(wǎng)絡(luò)有GPS接收裝置時(shí)使用。另外，這幾種方法可以同時(shí)混合使用，以彌補(bǔ)彼此的不足。例如同時(shí)使用CELL-ID和OTDOA技術(shù)，就可以在農(nóng)村和密集城區(qū)獲得較好的定位效果。在WCDMA網(wǎng)絡(luò)商用初期，多數(shù)終端沒有GPS設(shè)備，而且定位業(yè)務(wù)種類不豐富，網(wǎng)絡(luò)將主要利用前兩種方法提供定位業(yè)務(wù)；隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和成熟，網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS定位技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)有所增加，網(wǎng)絡(luò)將同時(shí)使用多種定位技術(shù)在不同情況下為不同的應(yīng)用和不同的用戶提供定位服務(wù)。
摘自《人民郵電報(bào)》
