张峻峰
尽管已经有移动运营商推出了基于2.5G网络平台的移动定位服务，但是，目前的服务种类尚嫌单一，范围仍不普及。3G WCDMA将成为移动定位服务更大规模开展的更理想平台。
移动定位与位置服务是移动通信领域相当具有吸引力的数据业务，也是最被业界看好的3G增值业务之一，对于丰富无线数据业务市场和增加运营商的运营收入来说十分重要。3G WCDMA系统融合了话音、多媒体等多种业务，其中的定位服务功能相当强大，可通过多种定位技术，提供不同等级、不同精度的定位服务，充分满足各方面的需求。人们相信，移动定位服务将伴随3G的上马真正起飞。
移动定位技术的三条路线
WCDMA系统对移动台的定位主要包括两个步骤：信号测量和基于测量的定位估计计算。其中，信号测量可以在用户终端(UE)、Node B和定位测量单元(LMU)中进行，所测量的信号为通用陆地无线接入(UTRA) 无线发射信号，也可能包括其他的通用无线导航信号，定位功能不局限于一种定位方法或单个信息的测量，这样可以提高定位精度；定位估计计算可以在用户终端(UE)或通用移动通信系统无线接入网（如业务无线网络控制器）中进行。
WCDMA系统移动定位技术主要有三种: 基于小区标识定位法、OTDOA-IPDL定位法、网络辅助GPS定位法。此外，UE也可以脱离网络支持，直接由机载GPS进行定位。
无线通信设备定位策略应根据用户的实际定位精度需求选择相应的定位方式，基于小区标识定位法和网络辅助的GPS定位方法是比较可行的方法。OTDOA-IPDL定位法目前要进一步解决的问题是如何优化定位技术的关键算法，克服噪声、多径、非视距传播等无线因素的影响以提高定位的精度。目前第3代移动通信标准组织正在不断完善OTDOA-IPDL定位技术。
1. 基于小区标识定位法
在基于小区标识(或称小区覆盖) 定位方法中，UE的位置依据Node B的小区标识估计。服务节点和小区信息通过寻呼、位置更新、小区更新、用户注册区(URA)或路由区域更新获得，然后将小区标识映射为具体的地理位置。当地理坐标用做定位信息时，UE的估计位置可以是业务小区内确定的地理位置(如服务Node B的位置)、业务小区覆盖区的地理中心或小区覆盖区内其他固定位置。定位信息必须包括服务质量(QoS)估计。
为了提高基于小区标识(ID)定位方法的定位精度，在频分双工(FDD)模式下，还可以通过测量往返时间(RTT)来进一步提高定位精度。
2. OTDOA-IPDL定位法
观察到达时间差(OTDOA)是通过测量电波从发射机传播到多个接收机的传播时间差来确定目标移动台的位置。初步测量通过UE接收的下行链路公共导频信道的到达时间差实现。3个基站形成的平面上，一点到两个固定点的距离差如为定值时，该点必定在一条双曲线上，两条这样的双曲线的交点便可得到移动台的位置，如图1 所示。通过测量得到的移动台到多个基站距离的延时差后，移动台的位置便可以由两条双曲线的交点得到。
延时估计的算法可使用最大似然估计、自相关估计和周期相关估计等方法得到。不同位置估计的精度取决于时间测量的精度和基站的相对位置(基站位置的几何关系会影响位置估计的精度，当基站等距离环绕UE时结果最佳)，同时还受到多径传播的影响。
CDMA无线系统的一个基本问题就是当终端距离服务基站很近时，接收其他同频基站信号能力差。为了实现定位计算，UE必须接收到至少3个基站的信号。解决可听性问题的方法是基站指定下行空闲周期(IPDL)，使每个基站在某一个很短的时间内停止发射。在空闲周期期间，小区内的终端可以测量其他基站的导频信号，从而提高服务基站内UE测量其他同频基站信号的能力。IPDL时间长度是可变的，但不能超过公共导频信道(CPICH)的一个时隙，通常在5～10个CPICH符号之间。
定义IPDL周期有两种类型：
一、连续模式：每一下行帧有一个空闲周期。
小贴士：什么是移动定位？
随着信息技术的发展，人们希望随时随地获取所在位置信息和相关服务的愿望越来越强烈，移动定位技术就是这样一项应运而生的新兴技术。
移动定位是通过移动终端和移动网络的配合，确定移动用户的地理位置，从而提供用户需要的与位置相关的服务或信息。从业务角度出发，定位业务就是一种特殊的移动数据业务。
二、突发模式：在每一个IP间隔帧有一个空闲周期(IP间隔与业务负载和容量有关，如果IP间隔帧为10帧，那么每100 ms就有一个IPDL)。
突发模式的定时关系如图2所示。
图2 下行空闲周期突发模式定时关系
IPDL发生的时刻由突发帧的位置和对应帧中的时隙位置决定。
从突发帧系统帧号和时隙位置的关系可知：突发模式时隙位置是0～14之间的一个随机数。IPDL方法的引入是对OTDOA方法的改进，解决了检测多个基站信号的问题。
