1、3G中的A-GPS移動定位技術(shù)內(nèi)容摘要：文章介紹了3G中廣泛使用的三種定位技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)的CELL-ID、OTDOA和A-GPS，分析了A-GPS的基本原理、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及SUPL A-GPS的網(wǎng)絡(luò)通信過程，指明了A-GPS的發(fā)展前景。 位置業(yè)務(wù)（LBS，Location Based Service）是指移動網(wǎng)絡(luò)通過特定的定位技術(shù)來獲取移動終端的位置信息，從而為終端用戶提供附加服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)，可廣泛應(yīng)用于緊急救援、導(dǎo)航追蹤、運輸調(diào)度、移動黃頁等諸多方面。 近年來，隨著用戶需求的增加，移動定位技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，特別是3G技術(shù)的日益成熟為移動定位技術(shù)的發(fā)展提供了支持。在2G或2.5G的網(wǎng)絡(luò)里

2、，由于受到網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的限制，高精度定位技術(shù)（A-GPS）的應(yīng)用受到局限，而3G網(wǎng)絡(luò)可以提供高速無線下載功能，這就為移動定位業(yè)務(wù)提供了更加廣闊的發(fā)展空間。 1、3G中的移動定位技術(shù) 目前，在3G網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的移動定位技術(shù)有三種：基于網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)識別（CELL-ID）定位技術(shù)、OTDOA定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與終端混合的A-GPS定位技術(shù)。 1.1基于網(wǎng)絡(luò)的CELL-ID定位技術(shù) 基于網(wǎng)絡(luò)的CELL-ID定位技術(shù)是一種最簡單的定位技術(shù)，適用于所有蜂窩網(wǎng)絡(luò)，且無需對手機和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修改，就可以向當(dāng)前的移動用戶提供自動定位業(yè)務(wù)。該技術(shù)根據(jù)移動終端所處的蜂窩小區(qū)ID號來確定用戶的位置，因此其定位精度完全取決于移

3、動終端所處蜂窩小區(qū)半徑的大小，從幾百米到幾十公里不等。與其它技術(shù)相比，該技術(shù)投資較少，定位響應(yīng)時間較短，一般在3s以內(nèi)，但其精度最低，誤差較大。 1.2OTDOA定位技術(shù) OTDOA（Observed Time Difference of Arrival）是一種應(yīng)用于3G網(wǎng)絡(luò)的定位方式。這種定位技術(shù)通過移動終端測量不同基站的下行導(dǎo)頻信號的到達(dá)時刻（TOA，Time of Arrival）實現(xiàn)定位，其定位精度較高，定位范圍約為100200m。但對時間基準(zhǔn)的依賴性較強，同時受多徑干擾的影響也較大。OTDOA定位響應(yīng)時間比CELL-ID略長，大約要10s。該技術(shù)無需對手機進(jìn)行修改而只需修改網(wǎng)絡(luò)，即可

4、直接向現(xiàn)有用戶提供服務(wù)。 1.3A-GPS定位技術(shù) A-GPS（Assisted Global Positioning System）即網(wǎng)絡(luò)輔助的全球定位系統(tǒng)，這種方法需要網(wǎng)絡(luò)和移動終端都能夠接收GPS信息，是一種結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)基站信息和GPS信息對移動終端進(jìn)行定位的技術(shù)，可以在2G和3G網(wǎng)絡(luò)中使用。此技術(shù)的優(yōu)勢主要在其定位精度上，在室外等空曠地區(qū)，正常工作環(huán)境下其精度可達(dá)510m，堪稱目前定位精度最高的一種定位技術(shù)。另一方面，利用網(wǎng)絡(luò)傳來的輔助信息可以增強TTFF（Time To First Fix），其首次捕獲GPS信號的時間大大減小，一般僅需幾秒，而不像GPS的首次捕獲時間可能需要23min

5、。A-GPS定位響應(yīng)時間為310s之間。 此外，為了解決終端在室內(nèi)以及在城市中被建筑物遮擋而難以接收GPS信號的缺陷，一般A-GPS技術(shù)解決方案還考慮了CELL-ID定位技術(shù)作為備用方案，這樣就大大提升了A-GPS的定位能力。 2、A-GPS定位技術(shù)分析 2.1A-GPS的基本原理 作為一種高精度的移動定位技術(shù)，A-GPS通過移動終端和GPS輔助定位信息（由移動網(wǎng)絡(luò)提供）共同獲取移動終端的位置信息，因而需要在移動終端內(nèi)增加A-GPS接收機模塊（或者外接A-GPS接收機），同時要在移動網(wǎng)絡(luò)上加建位置服務(wù)器等設(shè)備。 其定位流程如下： （1）移動終端首先將本身的基站地址通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器。 （

