移動定位技術及其應用

2019-11-03 09:28:25

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供稿：網友

□　徐嘯濤　李金燕　　移動通信發展到今天，最能體現它勃勃生機的地方就是其豐富多彩的數據業務和增值業務，而移動定位業務正是其中的一種增值業務。據預測，到2004年，在各種移動通信業務用戶數排名中，定位業務用戶數將僅次于語音業務位居第二，高于E-mail、移動電子商務、移動銀行等增值業務。因此，無線定位技術將成為第三代移動通信系統中的一個重要支撐技術。

一、幾種常用的移動定位技術

　　1．起源蜂窩小區COO(Cell Of Origin)定位技術

　　起源蜂窩小區定位技術是最簡單的一種定位方式，它根據移動臺所處的小區識別號ID來確定用戶的位置。移動臺在當前小區注冊后，在系統的數據庫中就會有相對應的小區ID號。只要系統能夠把該小區基站設置的中心位置（在當地地圖中的位置）和小區的覆蓋半徑廣播給小區范圍內的所有移動臺，這些移動臺就能知道自己處在什么地方，查詢數據庫即可獲取位置信息。起源蜂窩小區技術是基于網絡的定位方案，它的優點是無需對網絡和手機進行修改，響應時間短。但是，由此導致的缺點是精度較差。

　　2．角度到達AOA(Arrival Of Angle)定位技術

　　該技術根據信號到達的角度，確定移動臺相對于基站的角度關系，只要測量一個移動臺距兩個基站的信號到達角度，就可以確定出移動臺的位置。信號到達角度測量需要定向天線，雖然理論上這種測量在基站和移動臺都可以進行，但為了保證輕便性，并不適宜在移動終端上使用。角度到達定位技術是基于網絡的定位方案，優點是改善了天線增益模式和話音質量，可以在話音信道上工作，不需要高精度的系統定時。但它的缺點是需要復雜的天線，易出現定位盲點，實施成本較高。

　　3．抵達時間TOA(Time Of Arrival)定位技術

　　抵達時間定位方法是基于測量信號從移動臺發送出去并到達消息測量單元（3個或更多）的時間來定位的。移動臺位于以基站為圓心、移動臺到基站的電波傳播距離為半徑的圓上。在多個基站進行上述計算，則移動臺的二維位置坐標可由3個圓的交點確定。這種定位技術要求接收信號的基站、移動臺知道信號的開始傳輸時刻，但是，與下面要介紹的增強型觀測時間差定位技術E-OTD不同的是，它沒有使用位置測量單元，因此，必須通過與在基站上安裝了全球衛星定位系統（GPS）或原子鐘的無線網絡之間的同步來實現。抵達時間定位技術是基于網絡的定位方案，優點是使用現有的CDMA網絡，在市區提供的定位精度較好。缺點是要求精確的時間同步，要用時間戳區分信號發出時間，且響應時間較長。

　　4．抵達時間差異TDOA(Time Difference Of Ar*9鄄rival)定位技術

　　抵達時間差異定位技術是通過檢測信號到達兩個基站的時間差，而不是到達的絕對時間來確定移動臺位置的，這降低了對時間的同步要求。移動臺定位于以兩個基站為焦點的雙曲線方程上。確定移動臺的二維位置坐標需要建立兩個以上雙曲線方程，兩條雙曲線即為移動臺的二維位置坐標。在實際應用中，通常采用最小均方誤差算法，通過使非線性誤差函數的平方和取得最小這一非線性最優化來估計移動臺位置。由于這種定位技術不要求移動臺和基站之間的同步，因此在誤差環境下性能相對優越，在蜂窩通信系統的定位技術中備受關注。它也是基于網絡的定位方案，優點是精度較高，實現容易。缺點是為了保證定時精度，需要改造基站設備。

　　5．增強型觀測時間差E-OTD(Enhanced-Ob*9鄄served Time Difference)定位技術

　　增強型觀測時間差定位技術是基于觀測時間差OTD技術發展出來的。其實現原理是，手機對服務小區基站和周圍幾個基站進行測量，算出測量數據之間的時間差，并用此計算用戶相對于基站的位置。觀測時間差OTD的測量方法可以用于同步、一般和偽同步網絡中。增強型觀察時間差定位技術在終端上實現定位，僅需要使用軟件計算而不需要增加任何硬件設備。為了在終端不處理呼叫（IDLE）模式和終端處理呼叫專用模式下運行這種定位算法，終端必須有足夠的處理能力和存儲容量。增強型觀察時間差定位技術是基于網絡的定位方案，是目前使用最多的技術，也是歐洲電信標準化組織（ETSI）建議使用的主要技術，ETSI已經對它做了相應的規定。

