288694$wangfang - n261$蜂窝无线定位技术的研究(2)

江西师范大学学士学位论文

2.1 无线定位出现的背景与原因

(1)政府法规:FCC于1996年6月采用了一条规定，要求所有的移动网络运营商必须对一切“911”呼叫紧急服务提供位置信息。

(2)客户需求:对于手机用户来说，实现无线定位可以在获得原有的话音服务之外，获得基于位置的服务。

(3)运营商之间的竞争:对于移动通信网络运营商来说，这无疑会为他们找到更多的经济增长点，增强了移动通信网络运营商之间的竞争力。

(4)技术进步:手机、网络和定位技术现在取得的持续进步，使得实现无线定位在技术上成为可能。

2.2 无线定位的应用领域

在蜂窝移动通信中的无线定位业务都要用到无线定位技术。目前来说，无线定位常应用在以下一些方面: 2.2.1 跟踪业务

警方对犯罪嫌疑人的追踪、走失儿童和老人的寻找；车辆运行线路的监控；追踪丢失了的移动台及拖欠巨额话费的移动台；交通部门可以通过车上的移动终端设备，通过定位系统测出某道路的车流量，对交通状况进行实时的监控，并向该区域内的司机报告道路的拥塞情况等。 2.2.2 基于位置的收费标准

在计费时，可以根据所在位置的不同，来收取不同的通话费。这样，可以有效地提高蜂窝系统的运营竞争力，吸引更多的新用户，刺激用户的消费，达到调节蜂窝系统容量、提高系统竞争力的目的。 2.2.3 智能交通运输系统

智能交通系统能够方便的提供车辆及旅客位置、车辆调度、追踪等服务，改变以前频带资源浪费、投资过多的状况。例如，出租公司可以利用Location Finder将出租车派往需要服务的最近的地点。 2.2.4 优化网络资源管理

精确监测移动台，网络可以更好地决定进行小区切换的最佳时刻。同时，根据其位置动态地分配各信道，有效地提高了频谱的利用率。从长远来说，通过对移动台的长期定位观察可以为系统蜂窝的合理布局、构建以及系统资源配置等提供重要的实践数据，使蜂窝系统高效运行，并逐步趋于完善。 2.2.5 信息查询服务

移动定位技术从传统的导航功能逐渐扩展到基于位置信息增值业务的载体。其定位过程是由多个固定位置接收机同时检测移动台发射的信号，将从各接收信号携带的某种与移动台位置由关的特征信息送到一个信息处理中心进行处理，计

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算出移动台的估计位置。移动用户可以根据自己的终端设备，查询自己需要的信息。比如外出旅游时，查询最近的饭店、接收当地的天气、获得路况信息；在异地身体不适时，查询附近的医院等。这种信息查询服务对于用户来说，是很常用的，能为人们的生活带来极大的方便。 2.2.6 公共安全应用

当用户在遇到一些紧急情况而又不知道或无法告知位置时，只要其手机支持支持位置服务，可以进行紧急呼叫来保障自己的人身安全。当呼叫人员的位置被确定以后，就可以在较短的时间内实施快捷、有效的救援计划，大大提高了救援的成功率。除此之外，无线定位技术还可以用于报警信息的发布，向危险地区的移动用户发布火山爆发、洪水、山体滑坡、道路危险等信息。因此，在蜂窝系统中，定位与紧急呼叫的结合是很有必要的。 2.2.7 移动终端防盗打管理

采用无线定位技术，通信运营部门可以有效地对盗打现象进行监测和制止。当发现盗打号码现象发生时，可以在不禁止移动电话使用的前提下，利用无线网络自己记录盗打的准确时间和地点。同时，这也为司法机关破案提供了一个更有力的证据。

2.3 现有的无线定位方案

蜂窝移动通信在全球范围内应用广泛，有很多成功的商用系统，因此在蜂窝移动通信系统中应用无线定位技术有很大意义和价值。

根据进行定位估计的位置的不同，可以将定位系统分为以下几类。 2.3.1 基于移动台的定位系统

基站1 移动用户 基站2 222 同步信号 基站3

图1 基于移动台的定位方案

在蜂窝网络中，这类系统也称为前向链路定位系统。如下图1所示。 携带与移动台位置有关的特征信息，通过多个已知位置的发射机发射给移动台。移动台根据其所接收到的信号，确定其与各发射机之间的几何位置关系。接

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着，移动台根据一些相关算法，对其自身位置进行定位估计，由移动台自身掌握其自己的位置信息。 2.3.2 基于网络的定位系统

在蜂窝网络中，这类系统也称为反向链路定位系统。如下图2所示。

基站1 定位中心 移动用户 基站2 同步信号 基站3

图2 基于网络的定位方案

多个固定位置的接收机，同时检测移动台所发射的信号。接着，将各接收信号携带的某种与移动台位置由关的特征信息送到一个信息处理中心进行处理，最后计算出移动台的估计位置。 2.3.3 混合定位系统

混合定位技术是综合了上述定位技术中的两种或多种方法在一个系统中。例如综合AOA和TDOA，由于这种方法充分利用了信号的到达角和到达基站的时间差，因此具有比较高的准确度。如果把GPS定位技术和GSM系统定位技术应用相结合，则实现的定位精度和定位应用会更好，见图3。

图3 混合定位示意图

从上述各定位系统的基本特征可以看出，采用基于移动台的定位方案,必须

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对现有的移动台进行适当的修改，还必须用适当方式将定位信息传送回蜂窝网络。基于网络的定位方案只需要对蜂窝网络设备作适当扩充、修改，并不需要对移动台作修改，能充分利用现有蜂窝系统的庞大资源，保护用户已有投资，实现相对容易，因而是开展移动定位服务的首选。

3 现有的无线定位技术

蜂窝移动通信系统中,一些基本的定位技术主要有以下几种。

3.1 全球定位系统GPS(Global Positioning System）

无线定位技术最初是为了满足远程航海的导航等要求而产生的，全球定位系统GPS的出现使得无线定位技术产生了质的飞跃。全球卫星定位系统GPS是美国出于军事目的开发的卫星导航定位系统，民用GPS一般可以获得5-40米的精度。定位一般采用四颗定位卫星，GPS定位是基于到达时间（TOA）机理。四个卫星定位，接收机的位置和时钟偏差表达式见（1）——（4）。

p1?(x?x1)2?(y?y1)2?(z?z1)2?c(dt1?dt) （1） p2?(x?x2)2?(y?y2)2?(z?z2)2?c(dt2?dt) （2）

p3?(x?x3)2?(y?y3)2?(z?z3)2?c(dt3?dt) （3） （4）

p4?(x?x4)2?(y?y4)2?(z?z4)2?c(dt4?dt)其中x1y1z1、x2y2z2、x3y3z3、x4y4z4为已知卫星，p1、p2、p3、p4为测量出的伪距，c为光速，dti为已知卫星时钟与GPS时间偏差，dt为未知位置接收机与GPS时间偏差。卫星的时钟偏差由接收机从卫星导频信息中取得。平方根项代表卫星与接收机之间的距离。

3.2 辅助全球定位系统A-GPS(Assisted Global Positioning System)

测量单元 BTS 提供辅助数据 GPS移动用户定位计算 图4 A-GPS原理图

采用GPS直接对MS定位，首次定位可能需要时间较长。利用辅助GPS定位，

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传输一些辅助数据，这样可以大大缩小代码搜索窗口和频率搜索窗口，减少定位所需时间。

A-GPS是网络辅助GPS，如图4所示。

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