6、2）位置服務(wù)器根據(jù)該終端的大概位置傳輸與該位置相關(guān)的GPS輔助信息（GPS捕獲輔助信息、GPS定位輔助信息、GPS靈敏度輔助信息、GPS衛(wèi)星工作狀況信息等）和移動終端位置計算的輔助信息（GPS歷書以及修正數(shù)據(jù)、GPS星歷、GPS導(dǎo)航電文等）。利用這些信息，終端的A-GPS模塊可以很快捕獲衛(wèi)星，以提升GPS信號的第一鎖定時間TTFF能力，并接收GPS原始信號。 （3）終端在接收到GPS原始信號后解調(diào)信號，計算終端到衛(wèi)星的偽距（偽距即受各種GPS誤差影響的距離）。 （4）若采用網(wǎng)絡(luò)側(cè)計算，終端將測量的GPS偽距信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器，位置服務(wù)器根據(jù)傳來的GPS偽距信息和來自其他定位設(shè)備（如差

7、分GPS基準(zhǔn)站等）的輔助信息完成對GPS信息的計算，并估算該終端的位置；若采用終端側(cè)計算，終端根據(jù)測量的GPS偽距信息和網(wǎng)絡(luò)傳來的其他定位設(shè)備的輔助信息完成對GPS信息的計算，把估算的終端位置信息傳給定位服務(wù)器。 （5）位置服務(wù)器將該終端的位置通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用平臺。 A-GPS定位過程如圖1所示。整個方案以3G網(wǎng)絡(luò)為傳輸數(shù)據(jù)方式。輔助接收機實時地從衛(wèi)星處獲得參考數(shù)據(jù)（時鐘、星歷表、可用星座、參考位置等），通過網(wǎng)絡(luò)提供給定位服務(wù)器。當(dāng)移動終端需要定位數(shù)據(jù)時，定位服務(wù)器通過無線網(wǎng)絡(luò)給終端提供A-GPS輔助數(shù)據(jù)，以增強其TTTF，從而大大提高A-GPS接收模塊的靈敏度。圖1A-GPS工作原理圖2.

8、2A-GPS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)目前，基于無線網(wǎng)絡(luò)的A-GPS技術(shù)中，可以采用兩種基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：控制平面（Control Plane）和用戶平面（User Plane）。（1）控制平面控制平面方式中，移動定位中心（SMLC，Serving Mobile Location Centre）與無線基站的無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC，Radio Network Controllet）集成，GPS輔助信息通過信令的方式來交互。移動定位網(wǎng)關(guān)（GMLC）位于無線網(wǎng)絡(luò)的IP數(shù)據(jù)網(wǎng)上，負(fù)責(zé)外部定位請求的接入。由于通過信令接口在核心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳輸輔助數(shù)據(jù)，因而該結(jié)構(gòu)傳輸效率高且安全可靠，有利于位置服務(wù)的管理和控制。其缺點是R

9、NC需具有SMLC功能，會影響到核心網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)和維護(hù)復(fù)雜，成本較高。（2）用戶平面用戶平面方式利用現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)的IP功能，通過IP數(shù)據(jù)網(wǎng)和SMLC交互輔助信息，移動終端的UE（User Equipment）直接通過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)定位信息從終端到GMLC的傳遞。其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)由開放式移動聯(lián)盟（OMA）制定，稱為安全用戶層面定位（SUPL）。這種方式的優(yōu)點在于可以獨立于無線網(wǎng)絡(luò)部署，無需無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)中各節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)信令支持，無需對無線核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，且與2G網(wǎng)絡(luò)兼容，易實現(xiàn)，成本低，因而推廣迅速。SUPL定位方式使移動終端直接建立從終端到GMLC的端到端對話，實現(xiàn)無線定位信息傳遞，并通過L

10、e接口實現(xiàn)與服務(wù)提供商的互通。SUPL的典型體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2SUPL體系結(jié)構(gòu) 從圖2中可以看出，SUPL定位平臺（SLP）由SUPL定位中心（SLC）和SUPL位置中心（SPC）兩部分組成，SUPL定位平臺和SUPL終端（SET）之間的接口為LUP（Location User Plane），接口采用OMA的ULP（User plane Location Protocol）協(xié)議。支持SUPL接口功能的SET具備的功能有：私密功能、安全功能、SET預(yù)備功能、輔助信息發(fā)送功能和位置計算功能等。2.3SUPL A-GPS的網(wǎng)絡(luò)通信過程（1）SUPL LUP接口定義LUP的功能從邏輯上可分為定位

