移动定位技术

近年来，移动定位技术受到越来越多的关注，推动了对移动定位技术的研究及测距技术的发展。据统计，2004年在国际上各种移动通信业务用户数排名中，定位业务用户已超过移动电子商务、移动银行等增值业务，仅低于语音业务而位居第二。移动定位技术代表着全新的商机，代表着移动技术发展的一个新阶段。

简介

美国联邦通信委员会(FCC)于1996年下达指示要求移动运营商为移动电话用户提供E-911(紧急救援)服务，这就要求对所有移动电话用户实现定位功能，同时，FCC又于1999年对定位精度做出新的要求。

FCC的这些举措大大促进了关于定位技术及其服务业务研究的发展，很多国家开始致力于研究商用定位技术并推出了各具特色的商用定位服务。近几年，全球移动用户的数量迅猛发展，为商用位置服务提供了极其诱人的市场前景。相关的位置服务业务可包括：紧急求救电话服务、物流管理、商业求助电话服务、个人问询服务、车辆导航服务、特定跟踪服务等等。

移动定位技术按照提供服务的方式可以分为两种：自有移动手机定位系统与公用移动定位服务。自有的定位系统是为某个企业和政府部门自己使用的定位系统。公用移动定位服务一般由移动运营商来提供。

移动定位概念

空间位置信息一般包括与移动终端有关的坐标（二维或三维），通常指移动终端所处位置的经度、纬度和高度信息。移动定位技术就是指通过无线终端和无线通信技术的配合，确定移动用户的实际位置信息。由于移动定位技术是位置信息服务最为基础和核心的技术，因此人们经常将移动定位与位置服务理解为同一个概念。

移动定位技术的基本原理是：移动目标通过与多个已知坐标位置的固定基站（地面或空中）进行交互，获得相应测量参数后，利用适当的处理方法获得移动目标在空间中的位置。测量参数一般包括无线电波的传输时间、幅度、相位和到达角等。

移动定位技术研究可以追溯到第二次世界大战时期的军事应用，民用方面始于对自动车辆定位的研究。Stansfield于1947年提出了基于AOA测量的无源目标跟踪（Passive Target Tracking）问题，1996年美国联邦通信委员会（FCC）的E-911法令，对定位技术在网络设备和手机中定位精度做出明确的规定：基于蜂窝网络定位，要求定位精度在100m以内的概率不低于67%，在300m以内的概率不低于95%；基于网络辅助定位，要求定位精度在50m以内的概率不低于67%，在150m以内的概率不低于95%。

美国国家标准化协会（American National Standards Institute，ANSI）与欧洲电信标准化协会（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）提交了位置服务系统的标准，规定采用增强观测时间差分（E-OTD）、到达时间（TOM）和辅助GPS（A-GPS）作为对起源小区技术（COO）的补充。

1.1 基于移动网络的定位技术

基于Cell-ID的定位技术：该技术又称起源蜂窝小区(CellOfOrigin)定位技术。每个小区都有自己特定的小区标识号(Cell-ID)，当进入某一小区时，移动终端要在当前小区进行注册，系统的数据中就会有相应的小区ID标识。系统根据采集到的移动终端所处小区的标识号来确定移动终端用户的位置。这种定位技术在小区密集的地区精度相对较高（其实还是很低的）且易于实现，无需对现有网络和手机做较大的改动，得到广泛的应用。

到达时间TOA(TimeOfArrival)定位技术：移动终端发射测量信号到达3个以上的基站，通过测量到达所用的时间(须保证时间同步)，并施以特定算法的计算，实现对移动终端的定位。在该算法中，移动终端位于以基站为圆心，移动终端和基站之间的电波传输距离为半径的圆上，三个圆的交点即为移动终端所在的位置。

到达时间差TDOA(TimeDifference0fArrival)定位技术：移动终端对基站进行监听并测量出信号到达两个基站的时间差，每两个基站得到一个测量值，形成一个双曲线定位区，这样，三个基站得到2个双曲线定位区，求解出它们的交结点并施以附加条件就可以得到移动终端的确切位置。由于所测量为时间差而非绝对时间，不必满足时间同步的要求，所以TDOA备受关注。

增强型观测时间差E-OTD(Enhanced-ObservedTimeDifference)定位技术：在无线网络中放置若干位置接收器或参考点作为位置测量单元LMU，参考点都有一个精确的定时源，当具有E-OTD功能的手机和LMU接收到3个以上的基站信号时，每个基站信号到达两者的时间差将被算出来，从而估算出手机所处的位置。这项定位技术定位精度较高但硬件实现也复杂。

