移動定位：3G時起飛
張峻峰 2005/01/14
盡管已經(jīng)有移動運營商推出了基于2.5G網(wǎng)絡(luò)平臺的移動定位服務(wù)，但是，目前的服務(wù)種類尚嫌單一，范圍仍不普及。3G WCDMA將成為移動定位服務(wù)更大規(guī)模開展的更理想平臺。
移動定位與位置服務(wù)是移動通信領(lǐng)域相當具有吸引力的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也是最被業(yè)界看好的3G增值業(yè)務(wù)之一，對于豐富無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場和增加運營商的運營收入來說十分重要。3G
WCDMA系統(tǒng)融合了話音、多媒體等多種業(yè)務(wù)，其中的定位服務(wù)功能相當強大，可通過多種定位技術(shù)，提供不同等級、不同精度的定位服務(wù)，充分滿足各方面的需求。人們相信，移動定位服務(wù)將伴隨3G的上馬真正起飛。
移動定位技術(shù)的三條路線
WCDMA系統(tǒng)對移動臺的定位主要包括兩個步驟：信號測量和基于測量的定位估計計算。其中，信號測量可以在用戶終端(UE)、Node B和定位測量單元(LMU)中進行，所測量的信號為通用陸地無線接入(UTRA)
無線發(fā)射信號，也可能包括其他的通用無線導(dǎo)航信號，定位功能不局限于一種定位方法或單個信息的測量，這樣可以提高定位精度；定位估計計算可以在用戶終端(UE)或通用移動通信系統(tǒng)無線接入網(wǎng)（如業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)控制器）中進行。
WCDMA系統(tǒng)移動定位技術(shù)主要有三種: 基于小區(qū)標識定位法、OTDOA-IPDL定位法、網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位法。此外，UE也可以脫離網(wǎng)絡(luò)支持，直接由機載GPS進行定位。
無線通信設(shè)備定位策略應(yīng)根據(jù)用戶的實際定位精度需求選擇相應(yīng)的定位方式，基于小區(qū)標識定位法和網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS定位方法是比較可行的方法。OTDOA-IPDL定位法目前要進一步解決的問題是如何優(yōu)化定位技術(shù)的關(guān)鍵算法，克服噪聲、多徑、非視距傳播等無線因素的影響以提高定位的精度。目前第3代移動通信標準組織正在不斷完善OTDOA-IPDL定位技術(shù)。
1. 基于小區(qū)標識定位法
在基于小區(qū)標識(或稱小區(qū)覆蓋) 定位方法中，UE的位置依據(jù)Node B的小區(qū)標識估計。服務(wù)節(jié)點和小區(qū)信息通過尋呼、位置更新、小區(qū)更新、用戶注冊區(qū)(URA)或路由區(qū)域更新獲得，然后將小區(qū)標識映射為具體的地理位置。當?shù)乩碜鴺擞米龆ㄎ恍畔r，UE的估計位置可以是業(yè)務(wù)小區(qū)內(nèi)確定的地理位置(如服務(wù)Node
B的位置)、業(yè)務(wù)小區(qū)覆蓋區(qū)的地理中心或小區(qū)覆蓋區(qū)內(nèi)其他固定位置。定位信息必須包括服務(wù)質(zhì)量(QoS)估計。
為了提高基于小區(qū)標識(ID)定位方法的定位精度，在頻分雙工(FDD)模式下，還可以通過測量往返時間(RTT)來進一步提高定位精度。
2. OTDOA-IPDL定位法
觀察到達時間差(OTDOA)是通過測量電波從發(fā)射機傳播到多個接收機的傳播時間差來確定目標移動臺的位置。初步測量通過UE接收的下行鏈路公共導(dǎo)頻信道的到達時間差實現(xiàn)。3個基站形成的平面上，一點到兩個固定點的距離差如為定值時，該點必定在一條雙曲線上，兩條這樣的雙曲線的交點便可得到移動臺的位置，如圖1
所示。通過測量得到的移動臺到多個基站距離的延時差后，移動臺的位置便可以由兩條雙曲線的交點得到。
延時估計的算法可使用最大似然估計、自相關(guān)估計和周期相關(guān)估計等方法得到。不同位置估計的精度取決于時間測量的精度和基站的相對位置(基站位置的幾何關(guān)系會影響位置估計的精度，當基站等距離環(huán)繞UE時結(jié)果最佳)，同時還受到多徑傳播的影響。
