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一、移動定位技術的分類
近年來，隨著用戶需求的增加，移動定位技術受到越來越多的關注，推動了對移動定位技術的研究及測距技術的發(fā)展。如何盡可能地利用現存網絡資源，低成本地實現對用戶的精確定位一直是研究的焦點。實現移動定位主要有兩大類解決方案，第一類是由移動站(MS)主導的定位技術。單從技術角度講，這種技術更容易提供比較精確的用戶定位信息，它可以利用現有的一些定位系統(tǒng)，例如，在移動站中集成GPS接收機，從而利用現成的GPS信號實現對用戶的精確定位。但這類技術需要在移動站上增加新的硬件，這將對移動站的尺寸和成本帶來不利的影響。第二類是由基站(BS)主導的定位技術，這種解決方案需要對現存的基站、交換中心作出某種程度的改進，但它可以兼容現有的終端設備。其可選用的具體實現技術主要包括：測量信號方向(信號的到達角度，簡稱AOA)的定位技術、測量信號功率的定位技術、測量信號傳播時間特性(到達時間，簡稱TOA；到達時間差，簡稱TDOA)的定位技術。為了提高定位的精度，也可以采用利用采用上面數種技術的組合。
二、基于移動電信的定位方法
目前在基于移動電信技術的定位的典型方法有：TA(或稱為TA+CELL ID)；AOA、到達時間(TOA)、TDOA、TDOA、AOA：OTD、增強測量時間差(E-OTD)；多路徑圖型辨識；GPS、DGPS、Inverse DGPS、GPS輔助(A-GPS)，等。
l、TA
或稱Cell ID+TA，指小區(qū)識別號+時間提前量。時間提前量TA由基站測量后通知MS提前這段TA時間發(fā)送數據，目的是為了扣除基站與MS之間的傳輸時延。因此，TA方法就是用現有的參數TA估計MS和BTS之間的距離。如果MS在空閑模式，MS可能被尋呼或者主動發(fā)起呼叫(如緊急呼叫)，從而使SMLC獲得TA和Cell ID。如果MS在占用模式，SMLC向BSC發(fā)送消息獲取TA和Cell ID。SMLC將小區(qū)天線中心半徑為TA的圓環(huán)(對全向天線)或者圓環(huán)的部分(對定向天線)范圍內區(qū)域確定為MS所在區(qū)域。
時間提前量通過O？63bit/s來表示，若小區(qū)的半徑為35km，則定位精度約為550m。通常在小區(qū)密集的城市區(qū)域，小區(qū)的半徑很小，可以達到幾百米，此時定位的精度就很高了。但這種精度只能表示移動用戶和小區(qū)中心之間的距離，而不是精確的位置。
2、COO(Cell Of Origin)
起源蜂窩小區(qū)定位技術(COO)是最簡單的一種定位方式，它根據移動臺所處的小區(qū)識別號ID來確定用戶的位置。移動臺在當前小區(qū)注冊后，在系統(tǒng)的數據庫中就會有相對應的小區(qū)ID號。只要系統(tǒng)能夠把該小區(qū)基站設置的中心位置(在當地地圖中的位置)和小區(qū)的覆蓋半徑廣播給小區(qū)范圍內的所有移動臺，這些移動臺就能知道自己處在什么地方，查詢數據庫即可獲取位置信息。起源蜂窩小區(qū)技術是基于網絡的定位方案，它的優(yōu)點是無需對網絡和手機進行修改，響應時間短。但是，由此導致的缺點是精度較差。
3、AOA(Angle of Arrival)
測量信號的到達角度(Angle Of Arr技ive，簡稱AOA)也是一種在蜂窩網中常用的定位技術。這種方法需要在基站采用專門的天線陣列來測量特定信號的來源方向。對于一個基站來講，AOA測量可以得出特定移動站所在方向，當兩個基站同時測量同一移動站所發(fā)出的信號時，兩個基站各自測量AOA所得的方向直線的焦點就是移動站所在的位置。盡管這種定位方法的原理非常簡單，但在實際的應用中存在一些難以克服的缺點。首先，AOA定位要求被測量的移動站與參與測量的所有基站之間，射頻信號是視線傳輸(LOS)的。非視線傳輸(NLOS)將會給AOA定位帶來不可預測的誤差。即使是在以LOS傳輸為主的情況下，射頻信號的多徑效應依然會干擾AOA的測量。其次，由于天線設備角分辨率的限制，AOA的測量精度是隨著基站與移動站之問的距離的增加而不斷減小的。