角度达到AOA(ArrivalofAngle)定位技术：这种定位技术的首要条件是基站需装设阵列智能天线。通过这种天线测出基站与发送信号的移动终端之间的角度，进一步确定两者之间的连线，这样移动终端与两个基站可得到两条连线，其交点即为待测移动终端的位置。该定位技术的缺点是所需智能天线要求较高，且有定位盲点。

1.2 基于移动终端的定位技术

该定位技术的原理是：多个已知位置的基站发射信号，所发射信号携带有与基站位置有关的特征信息，当移动终端接收到这些信号后，确定其与各基站之间的几何位置关系，并根据相关算法对其自身位置进行定位估算，从而得到自身的位置信息。具有较高的定位精度。但其致命的缺陷是需要手机参与定位参数的测量并进行坐标位置的计算，必须对手机和网络的软硬件加以改造或升级，倾向的做法是在手机内集成GPS接收机，加大了手机的能耗，而且从商用角度来看很难做到大面积的推广和使用。

已提出的基于移动终端的定位技术主要包括：下行链路观测到达时间差(OTDOA)方法、基于GPS的定位技术，如差分GPS(DGPS)、辅助GPS(A-GPS)等。根据技术发展动态，我们把重点集中于DGPS和A-GPS上：(1)GPS定位技术经过多年的发展，由于其定位精度高、覆盖范围广的优点，在军事用途中发挥着巨大的作用，近几年开始向各个领域渗透并得到广泛的应用。差分GPS技术可以提高GPS系统的定位精度。原理是：基准接收机对自己实施定位，得到的定位结果与自己的确知的地理位置相比较得到差值，该差值被用作公共误差修正值，对与基准接收处于同一区域且共用四颗卫星进行定位的移动接收机来说，它们显然具有相同的公共误差。因此借助于公共误差修正值可以修正移动接收机的定位结果，从而提高定位精度。(2)采用GPS对移动台直接定位时，首次定位需要较长的时间，这对于紧急救援的业务是不允许的。A-GPS可以有效地解决这个问题。利用辅助GPS进行定位时，GPS参考网络可将辅助的定位信息通过无线通信网络传送给移动台，可减小搜索时间，使定位时间降至几秒钟，而且辅助的定位信息也为在信号严重衰落的市区或室内应用GPS定位技术提供了可能。另外，由于在两次定位间歇期间GPS接收机可处于休眠状态，所以可以降低手机的能耗。综上所述，AGPS弥补传统的GPS定位技术的缺陷，使得GPS突破定位界限实现室内GPS定位。

2、室内定位技术

2.1 光跟踪定位系统

该系统种类繁多，但都要求所跟踪目标和探测器之间线性可视，这就把它的应用局限到了仅室内的范围且须保证所监测的目标是不透明的。在视频监视系统中，往往采用在被监控的环境中安装多台摄像设备，这些摄像设备可连接到一台或几台视频监控器上，通过视频监控器，对观察对象进行实时动态地监控，有的甚至可以进行必要的数据存储。光定位技术也被应用于机器人系统，通过固定的红外线摄像机和很多红外线发光二极管的一系列协同配合，达到定位的目的。由于其本身的特点，要实现高精度的光定位技术，其配备要求比较复杂。

2.2 室内GPS定位技术

当GPS接收机在室内工作时，由于信号受建筑物的影响而大大衰减到十分微弱的地步，要想达到室外一样直接从卫星广播中提取导航数据和时间信息是不可能的。为了得到较高的信号灵敏度，就需要延长在每个码延迟上的停留时间，A-GPS技术为这个问题的解决提供了可能性。室内GPS技术采用大量的相关器并行地搜索可能的延迟码，同时，也有助于实现快速定位。这种室内GPS定位技术由于需要在手机内集成GPS接收器，决定了它的应用受限性，为此，把具有该功能的手机价格降到人们可以承受的范围内成了室内GPS技术追求的目标之一。普通GPS接收机正朝着单片机的方向发展，并努力实现把GPS的RF电路和多相关器电路集成人手机现存的RF芯片和综合数字芯片中。

2.3 超声波定位技术(UltrasonicPositioningTechnologies)

该技术由于其成本低、结构简单易于实现而被人们广泛采用。市场上的超声波收、发器技术成熟且价格低廉，因此应用较为广泛。超声波测距大都采用反射式测距法，即发射超声波并接收由被测物产生回波，根据回波与发射波的时间差计算出待测距离，有的则采用单向测距法。超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成，主测距器放置在被测物体上，在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号，应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号，得到主测距器与各个应答器之间的距离。当同时有三个或三个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，我们可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标系下的位置。我们在无线传感器网络下基于超声波技术的3D定位系统的研制中采用超声波定位技术，为了克服超声波声吸收严重而影响其传输距离的缺陷，我们决定不采用反射测距法而是用单向测距法。