　　6．輔助全球衛星定位系統A-GPS（Assistant-Global Positioning System）定位技術

　　　全球衛星定位系統GPS是非常成熟的技術，它與通信網結合，將實現一種精度高、速度快的定位方式———輔助全球衛星定位系統。它的基本思想是，建立一個全球衛星定位系統參考網絡，該網絡與移動通信網相連，通信網的移動臺內置一個全球衛星定位系統接收機。通信網將GPS參考網絡產生的輔助數據如差分校正數據、衛星運行狀況傳送給移動臺，再將通信網數據庫中移動臺的近似位置或小區基站位置傳送給移動臺。移動臺得到這些信息后，根據自己所處的近似位置和當前的衛星狀況，可以很快地捕獲到衛星信號，時間可以縮短到幾秒，大大減少了定位響應時間。輔助全球衛星定位系統是基于移動臺的定位方案，在精度和響應時間上都占有優勢，因此應用很廣泛。但它需要對移動臺進行調整，需要新型的手機，網絡也要做相應的調整，不適用緊急救援定位。

二、移動定位的應用

　　無線定位技術為移動通信開辟了更大的發展空間，提供了更多的商機。無線網絡運營商提供的位置服務可以包括從安全服務到付賬、信息追蹤、導航、數據/視頻集成產品等方方面面。目前，第三代移動通信系統已進入最后的開發階段，蜂窩定位依靠第三代移動通信系統的體系結構和傳輸的信息實體實現移動臺的位置估計，有著十分廣闊的應用前景，具體可概括為以下幾個方面。

　　1．安全方面———緊急救援和求助

　　移動的不確定性給人們的安全帶來了一定的威脅。隨著活動范圍的擴大，這種威脅也越來越大。因此，危險情況下的緊急求援就顯得尤為重要。只要用戶的手機支持移動定位業務，用戶就可以撥打救援中心的電話，如中國的110、美國的911、日本的411電話。移動通信網絡在將該緊急呼叫發送到救援中心的同時，會自動支持移動定位業務的網元，將該位置信息和用戶的語音信息一并傳送給救援中心。救援中心接到呼叫后，根據得到的位置信息，就能快速、高效地開展救援活動，大大提高成功率。按照美國聯邦通信委員會（FCC）的要求，美國所有基于網絡的定位業務在2002年10月1日前全部實現150m的精度。

　　2. 追蹤方面———汽車導航、車輛追蹤、艦隊追蹤

　　在人口密集的大城市里，交通阻塞的問題急待解決，對車輛導航、智能交通的要求越來越迫切。為此發展出了智能交通系統ITS。而自動車輛定位系統AVLS是智能交通系統的核心，將實現動態交通流分配、定位導航、事故應急、安全防范、車輛追蹤、車輛調度等功能。利用蜂窩定位系統實現的自動車輛定位系統將定位、通信、計算機信息處理與控制等構成一個有機整體，有利于多種信息的融合，并且在城市覆蓋和靈活方便的漫游管理等方面具有優勢。

　　3．計費方面———基于位置和事件的計費系統

　　基于用戶位置的靈活計費系統將是未來移動電話運營商拓展業務、吸引客戶的重要手段。現在常用的收費標準有兩種：一是按移動電話使用的頻率收費；二是按移動電話使用的通信時段收費。隨著移動電話定位業務的實現，又可以增加一種新型的收費方式，即按移動電話的使用位置收費。用戶在家里或辦公室使用移動電話，因為移動性低，收取的費用就低；在所屬城市或某一固定區域內移動通話，收費將接近于現行標準；而進行大范圍漫游時，將要支付較高的費用。

　　4．網絡性能方面———移動性管理及系統優化設計

　　對于通信網本身來說，移動臺位置信息也是非常重要的。通信網的移動性管理一直是網絡的難點問題，主要原因是移動臺位置的不確定性。如果網絡知道移動臺的精確位置，進行移動性管理就變得相對簡單了，同時也有助于對移動臺進行有效的信道分配，實現網絡資源動態、智能分配，使無線資源的利用率更高。

　　5．其他方面———移動黃頁查詢、防止手機盜打

　　移動互聯網技術與移動定位業務相結合，可以輕而易舉地實現移動黃頁查詢。移動網絡首先定位出用戶所處的位置，然后再根據互聯網提供的信息選出用戶所在地的相關信息，供用戶查詢。移動電話定位業務的開展，對制止移動電話的盜打非常有利。電信運營部門在發現盜打號碼后，可以不必禁止移動電話的使用，而利用無線網絡自動記錄盜打的準確時間和地點，從而為司法部門執法提供最有力的證據。

----《現代通信》