CDMA無線系統(tǒng)的一個基本問題就是當終端距離服務(wù)基站很近時，接收其他同頻基站信號能力差。為了實現(xiàn)定位計算，UE必須接收到至少3個基站的信號。解決可聽性問題的方法是基站指定下行空閑周期(IPDL)，使每個基站在某一個很短的時間內(nèi)停止發(fā)射。在空閑周期期間，小區(qū)內(nèi)的終端可以測量其他基站的導(dǎo)頻信號，從而提高服務(wù)基站內(nèi)UE測量其他同頻基站信號的能力。IPDL時間長度是可變的，但不能超過公共導(dǎo)頻信道(CPICH)的一個時隙，通常在5～10個CPICH符號之間。
定義IPDL周期有兩種類型：
一、連續(xù)模式：每一下行幀有一個空閑周期。
小貼士：什么是移動定位？
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們希望隨時隨地獲取所在位置信息和相關(guān)服務(wù)的愿望越來越強烈，移動定位技術(shù)就是這樣一項應(yīng)運而生的新興技術(shù)。
移動定位是通過移動終端和移動網(wǎng)絡(luò)的配合，確定移動用戶的地理位置，從而提供用戶需要的與位置相關(guān)的服務(wù)或信息。從業(yè)務(wù)角度出發(fā)，定位業(yè)務(wù)就是一種特殊的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
二、突發(fā)模式：在每一個IP間隔幀有一個空閑周期(IP間隔與業(yè)務(wù)負載和容量有關(guān)，如果IP間隔幀為10幀，那么每100 ms就有一個IPDL)。
突發(fā)模式的定時關(guān)系如圖2所示。
圖2 下行空閑周期突發(fā)模式定時關(guān)系
IPDL發(fā)生的時刻由突發(fā)幀的位置和對應(yīng)幀中的時隙位置決定。
從突發(fā)幀系統(tǒng)幀號和時隙位置的關(guān)系可知：突發(fā)模式時隙位置是0～14之間的一個隨機數(shù)。IPDL方法的引入是對OTDOA方法的改進，解決了檢測多個基站信號的問題。
3. 網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位法
為了推動GSM、WCDMA系統(tǒng)間的“無縫”定位業(yè)務(wù)，3GPP定位標準支持基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的網(wǎng)絡(luò)輔助定位方法。網(wǎng)絡(luò)輔助GPS方法依靠UE
GPS接收處理部分和網(wǎng)絡(luò)GPS參考接收處理部分的信令交互完成UE位置定位。GPS參考接收處理部分可以和UTRAN連接校正UE測量信息。網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS定位法根據(jù)定位計算的位置不同，可以分為基于UE和UE輔助兩種定位類型�；赨E的定位方法在UE內(nèi)部配有功能完善的GPS接收處理部分，定位計算在UE側(cè)完成。UE輔助的定位方法是將UE側(cè)的GPS處理單元功能簡化，以減小UE的復(fù)雜度，主要功能是進行碼相位測量，然后通過高層信令發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位單元處理模塊以進行UE的位置估計。
GPS定義方法依賴復(fù)雜度降低的UE GPS接收機和網(wǎng)絡(luò)GPS參考接收機間的連續(xù)信令交互運作完成，該方法能使以下一些性能得到改善：
降低UE GPS的啟動和接收次數(shù)，使搜索窗口受限，測量速度大大加快；
增加UE GPS的靈敏度，通過UTRAN獲得的定位輔助信息使UE GPS可以在低信噪比不能解調(diào)UE GPS信息的情況下工作；
由于GPS可以在不用時處于待機方式，使UE比單GPS方式耗電少。
GPS定位方法由獨立GPS接收機來測量偽隨機相位等信息，并通過定時校正過程降低由衛(wèi)星時鐘、定位模型、電離層時延、對流層時延和可選擇的有效性等帶來的定位誤差。網(wǎng)絡(luò)輔助GPS關(guān)鍵流程如圖3所示。
下面以UE輔助定位方法為例說明定位步驟：
