移動通信基站定位技術移動通信技術01基本原理蜂窩小區定位場強定位法到達角定位目錄03020405到達時間定位數據庫定位時間差定位目錄0706基本信息利用移動通信基站進行定位是近年來移動通信應用發展的新方向，也是第三代移動通信研究的一個重要方向。隨著移動通信技術的發展，人們在全球范圍內建立了大量的通信基站，利用通信基站作為無線定位基站成為移動通信絡提供LBS業務的新途徑，使得移動通信終端也具備了定位功能，并進一步降低了移動定位的成本，增強了移動通信功能的實用性。基本原理基本原理移動通信基站定位從定位計算的原理上大致可以分為3種類型：基于三角關系和運算的定位技術、基于場景分析的定位技術和基于臨近關系的定位技術。

基于三角關系和運算的定位技術這種定位技術根據測量得出的數據，利用幾何三角關系計算被測物體的位置，它是最主要的也是應用最為廣泛的一種定位技術。基于三角關系和運算的定位技術可以細分為兩種：基于距離測量的定位技術和基于角度測量的定位技術。（1）基于距離測量的定位技術這種定位技術首先需要測量己知位置的參考點（A、B、C3點）與被測物體之間的距離，然后利用三角知識計算被測物體的位置。具體而言，距離測量的方法包括：直接通過物理動作和移動來測量參考點與被測物體之間的距離；測量參考點與被測物體之間的無線電波傳播時間；測量無線電波能量從參考點與被測物體之間的衰減。（2）基于角度測量的定位技術基于角度的定位技術與基于距離測量的定位技術在原理上是相似的，兩者主要的不同在于前者測量的主要是角度，而后者測量的是距離。場強定位法定位原理使用條件定位精度場強定位法定位原理場強定位法的理論依據是無線信號的大尺度傳播模型。在大尺度傳播模型中，如果基站采用全向天線，則基站信號功率的衰減為信號傳播距離的函數。因此，根據基站發射功率和移動目標接收功率，便可計算出信號的傳播距離，移動目標則位于以基站為圓心，兩者距離為半徑的圓上。對不在同一直線上的3個基站進行測量，由此確定的3個圓的交點即為移動目標的位置。定位精度場強定位方法是定位技術中最不可靠的一種。在蜂窩絡中，場強測量值的誤差通常較大，由于小區基站的扇形特性，天線有可能傾斜以及無線系統的不斷調整，多徑和陰影效應，都會對信號場強產生不同程度的影響；由于陰影衰落效應，若采用不合適的路徑損耗模型時會造成較大的標準偏差。使用條件場強定位方法適用于已有標準信號強度測量報告的系統。在GSM中，可以在移動終端處于激活狀態下，直接利用標準測量報告就可滿足定位需求，系統升級簡單，且不需改動現有移動終端，但在定位準確度要求較高時不宜采用這種技術。蜂窩小區定位蜂窩小區定位獲取移動目標當前所在小區的ID從而得到其位置信息，是最簡單的一種定位方法，也是當今無線絡中廣泛采用的定位技術。另外，它也能為基于位置的計費和信息需求提供服務。由于小區是任何無線蜂窩系統的固有特性，只需對當前系統作很少改動就可適用這種技術。起源蜂窩小區定位技術可以發展為基于絡或基于移動目標的實現方式。前者由絡獲取移動目標所處于小區的ID，無需對移動目標作任何改動，但這樣只能在移動目標處于激活態下才能進行。后者需要在每個小區廣播本小區基站的地理坐標，移動目標根據所在小區的廣播信息，獲知自己的位置信息。起源蜂窩小區定位技術實際上是基于臨近關系的定位，它是根據移動終端所處的小區標識號（CellID）來確定移動終端的位置，無需對移動終端和絡進行升級，僅需在現有絡中增加一些定位軟件即可直接向現有的移動用戶提供最基本的基于位置的定位服務。小區定位技術的定位精度取決于小區的大小，與其他方法相比，其精度最低，誤差一般大于125m。例如，在使用微小區的城市中心地區，小區直徑只有150m左右；而在使用宏蜂窩的業務量稀少的偏遠地區，小區直徑可以從幾公里到幾十公里，基于小區ID的定位很難滿足較高精度定位的需求。基于小區ID的定位方法的最大優勢是響應十分快，它確定位置信息的響應時間約為3s左右，而且如果采用基于絡的實現方式，無需對手機升級，就可直接向現有用戶提供基于位置的服務。