由于測量AOA的定位方法具有上述的特點，所以對于處于城市地區(qū)的微小區(qū)來講，引起射頻信號反射的障礙物多且其到移動站的距離與小區(qū)半徑可以相比，這樣就會引起比較大的角測量誤差。在這種情況下，基于AOA的定位方法沒有實際的意義。對于宏小區(qū)，因為其基站一般處于比較高的位置，與小區(qū)的半徑相比，引起射頻信號反射的障礙物多位于移動站附近，NLOS傳輸引起的角測量誤差比較小。所以測量信號到達角度的定位方法多用于宏小區(qū)，或者與其他定位技術混合使用來提高定位的精度。
4、TOA(Time of Arrival)
TOA定位方式可在現有的任何手機上實現，手機無需作任何改動。要定位的手機發(fā)出一已知信號，三個或多于三個LMU同時接收該信號，已知信號是手機執(zhí)行異步切換時發(fā)出的接入突發(fā)信號；各LMU得到信號到達時的絕對GPS時間后，可得到相對時間差(RTD)；根據前兩步的信息，SMLC進行兩兩比較，計算突發(fā)信號到達時間差(TDOA)，得出精確位置，并回到應用中。要通過三角計算得出手機精確位置，必須知道另外兩個參數：LMU的地理位置和各LMU之間的時間偏移量。例如各LMU必須提供的絕對GPS時間，或在已知位置的地點放置參考LMU可得到實際時間差(RTD)參數。
LMU用接入突發(fā)信號確定TOA。當定位請求發(fā)出時，LMU被選定，且配置正確的頻率，以便接收接入突發(fā)信號。此時，手機在業(yè)務信道(可能會處于跳頻方式)上，以特定功率發(fā)送達70個接入脈沖(時長320ms)。各LMU通過多種方式實現和改善TOA的測量結果。利用收到的突發(fā)信號可提高測量成功概率和測量精度。采用分集技術(如天線分集和跳頻)，可降低多徑效應的影響，提高測量精度。當某個應用需要知曉手機位置時，該應用向SMLC發(fā)出請求，同時告知手機號碼和定位精度要求。被測量的TOA參數及其誤差值一同被采集并發(fā)送到SMLC，根據該數據，SMLC可計算出應用所需要的手機位置，再將位置信息和誤差范圍發(fā)送回應用。
TOA定位方式需要附加硬件(LMU)，以達到精確計算突發(fā)信號到達時間的目的。實現方式有多種：LMU既可集成在BTS內，也可作為單獨設備。LMU作為單獨設備時，既可有單獨的天線，也可與BTS共享天線，通過空中接口實現網絡間通信。
5、TDOA(Time Difference of Arrival)
一種基于反向鏈路的定位方法，通過檢測移動臺信號到達兩個基站的時間差來確定移動臺的位置，移動臺必定位于以兩個基站為焦點的雙曲線方程上，確定移動臺的二維位置坐標需要建立兩個以上雙曲線方程，也就是說需要至少三個以上的基站接收到移動臺信號，而兩個雙曲線的交點即為移動臺的二維位置坐標。
TDOA方法不要求知道信號傳播的具體時間，還可以消除或減少在所有接收機上由于信道產生的共同誤差，在通常情況下，定位精度高于TOA方法。但由于功率控制造成離服務基站近的移動臺發(fā)射功率小，使得相鄰基站接受到的功率非常小，造成比較大的測量誤差，即相鄰基站接受到的功率非常小，造成比較大的測量誤差，即相鄰基站的SNR太小帶來的測量誤差。目前針對這種情況已有了一些解決辦法，如在E-91l呼叫時將移動臺發(fā)射功率瞬間調到最大，可以提高定位精度，但會對CDMA網絡的容量有一定程度的影響。
6、E-OTD
E-OTD定位方式是從測量時間差(OTD)發(fā)展而來的，OTD指測量所得的時間量，E-OTD指測量的方式。手機無需附加任何硬件便可得到測量結果。對于同步網，手機測量幾個BTS信號的相對到達時間；對于非同步網，信號同時還需要被一個位置已知的LMU接收。確定了BTS到手機的信號傳輸時間，則可確定BTS與手機之間的幾何距離，然后再根據此距離進行計算，最終確定手機的位置。
手機收到各基站發(fā)來信號，得到TOA參數；LMU得到RTD參數；手機將TOA和RTD參數傳送到GSM網。OTD測量需要用同步、標準且模擬的脈沖。當BTS發(fā)送的幀未被同步時，網絡需要測量BTS之間的RTD。為了進行精確的三角測量，OTD測量和RTD測量(非同步BTS時)均需要3個BTS。獲得OTD參數后，手機位置既可在網絡中計算，也可在終端計算(要求手機具備各種必要信息)。前者稱為手機輔助方式，后者稱為手機自主方式。通過手機或網絡中的位置計算功能模塊，實現位置計算。