11、服務(wù)管理接口和定位計算接口。其中，定位服務(wù)管理接口用來在SLP和SET之間建立會話并執(zhí)行SLC的功能，其消息定義如表1所示。定位計算接口在SET和SLP之間傳送位置計算信息，它執(zhí)行SPC的功能，其消息定義如表2所示：表1定位服務(wù)管理接口消息定義（代理模式）表2定位計算接口消息定義 （2）網(wǎng)絡(luò)通信過程在SUPL中，可分為代理模式和非代理模式。在代理模式下，SPC不再直接與SET通信，而是由SLC作為代理完成SET和SPC之間的通信；在非代理模式下，SPC將直接與SET進(jìn)行通信。另外，由于終端歸屬地的不同，又可分為漫游和非漫游兩種情況。在這里為了便于討論，只針對非漫游代理模式的通信過程做出分析。網(wǎng)

12、絡(luò)端和SET均可發(fā)起網(wǎng)絡(luò)通信，圖3給出了由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的定位通信過程：圖3非漫游代理模式下網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的定位通信過程 在圖3中，（A）由SUPL代理向H-SLP（Home SLP）發(fā)送一個MLP SLIR請求消息，該消息中包含ms-id、client-id和qop等；（B）H-SLP核實當(dāng)前目標(biāo)SET沒有處于SUPL漫游當(dāng)中且支持SUPL功能；（C）H-SLP使用WAP PUSH或SMS向SET發(fā)送一個SUPL INIT消息，該消息應(yīng)該包括session-id、posmethod、SLP mode等；（D）SET收到SUPL INIT后，建立與H-SLP通信的安全數(shù)據(jù)連接；（E）SET向H-SLP發(fā)送

13、一個SUPL POS INIT消息來開始一個定位會話，該消息中包含有session-id、lid、SET capabilities等，SET可能會在其中設(shè)置被請求的輔助數(shù)據(jù)；（F）H-SLP根據(jù)SUPL POS INIT提供的定位協(xié)議選取相應(yīng)的通信協(xié)議（RRLP/RRC/TIA-801）與SET進(jìn)行連續(xù)的定位數(shù)據(jù)交換。（G）當(dāng)位置信息計算結(jié)束時，H-SLP向SET發(fā)送SUPL END消息通知SET定位會話結(jié)束，同時SET釋放和H-SLP之間的安全I(xiàn)P連接和相關(guān)會話資源；（H）H-SLP向SUPL代理通過發(fā)送MLP SLIA消息返回SET位置信息，同時釋放所有相關(guān)的會話資源。由SET發(fā)起的定位通

14、信過程與圖3所示區(qū)別不大，從（E）開始的步驟與圖3相同，只是在最后發(fā)送SUPL END消息并釋放相關(guān)資源后，整個通信過程結(jié)束。不同的是SUPL代理可與SET集成，SET首先建立與H-SLP的安全數(shù)據(jù)連接，而后向H-SLP發(fā)送SUPL START消息，H-SLP在核實當(dāng)前目標(biāo)SET沒有處于SUPL漫游當(dāng)中且支持SUPL功能后，發(fā)送SUPL RESPONSE消息作為對SUPL START消息的回應(yīng)。由SET發(fā)起的定位通信過程如圖4所示：圖4非漫游代理模式下SET發(fā)起的定位通信過程2.4A-GPS的定位計算方法A-GPS的定位計算可以分為MS-Based方式和MS-Assisted方式。在MS-Ba

15、sed方式中，計算由終端完成；而在MS-Assisted方式中，定位計算由網(wǎng)絡(luò)基于SET提供的測量數(shù)據(jù)完成。兩種定位計算方法各有利弊：MS-Assisted的優(yōu)點是對終端的要求低，但具有時延較大、不適合高速行駛情況下的定位等缺點。相比而言，MS-Based方法的優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)小且定位時延小；適合短時間內(nèi)的連續(xù)定位情況；在網(wǎng)絡(luò)不能提供輔助的情況下，可以使用自治的GPS功能來定位，因而可靠性高；此方式下無需核心網(wǎng)絡(luò)作任何改進(jìn)，成本較低?？傮w而言，MS-Based方式是比較可取的定位方式。3、A-GPS的應(yīng)用A-GPS定位技術(shù)的主要功能是能夠為終端用戶提供高精度的位置信息。移動運營商采用基于A-GP

16、S定位技術(shù)的位置服務(wù)后，終端用戶可以方便快捷地獲知自己或他人當(dāng)前所處的位置，特別適用于車輛跟蹤與導(dǎo)航系統(tǒng)以及具有特殊任務(wù)的車輛（運鈔車、救護(hù)車、消防車等），能夠大幅度提高車輛安全、運輸效率和服務(wù)質(zhì)量。目前，國內(nèi)移動通信市場日益發(fā)展，特別是隨著3G商用的臨近，中國移動和中國聯(lián)通都制訂和推出了各自的A-GPS方案。中國移動正在制訂的A-GPS方案基于OMA的SUPL規(guī)范，是一種用戶平面的解決方案；中國聯(lián)通提供的gpsOne是MS-Assisted方式的A-GPS定位方案，也基于用戶平面方式，目前只用于CDMA網(wǎng)絡(luò)。4、結(jié)束語隨著位置業(yè)務(wù)的發(fā)展，定位精度日益被重視。作為目前定位精度最高的移動定位技術(shù)