到達角定位定位原理使用條件定位精度到達角定位定位原理信號到達角定位技術是由兩個或更多基站通過測量接收信號的到達角來估計移動用戶的位置。接收機通過天線陣列測出電波的入射角，從而構成一根從接收機到發射機的徑向連線，即方位線。基站利用接收機天線陣列測出接收到的移動終端發射電波的入射角（信號的方向），構成從接收機（基站）到移動終端的徑向連線，即方位線。兩根連線的相交點即為移動終端的位置。兩個基站的到達角測量就能確定目標移動終端的位置。利用兩個或兩個以上接收機提供的到達角測量值，按到達角定位算法確定多條方位線的焦點，即為待定位移動終端的估計位置。定位精度當移動終端距離基站較遠時，基站定位角度的微小偏差會產生定位距離的較大誤差。多徑傳播和其他環境因素的影響，也會嚴重影響定位精度。在室內環境下，周圍的物體或墻體都會阻擋視距（LineofSight，LOS）信號路徑，因此，到達角技術不適用于低成本的室內定位系統，較適合于多徑影響較小的郊區。使用條件到達角定位法需要在基站處架設昂貴的高精度智能天線陣列，在每個小區基站上需放置4～12組的天線陣，且只能從反向鏈路定位。到達時間定位工作原理使用條件定位精度到達時間定位工作原理信號到達時間定位方法是通過測量移動終端發出的定位信號（上行鏈路信號）到達多個基站的傳播時間來確定移動終端的位置，該方法至少需要3個基站。發射的信號在自由空間中的傳播速度為光速，當一個基站檢測到一個信號時可以確定其絕對的到達時間。如果同時知道移動終端發射信號的時間，則這兩個信號的時間差可以用來估計信號從移動終端到基站經歷的時間。經過3次（二維空間）或4次（三維空間）測量即可確定目標的位置。定位精度TOA定位技術的定位精度一般優于到達角度定位技術和起源蜂窩小區定位技術，響應時間比起源蜂窩小區定位或增強型觀測時間差定位法更長。多徑效應也限制了TOA定位技術的室內定位。使用條件TOA定位技術要求接收信號的基站知道信號的開始傳輸時刻，并要求移動終端和基站的時間精確同步。TOA定位技術無需改造現有移動終端，但不適用于沒有時鐘同步的系統（如GSM）。如果絡能夠為基站提供統一的時間參考，就可以應用TOA技術的一個變種：到達時間差TDOA定位技術。時間參考可通過安裝GPS設備或在絡中設置時間參考點來提供。時間差定位時間差定位TOA定位技術不適用于沒有時鐘同步的系統（如GSM和UMTSTDD）。但只要絡能為基站提供統一的時間參考，還是可以應用TOA技術的一個變種：信號到達時間差（TDOA）技術。上行鏈路信號到達時間差（TDOA）方法上行鏈路信號到達時間差（TDOA）方法是一種基于移動終端上行信號的傳輸時間差的定位技術，是TOA技術的一個變種，通過計算信號從移動終端到不同基站的傳輸時間差來獲得位置信息的。TDOA技術需要測量的是移動目標上行信號到達不同基站的傳播時間差。根據移動目標信號經過不同路徑到達兩個基站的時間差，可以確定一個雙曲線，因此至少需要3個基站進行4次測量，以便確定兩條雙曲線，根據雙曲線的交點，可以確定移動目標的位置。基站的時間參考點可以通過安裝GPS設備或在絡中設置時間參考點來實現。TDOA在市區提供的定位精度會比起源蜂窩小區定位好一些，但是卻需要比起源蜂窩小區定位法或增強型觀測時間差定位法更長的響應時間。定位業務繁忙時會對絡產生較大的信令負擔。信號到達時間差定位技術受多徑干擾的影響較大，在CDMA絡中使用的精度較高，因為CDMA絡本身具有抗多徑干擾能力，實測結果可達55m，有望進一步提高到10～20m左右。TDOA技術要求所有參與定位的基站之間必須完全時間同步。但不需知道從移動終端發射的時間，也不需移動終端與基站之間的同步，在復雜環境下性能相對優越。數據庫定位數據庫定位相關數據庫定位（DCM）技術是一種通用技術，可以用于任何無線蜂窩絡中。它一般不能支持現有的移動目標，其最終性能很大程度上取決于匹配算法的優劣和位置服務器的計算和存儲能力，建立信號指紋數據庫并對其進行持續的擴充和維護，是提高定位系統性能必不可少的開銷。相關數據庫定位技術的基本原理是：建立一個位置信息相關數據庫，存儲定位系統覆蓋范圍內每個位置所觀察到無線信號的特征信息；當需