2.4 蓝牙技术(Bluetooth)

该技术是一种短距离低功耗的无线传输技术，支持点到点、点到多点的话音和数据业务。可以实现不同设备之间的短距离无线互联。在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设备(master)，就可以获得用户的位置信息，实现利用蓝牙技术定位的目的。采用该技术作室内短距离定位其优点是容易发现设备且信号传输不受视距的影响，缺点是蓝牙器件和设备价格昂贵。

3、结束语

移动定位技术在近几年取得了很大的发展，尤其是各种技术的混合研究和应用，我们可以扬长避短，加速技术突破的进程。但就其商业应用的开发来说，不过是刚刚起步，除了某些特定的跟踪或监测用途，作为民用的巨大商业潜力尚待进一步的开发，在未来的手机业务中，位置业务服务很可能带来巨大的商机，并给人们带来极大的便利。另外，室内定位技术有待于进一步研究完善，一旦突破的屏障，定位技术将会出呈现珠联璧合之势，相关的位置服务业务也必将深入人们的生活。(T004)

国内手机定位典型方案

[CPP移动定位平台] CPP移动定位平台包含人员定位[以手机为终端]，车辆定位[车载GPS为终端]，在一个平台里面可以实现对人、车同时进行位置跟踪和服务，该平台用与企事业单位对外出人员、车辆进行以定位为核心的信息化管理综合性平台，同时该平台针对居家养老服务行业推出了居家养老CPP服务平台。

分类

随着用户需求的增加，移动定位技术受到越来越多的关注，推动了对移动定位技术的研究及测距技术的发展。如何尽可能地利用现存网络资源，低成本地实现对用户的精确定位一直是研究的焦点。

实现移动定位主要有两大类解决方案，第一类是由移动站(MS)主导的定位技术。单从技术角度讲，这种技术更容易提供比较精确的用户定位信息，它可以利用现有的一些定位系统，例如，在移动站中集成GPS接收机，从而利用现成的GPS信号实现对用户的精确定位。但这类技术需要在移动站上增加新的硬件，这将对移动站的尺寸和成本带来不利的影响。

第二类是由基站(BS)主导的定位技术，这种解决方案需要对现存的基站、交换中心作出某种程度的改进，但它可以兼容现有的终端设备。其可选用的具体实现技术主要包括：测量信号方向(信号的到达角度，简称AOA)的定位技术、测量信号功率的定位技术、测量信号传播时间特性(到达时间，简称TOA；到达时间差，简称TDOA)的定位技术。为了提高定位的精度，也可以采用利用采用上面数种技术的组合。

移动定位技术选择

在移动通信系统中要实现对移动终端的定位，必须选择合适的定位系统及合适的定位技术。一个最优的定位系统应以最低的代价（计算复杂度）得到最高的定位精度，并且有良好的可靠性和稳健性。在选择定位系统和定位技术时，通常要考虑以下几个因素。

（1）定位精度：定位精度直接影响到定位服务的质量，是定位技术性能最重要的体现，对精度的要求很大程度上决定了定位技术的选择。但实际上，不同的定位服务要求的定位精度差异很大。例如，基于位置的计费或信息服务等业务只需要达到小区级别的精度就可以了，但对于紧急业务和车辆导航等，则需要较高的精度。定位服务并不一定都要求技术最好和功能最强，而是要根据不同的定位服务选择当前合适的技术，以较小的成本代价获取最大的盈利。

（2）覆盖能力：覆盖能力是定位技术性能的另一个重要体现。有些定位技术需要定位网络的连续覆盖，以完成定位的多点测量。在移动通信网络中，随着业务量的不同，城市、郊区和偏远地区基站的密集程度有着相当大的差异。在一些城市中心，基站之间距离只有一二百米，而偏远地区则可能达到几十公里甚至上百公里。对于网络多点测量技术就很难保证其定位网络的连续覆盖。

（3）投资成本：选择定位方案时，最好的技术并不一定是最好的选择。一般来说，精度高的定位技术需要更高的软硬件配置，从而增加了运营成本。提供的定位精度越高，相应的投资成本也越高。对于运营商来说，在满足定位精度要求的前提下，一般愿意选择投资小的技术方案。

（4）是否支持现有基站：基于基站和网络辅助的定位技术通常需要对现有基站进行更换或升级。这对于用户而言，可能会因此放弃或延迟选择定位服务业务。而对于生产商来说，必须及时批量生产出与定位技术配套的基站，以满足市场的需要。这会对业务开展带来一定的阻力。

（5）现有网络是否支持：基于网络的定位，大多需要网络满足某种标准协议或版本，故选择定位技术时应首先考虑网络是否支持，是否需要大量的网络升级。

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