無線定位TDOA及應用
2019-11-03 09:42:13
供稿：網友
任麗萍 無線定位業務就是通過一定的技術判定蜂窩移動用戶的地理位置（經、緯度或當地街道的位置等），并將其提供給用戶本人，或通信系統本身（用于計費），或其他請求得到該用戶位置的機構、個人。由于它在緊急救援、汽車導航、智能交通、團隊管理等方面突出的作用，已被越來越多的人接受。近幾年無線定位業務在國外的發展非常迅速。美國通信委員會已規定，到2001年10月1日，所有移動通信服務商都必須提供移動電話定位服務，可見該業務是很重要和必要的。
1 無線定位技術
無線定位技術是指用來判定移動用戶位置的測量方法和計算方法，即定位算法。目前，有許多方法可以用來進行位置計算，最常用的定位技術主要有：時差定位技術、信號到達角度測量（AOA）技術、全球定位系統（GPS）技術等。當前針對GSM系統提出的時差定位方法主要有：增強觀測時間差定位（EOTD）、補償時間或提前時間（TA）定位和到達時間差定位（TDOA）3種。其中，TDOA技術是目前最為流行的一種移動電話定位方案，除了用于GSM系統，在其他諸如AMPS和CDMA系統中也廣泛應用。
到達時間差定位是根據不同基站所接收到的同一移動終端信號在傳播路徑上的時延差異實現終端定位的。在該方法中，處于不同位置的多個基站同時接收由移動終端發出的普通信息分組或隨機接入分組，各基站將接收到上述分組的時間傳送到移動終端定位中心（MLC），MLC根據信號到達各基站的時間差異來完成判定該終端位置的一系列計算。該方法的優點在于無需對現有移動終端進行任何改造，各基站對抵達時間的測量可同時進行，并且由于時間的測量是在基站進行，因此可以通過信號的分集接收和復雜的信號處理算法抑制多徑干擾等。但使用這種方法，必須對基站的軟硬件進行改造，而且相鄰基站必須能同時監測同一物理信道的信號。
2 定位系統結構
設計一個高效的、低成本的定位系統，不僅要選擇一種有效的定位技術，還要為系統選擇一個合理的物理結構，因為系統結構的不同將對設備的造價、覆蓋范圍、系統容量、可同時定位的用戶數有很大影響。定位系統的物理結構主要有3種：基于網絡的定位系統結構、基于移動臺的定位系統結構以及混合定位系統結構。
（1）基于移動臺的定位 移動臺利用來自基站的信號，在移動臺上計算出自己的位置，這也是自定位系統的一種。對于利用TDOA技術構成的基于移動臺的定位系統，需要對GSM設備及移動臺進行改造才能進行高精度的TDOA測量，所以很少采用。
（2）基于網絡的定位 利用移動臺傳來的信號，在基站或網絡系統中計算出移動臺的位置。目前GSM廣泛應用的就是基于TDOA技術的網絡定位系統，亦稱遠程定位系統。這個系統結構有許多好處：首先，它提供了一種無需對移動臺進行改進的定位方法；其次，如果采用適當的方法與安全措施，定位網絡還可提供許多基于地點的服務，如交通堵塞的監測、路途向導服務等等。
（3）混合定位系統 將自定位系統與遠程定位系統的不同方面相結合而構成的一個可行的混合定位系統，其結構是將沒測算位置所需要的定位函數放置在移動臺中，將混合函數放置于網絡系統中，測定計算過程由移動臺和網絡共同完成。
3 無線定位業務的應用
無線定位業務主要應用于緊急救援、大區域范圍工作的團除隊管理、車輛尋航和跟蹤、移動黃頁查詢和與位置有關的計費等。
電信運營商計費主要按照用戶占用網絡資源多少程度向用戶收取一定的費用。傳統計費方式主要是與時間有關的計費和與距離有關的計費兩種，而在移動通信網絡服務中，移動用戶所處的位置和狀態不同，占用網絡資源的多少差別很大。只采用傳統的計費方式存在很大的缺陷。比如，若用戶正在高速以路上快速行駛，移動臺要頻繁地域區，網絡就要頻繁地進行切換，涉及到的網絡節點就比較多，網絡為該用戶通信完成的工作量很大；若移動用戶在家或在辦公室通信，處于靜止狀態，相比較所占用的網絡資源顯然很少。也就是說，在家里通話和在車上通話付同樣的費用，對于用戶來說其實是不公平的，傳統的計費方式不能充分體現出用戶為得到移動性服務所應該付出的費用。如果運營商根據無線定位業務判斷出用戶的確切位置和狀態，就能根據位置、時間、距離計算出公正、有效的費用。目前，隨著定位業務的發展，與位置有關的計費也發展起來了。
至今，對于GSM定位系統可達到的精度在100m左右，隨著技術的發展，定位精度還將大幅度提高。同時，參照眾多行業的實際需求，定位系統和定位業務的發展前景將十分廣闊。
摘自《現代通信》2001.8