7、GPS
目前比較實用的GPS定位技術是網絡輔助的GPS定位，即定位時，網絡通過跟蹤GPS衛(wèi)星信號，解調出GPS導航信號，并將這些信息傳送給移動臺，移動臺利用這些信息可以快速的搜索到有效的GPS衛(wèi)星，接收到衛(wèi)星信號后，計算移動臺位置的工作可以由網絡實體或移動臺完成。
基于GPS系統(tǒng)的定位技術，其優(yōu)點是定位精度較高，定位半徑可達到幾米、十幾米。因此利用該重定位技術，可提供對定位精度要求較高的業(yè)務，如電子地圖顯示用戶位置等。其缺點是需要移動臺內置GPS天線和GPS芯片等模塊，并且需要支持IS-801協(xié)議，網絡側需要增加PDE和MPC；定位精度受終端所處環(huán)境的影響較大，如用戶在室內或在高大建筑物之間時，由于可見的GPS衛(wèi)星數量較少，定位精度將降低，甚至無法完成定位。
8、A-GPS(Assist GPS)
A-GPS(Assisted GPS)。A-GPS與GPS方案一樣，也需要在手機內增加GPS接收機模塊，并改造手機天線，但手機本身并不對位置信息進行計算，而是將GPS的位置信息數據傳給移動通信網絡，由網絡的定位服務器進行位置計算，同時移動網絡按照GPS的參考網絡所產生的輔助數據，如差分校正數據、衛(wèi)星運行狀態(tài)等傳遞給手機，并從數據庫中查出手機的近似位置和小區(qū)所在的位置信息傳給手機，這時手機可以很快捕捉到GPS信號，這樣的首次捕獲時間將大大減小，一般僅需幾秒的時間。不需像GPS的首次捕獲時間可能要2？3分鐘時間。而精度也僅為幾米，高于GPS的精度。QUALCOMM公司的gpsOne即采用A-GPS方案。
該方式有手機輔助方式和手機自主方式兩種：(1)手機輔助GPS定位方式。這種解決方案是將傳統(tǒng)GPS接收器的大部分功能轉移到網絡處理器上實現。該方式需要天線、RF單元和數據處理器等設備。GSM網向手機發(fā)送一串極短的輔助信息，包括時間、可視衛(wèi)星清單、衛(wèi)星信號多普勒參數和碼相位搜索窗口。這些參數有助于內置GP S模塊減少GPS信號獲得時間。輔助數據來自經手機GPS模塊處理后產生的偽距離數據，且可持續(xù)數分鐘。收到這些偽距離數據后，相應的網絡處理器或定位服務器能大致估算出手機的位置。GSM網增加必要的修正后，可提高定位精度。(2)手機自主GPS定位方式。這種手機包含一個全功能的GPS接收器，具有(1)方式中手機的所有功能，再加上衛(wèi)星位置和手機位置計算功能。運算開始時，需要的數據比手機輔助方式要多，這些數據能夠持續(xù)4小時以上或根據需要進行更新，通常包括時間、參考位置、衛(wèi)星星歷和時間校驗參數等。如果某些應用需要更高的精度，則必須持續(xù)(間隔約30s)向手機發(fā)差分GPS(DGPS)信號。DGPS信號在非常寬的地域范圍有效，以一個參考接收器為中心可服務于較寬的地域范圍。最終位置信息由手機本身計算得到，若需要，此定位信息可發(fā)送到其它任何應用中。
三、移動定位在安全領域的應用
1、緊急救援和求助
移動的不確定性給人們的安全帶來了一定的威脅。隨著活動范圍的擴大，這種威脅也越來越大。因此，危險情況下的緊急求援就顯得尤為重要。只要用戶的手機支持移動定位業(yè)務，用戶就可以撥打救援中心的電話，如中國的110、美國的911、日本的411電話。移動通信網絡就會將獲得的用戶位置信息和用戶的語音信息一并傳送到救援中心。報警用戶位置信息對于救援人員迅速到達現場很重要，救援中心接到呼叫后，根據得到的用戶位置信息，就能采取迅速、高效地救援活動，大大提高了救援的成功率。
北京慧立陽科技公司的GPS火車安全報警系統(tǒng)是由基于GPRS網絡的GPS在鐵路系統(tǒng)的一個應用。當同一條軌道上相鄰火車間距小于等于3km時，監(jiān)控中心能發(fā)出聲光預報警；當同一條軌道上相鄰火車間距小于等于2km時，監(jiān)控中心能發(fā)出緊急警告，提醒監(jiān)控中心調度人員注意。系統(tǒng)同時還具有統(tǒng)計、查詢、車輛和作業(yè)管理功能。
2、車導航、車輛追蹤、艦隊追蹤