(1)首先核心網(wǎng)發(fā)送UE的定位請求，SRNC根據(jù)UE和網(wǎng)絡(luò)的定位能力結(jié)合定位請求確定定位方法。SRNC在這里作為核心網(wǎng)和UTRAN中UE位置定位實體的接口。
(2)系統(tǒng)進行定位測量單元(LMU)更新、往返時間(RTT)測量，然后根據(jù)UE能力，SRNC發(fā)送特定的GPS輔助定位信息至UE，包括GPS參考時間、衛(wèi)星ID、多普勒頻移、搜索窗以及窗口中心、星歷表和時鐘校準等信息。
(3)SRNC發(fā)送測量請求給UE，要求測量GPS衛(wèi)星碼相位和相關(guān)的其他信息，如SFN-SFN觀測時間差和接收-發(fā)射時間差，UE執(zhí)行測量過程并將測量結(jié)果發(fā)送回網(wǎng)絡(luò)側(cè)。
(4)根據(jù)獲得信息，SRNC進行UE位置計算，如果獲取的位置信息不足以進行UE位置定位，則重復(fù)進行步驟2。
(5)SRNC發(fā)送位置估計結(jié)果給核心網(wǎng)。
需要說明的是，對于具體的定位流程，不同的實際系統(tǒng)會有一定的變化。
3G時代的移動定位
從目前可能的應(yīng)用來看，移動定位服務(wù)主要包括以下幾類：
- 救援服務(wù)：緊急醫(yī)療、緊急報警服務(wù)等；
- 基于位置的信息服務(wù)：黃頁、交通信息、天氣信息、導(dǎo)航信息、導(dǎo)游服務(wù)等；
- 基于位置觸發(fā)的服務(wù)：基于位置的管理信息和計費等；
- 跟蹤及資產(chǎn)管理服務(wù)：車輛調(diào)度/跟蹤/監(jiān)控/防盜、物資跟蹤、老人兒童監(jiān)護服務(wù)等。
1. 救援服務(wù)
救援服務(wù)是移動定位服務(wù)最早衍生的服務(wù)項目，如美國的E-911系統(tǒng)，可以在用戶需要緊急求救的時候獲得精確的定位信息，以便政府公務(wù)人員施以及時援救。
2. 基于位置的信息服務(wù)
基于位置的信息業(yè)務(wù)允許用戶根據(jù)其當前所處的位置進行內(nèi)容裁剪的信息服務(wù),包括:自定位服務(wù)(“我在哪兒?”)、本地黃頁、導(dǎo)游服務(wù)、酒店查找服務(wù)(查找合適的旅館、餐館)
、路邊救援服務(wù)、交通信息服務(wù)(如駕車時實時指引前進方向)。基于位置的信息業(yè)務(wù)承載方式主要有三種:短消息、話音、補充業(yè)務(wù)。
3. 基于位置觸發(fā)的業(yè)務(wù)
基于位置觸發(fā)的業(yè)務(wù)最典型的應(yīng)用如計費業(yè)務(wù)，允許用戶的費率和用戶當前所在的位置有關(guān), 這些位置是用戶日常生活、工作所在的區(qū)域, 只要用戶簽約了這些區(qū)域,
在這些區(qū)域中就可以得到優(yōu)惠的費率。該業(yè)務(wù)可以向單個用戶開放, 也可以向商務(wù)集團用戶開放。
4. 跟蹤及資產(chǎn)管理服務(wù)
跟蹤及資產(chǎn)管理服務(wù)允許管理者跟蹤某個成員的位置和狀態(tài)。成員可以通過操作碼主動向管理者通報位置信息。管理者可通過業(yè)務(wù)操作增加和刪除成員。典型的應(yīng)用包括:
出租車公司跟蹤車輛的位置、父母了解子女的位置、子女了解老人的位置、雇主跟蹤他的雇員的位置等。
跟蹤及資產(chǎn)管理服務(wù)承載方式有如下幾種: 短消息、話音查詢、網(wǎng)站查詢、電子地圖顯示。短消息承載方式是管理者發(fā)起短消息來查詢手機的當前狀態(tài)；話音查詢承載方式是用接入碼將呼叫接續(xù)到交互式語音響應(yīng)系統(tǒng)或?qū)⒑艚薪永m(xù)到話務(wù)員,
查得用戶位置信息后語音通知管理者；網(wǎng)站查詢承載方式是業(yè)務(wù)由網(wǎng)站運營, 需要制訂網(wǎng)站到定位服務(wù)器之間的位置請求接口；電子地圖顯示承載方式是在定位服務(wù)器查詢位置信息之后,
發(fā)送到網(wǎng)站, 由網(wǎng)站和手機建立連接下載電子地圖, 該方式需要制訂網(wǎng)站和手機之間的接口。
鏈接一：
潛力巨大的移動定位市場