3. 网络辅助GPS定位法
为了推动GSM、WCDMA系统间的“无缝”定位业务，3GPP定位标准支持基于全球定位系统(GPS)的网络辅助定位方法。网络辅助GPS方法依靠UE GPS接收处理部分和网络GPS参考接收处理部分的信令交互完成UE位置定位。GPS参考接收处理部分可以和UTRAN连接校正UE测量信息。网络辅助的GPS定位法根据定位计算的位置不同，可以分为基于UE和UE辅助两种定位类型。基于UE的定位方法在UE内部配有功能完善的GPS接收处理部分，定位计算在UE侧完成。UE辅助的定位方法是将UE侧的GPS处理单元功能简化，以减小UE的复杂度，主要功能是进行码相位测量，然后通过高层信令发送至网络侧定位单元处理模块以进行UE的位置估计。
GPS定义方法依赖复杂度降低的UE GPS接收机和网络GPS参考接收机间的连续信令交互运作完成，该方法能使以下一些性能得到改善：
降低UE GPS的启动和接收次数，使搜索窗口受限，测量速度大大加快；
增加UE GPS的灵敏度，通过UTRAN获得的定位辅助信息使UE GPS可以在低信噪比不能解调UE GPS信息的情况下工作；
由于GPS可以在不用时处于待机方式，使UE比单GPS方式耗电少。
GPS定位方法由独立GPS接收机来测量伪随机相位等信息，并通过定时校正过程降低由卫星时钟、定位模型、电离层时延、对流层时延和可选择的有效性等带来的定位误差。网络辅助GPS关键流程如图3所示。
下面以UE辅助定位方法为例说明定位步骤：
(1)首先核心网发送UE的定位请求，SRNC根据UE和网络的定位能力结合定位请求确定定位方法。SRNC在这里作为核心网和UTRAN中UE位置定位实体的接口。
(2)系统进行定位测量单元(LMU)更新、往返时间(RTT)测量，然后根据UE能力，SRNC发送特定的GPS辅助定位信息至UE，包括GPS参考时间、卫星ID、多普勒频移、搜索窗以及窗口中心、星历表和时钟校准等信息。
(3)SRNC发送测量请求给UE，要求测量GPS卫星码相位和相关的其他信息，如SFN-SFN观测时间差和接收-发射时间差，UE执行测量过程并将测量结果发送回网络侧。
(4)根据获得信息，SRNC进行UE位置计算，如果获取的位置信息不足以进行UE位置定位，则重复进行步骤2。
(5)SRNC发送位置估计结果给核心网。
需要说明的是，对于具体的定位流程，不同的实际系统会有一定的变化。
3G时代的移动定位
从目前可能的应用来看，移动定位服务主要包括以下几类：
● 救援服务：紧急医疗、紧急报警服务等；
● 基于位置的信息服务：黄页、交通信息、天气信息、导航信息、导游服务等；
● 基于位置触发的服务：基于位置的管理信息和计费等；
● 跟踪及资产管理服务：车辆调度/跟踪/监控/防盗、物资跟踪、老人儿童监护服务等。
1. 救援服务
救援服务是移动定位服务最早衍生的服务项目，如美国的E-911系统，可以在用户需要紧急求救的时候获得精确的定位信息，以便政府公务人员施以及时援救。
2. 基于位置的信息服务
基于位置的信息业务允许用户根据其当前所处的位置进行内容裁剪的信息服务,包括:自定位服务(“我在哪儿?”)、本地黄页、导游服务、酒店查找服务(查找合适的旅馆、餐馆) 、路边救援服务、交通信息服务(如驾车时实时指引前进方向)。基于位置的信息业务承载方式主要有三种:短消息、话音、补充业务。
3. 基于位置触发的业务
基于位置触发的业务最典型的应用如计费业务，允许用户的费率和用户当前所在的位置有关, 这些位置是用户日常生活、工作所在的区域, 只要用户签约了这些区域, 在这些区域中就可以得到优惠的费率。该业务可以向单个用户开放, 也可以向商务集团用户开放。
4. 跟踪及资产管理服务
跟踪及资产管理服务允许管理者跟踪某个成员的位置和状态。成员可以通过操作码主动向管理者通报位置信息。管理者可通过业务操作增加和删除成员。典型的应用包括: 出租车公司跟踪车辆的位置、父母了解子女的位置、子女了解老人的位置、雇主跟踪他的雇员的位置等。
跟踪及资产管理服务承载方式有如下几种: 短消息、话音查询、网站查询、电子地图显示。短消息承载方式是管理者发起短消息来查询手机的当前状态；话音查询承载方式是用接入码将呼叫接续到交互式语音响应系统或将呼叫接续到话务员, 查得用户位置信息后语音通知管理者；网站查询承载方式是业务由网站运营, 需要制订网站到定位服务器之间的位置请求接口；电子地图显示承载方式是在定位服务器查询位置信息之后, 发送到网站, 由网站和手机建立连接下载电子地图, 该方式需要制订网站和手机之间的接口。
摘自 计算机世界报
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