在人口密集的大城市里，交通阻塞的問題急待解決，對車輛導航、智能交通的要求越來越迫切。為此發(fā)展出了智能交通系統(tǒng)ITS。而自動車輛定位系統(tǒng)AVLS是智能交通系統(tǒng)的核心，提供諸如車輛及旅客位置、車輛的調度管理、監(jiān)測交通事故、疏導交通等服務，從而實現動態(tài)交通流分配、定位導航、事故應急、安全防范、車輛追蹤、車輛調度等功能。利用蜂窩定位系統(tǒng)實現的自動車輛定位系統(tǒng)將定位、通信、計算機信息處理與控制等構成一個有機整體，有利于多種信息的融合，并且在城市覆蓋和靈活方便的漫游管理等方面具有優(yōu)勢。
3、移動黃頁查詢、防止手機盜打
移動互聯網技術與移動定位業(yè)務相結合，可以輕而易舉地實現移動黃頁查詢。移動網絡首先定位出用戶所處的位置，然后再根據互聯網提供的信息選出用戶所在地的相關信息，供用戶查詢。移動電話定位業(yè)務的開展，對制止移動電話的盜打非常有利。電信運營部門在發(fā)現盜打號碼后，可以不必禁止移動電話的使用，而利用無線網絡自動記錄盜打的準確時間和地點，從而為司法部門執(zhí)法提供最有力的證據。
四、手機定位前景廣闊
手機定位服務又叫做移動位置服務，它是通過電信商的網絡獲取手機用戶的位置信息，在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應服務的一種增值業(yè)務，被全球各大運營商公認為繼短信息之后的新一輪革命。它是通過復雜的數學模型，對移動通信網絡數據進行精密計算，得出移動用戶的經緯度坐標，在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應位置服務。該服務開通后，所有湖南移動用戶無須換卡或更換手機，無論身在何處，都能使用這項服務。
目前，上海聯通只開放“自己定位自己”的服務，懷揣一部定位手機，你即便是到一個陌生的街區(qū)，也能通過手機定位，查看到自己所處的位置，并能夠查看到周邊交通、餐飲、銀行等服務設施的位置信息。上海移動也已推出名為“手機地圖”的手機定位服務，與上海聯通一樣，上海移動目前也不開放“手機用戶間相互定位”。上海聯通定位服務已經應用于某大型出租公司，用來對運營車輛的監(jiān)控和調度。中國聯通推出的“關愛之星”業(yè)務由于可使家長通過自己的手機和子女身上一部類似手機的終端“小愛星”，隨時隨地查詢到孩子的實時位置，而引起家長的廣泛關注。廣州等地已推出針對出租車司機、盲人、老人的關愛服務，即當他們遇到意外情況時只需按求助鍵，求助中心就能夠得到他們的位置信息，及時趕到他們身邊，為他們提供必要的幫助。此外，在車輛調度、救援尋人業(yè)務、導航類業(yè)務和緊急求助業(yè)務等各個方面，定位服務都將大顯身手。聯通手機定位精度較高，在室外環(huán)境下的誤差僅在5-50米的范圍。該定位技術是借助CDMA1X網絡、采用GPSOne定位技術，并結合GIS(地理信息系統(tǒng))的地圖數據信息來實現的，無論在室內還是室外，只要有CDMAlX網絡覆蓋的地方，都可以實現定位。
據信息產業(yè)部電信研究院預測，到2005年，移動用戶中將有55%左右使用位置服務，全球定位服務市場的年收入將是一個160億美元的大蛋糕。目前國內此項業(yè)務2003年的營業(yè)收入為1600萬美元，但未來3年內將駛入快車道，至2006年，手機定位服務收入將達到12.55億美元。但從2003年7月推出位置服務以來，盡管增長比較快，但用戶數量并不大。目前聯通手機用戶中只有3%到4%使用位置服務。其中廣東經過半年多的努力，至今僅發(fā)展了不過200名用戶。由此看來，手機定位要駛入快行線，尚需時日。目前使用手機定位服務的多為高校學生等“新銳一族”以及司機等。司機以此獲取定位信息，從而在對路線的選擇、中途停留地點的選擇、對當地資源的利用等方面獲得便利，家人也可以隨時了解他們的位置，減少不必要的安全方面的擔心。另外，手機定位對盲人也有極大的幫助，在迷路的情況下，盲人能通過手機知道并告知他人自己的方位。其實手機定位的應用遠不止于個人定位、定位廣告、人員及物流調度、位置游戲等增值服務，還可以為公眾提供基于位置的公共安全服務，提高對各種災害、事故和案件受害者的救助效率。