17、，A-GPS的應(yīng)用空間更加廣闊?；贏-GPS的位置業(yè)務(wù)必然會成為繼語音、數(shù)據(jù)之后的又一大業(yè)務(wù)增長亮點。目前基于GSM網(wǎng)獲取用戶位置信息（亦稱LBS）的技術(shù)主要有以下3種:1 COO（Cell of Origin） COO定位技術(shù)即基于Cell-ID的定位技術(shù)，是美國E911無線定位呼叫的第一階段采用的技術(shù)，也是定業(yè)務(wù)平臺首先采用的定位方式。這種技術(shù)不需要更改手機或者網(wǎng)絡(luò)，因此能夠在現(xiàn)存的手機的基礎(chǔ)上構(gòu)造位置查找系統(tǒng)。它通過采集移動臺所處的小區(qū)識別號（Cell-ID號）來確定用戶的位置。只要系統(tǒng)能夠采集到移動臺所在小區(qū)基站在地圖上的地理位置，以及小區(qū)的覆蓋半徑，則當(dāng)移動臺在所處小區(qū)注冊后，系統(tǒng)

18、就會知道移動臺處于哪一小區(qū)，當(dāng)然小區(qū)的定位精度取決于其半徑。在城市商業(yè)區(qū)，COO定位完全能夠滿足要求。COO技術(shù)具體實現(xiàn)又分為兩種： （1）基于網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法：服務(wù)器從網(wǎng)元（如MSC/VLR和SGSN）獲得Cell-ID，再由服務(wù)器把Cell-ID翻譯成可以直接應(yīng)用的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。這種方法的好處是手機不需任何改變，只需對現(xiàn)網(wǎng)稍做改動（僅升級交換機軟件）就可支持定位服務(wù)。 （2）基于手機的實現(xiàn)方法：手機把它的Cell-ID通過WAP或SMS發(fā)給服務(wù)器；服務(wù)器把Cell-ID翻譯成可以直接應(yīng)用的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。這種方法的好處是不需對現(xiàn)網(wǎng)做任何改動，只需手機增加相應(yīng)功能（如使用STK卡）就可支持定位功能。

19、2. E-OTD 增強觀測時差技術(shù) E-OTD定位技術(shù)是從測量時間差（OTD）發(fā)展而來的，OTD指測量時間差，E-OTD指測量的方式。具體實現(xiàn)方式如下： 手機需要測量至少三個基站的到達(dá)測量時間量（OTD值）； 然后手機把上述OTD測量值上傳到SMLC（SERVING MOBILE LOCATION CENTER），SMLC一般放置在BSC內(nèi)完成位置計算； 同時放置在BTS側(cè)的LMU（LOCATION MEASUREMENT UNIT）測量基站的參考時間量(RTD)并上傳到SMLC； SMLC根據(jù)得到的測量時間差（OTD）和參考時間差（RTD）算出幾何時間量（GTD）,GTD=OTD-RTD，由

20、GTD可以計算出手機的位置（通過測量三個 BTS到手機的信號傳輸時間，則可分別確定 三個BTS與手機之間的幾何距離，然后再根據(jù)此距離進(jìn)行計算，最終確定手機的位置）完成定位服務(wù)。 上述第三步之所以要考慮測量參考時間量，是因為GSM網(wǎng)基站并不嚴(yán)格同步，因此需增加測量基站參考時間量這一環(huán)節(jié)。3. AGPS 直接采用GPS接收機定位實現(xiàn)簡單但面臨一個問題，由于在市區(qū)內(nèi)或建筑物內(nèi)一般很難收到衛(wèi)星發(fā)回的GPS信號，無法實現(xiàn)定位，因此引入了A-GPS定位方法。 它的基本思想是通過在衛(wèi)星信號接收效果較好的位置上設(shè)置若干參考GPS接收機，并利用GSM網(wǎng)把接收到的輔助GPS信號發(fā)給手機；同時配有GPS計算晶片的手機根據(jù)GSM網(wǎng)傳來的GPS數(shù)據(jù)計算手機位置，這種方法將GPS與GSM網(wǎng)結(jié)合，實現(xiàn)一種精度高、定位快的方式-輔助GPS定位。 綜合考慮投入成本、對現(xiàn)網(wǎng)的改變、對手機的要求等因素，目前世界上基于GSM網(wǎng)實現(xiàn)無線定位的技術(shù)方案主要采用基于Cell-ID的定位技術(shù)，因為這種技術(shù)實現(xiàn)簡