全球各大移動運營商目前紛紛在其2G或2.5G的網(wǎng)絡(luò)中開展相應(yīng)的移動定位業(yè)務(wù)，并積極籌備在3G網(wǎng)絡(luò)中提供這項極具潛力的增值業(yè)務(wù)，基于用戶位置的移動定位業(yè)務(wù)已經(jīng)得到了世人的廣泛矚目。據(jù)美國權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，2004年美國移動定位業(yè)務(wù)市場的產(chǎn)值將達到40億美元，全世界則為300億美元。歐洲的研究報告指出，2005年歐洲移動定位業(yè)務(wù)市場將達到43.8億歐元。
根據(jù)日本第一大移動運營商NTT DoCoMo公司移動增值業(yè)務(wù)的實際發(fā)展曲線來看，3G時代整個移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入的5%將來自定位業(yè)務(wù)。我國的兩大移動運營商也在部署各自的移動定位業(yè)務(wù)，據(jù)相關(guān)人士預(yù)計，未來幾年我國的移動定位業(yè)務(wù)市場規(guī)模將會很快達到10億元以上，而且還會持續(xù)加速增長。
總體來看，移動定位業(yè)務(wù)目前在全球正處于市場培育階段。日本的NTT DoCoMo、韓國SK電訊和英國的和黃3G公司都基于已開通的3G網(wǎng)絡(luò)提供定位業(yè)務(wù)，為用戶提供詳細、實時更新的數(shù)字地圖來顯示用戶的具體位置，并通過電子地圖引導(dǎo)用戶尋找酒店、餐廳、商店和其他一些用戶感興趣的商業(yè)設(shè)施。
3G網(wǎng)絡(luò)的最大特點是可以提供高速的無線數(shù)據(jù)下載，這為移動定位業(yè)務(wù)提供了更加廣泛的發(fā)揮空間。雖然在2G或2.5G的網(wǎng)絡(luò)里也可以采用定位精度較高的定位技術(shù)，但是由于受到網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的限制，定位業(yè)務(wù)在提供方式上也會受到局限。有了3G網(wǎng)絡(luò)的支持，向用戶提供導(dǎo)航信息時就可以采用實時的語音信息與彩色電子地圖相結(jié)合的方式來實現(xiàn)。高精度的定位技術(shù)與多媒體的用戶界面相結(jié)合，可以吸引更多的用戶使用定位業(yè)務(wù)。
鏈接二：
SK電訊的i-Kids兒童安全服務(wù)
隨著手機用戶的增長和移動通信服務(wù)的普及，移動通信市場的競爭日益激烈，針對用戶日常需求、發(fā)掘創(chuàng)新應(yīng)用的差異化競爭，已成為全球各大移動運營商的制勝法寶。韓國最大的移動運營商SK電訊日前在全球率先推出了保障兒童安全的網(wǎng)絡(luò)定位服務(wù)——i-Kids。
作為SK電訊最新升級的新一代定位服務(wù)的豐富應(yīng)用之一，i-Kids利用GPS定位技術(shù)和SK電訊的移動通信網(wǎng)絡(luò)來確認孩子當前的位置和活動路徑，一旦孩子的活動范圍超出預(yù)先設(shè)置的范圍時，手機就會自動發(fā)出報警短信。同時，i-Kids還提供放心區(qū)域位置自動通報、活動路徑追蹤、位置自動顯示等便于家長了解兒童安全狀況的服務(wù)。
配合這一服務(wù)推出的還有SK電訊定制的i-Kids手機。這種形似玩具的兒童手機色彩艷麗，有兩個耳朵一樣的天線，內(nèi)核是全球定位系統(tǒng)（GPS），可以讓家長們?nèi)旌蛘瓶睾⒆拥男雄�。即便是關(guān)機時，兒童手機也能夠隨時向父母們報告孩子的行蹤。當遇到緊急情況時，孩子只要按動手機上的緊急鍵，就可以同4位預(yù)設(shè)的聯(lián)絡(luò)人取得聯(lián)系，免去了孩子在危急時容易忘記親人電話號碼的困擾。為了降低成本，該手機取消了短信和手機上網(wǎng)兩項功能。
過去的地理位置表示方式只能提供以行政區(qū)域為單位的模糊地理位置信息，SK電訊的新一代定位服務(wù)系統(tǒng)經(jīng)過升級之后，通過在地鐵沿線和主要建筑附近增設(shè)設(shè)備，不僅可以表示地鐵周邊區(qū)域的詳細地理位置，還可以提供地區(qū)的代表性建筑物等主要地理信息，進一步提高用戶使用服務(wù)的方便性。目前，SK電訊已與韓國警察廳合作，利用手機成功尋找到多名迷路少年兒童。
計算機世界網(wǎng)(www.ccw.com.cn)
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