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相關(guān)專(zhuān)題：
隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)的覆蓋面越來(lái)越廣，移動(dòng)電話(huà)／移動(dòng)臺(tái)(MS)普及率也越來(lái)越高，移動(dòng)電話(huà)發(fā)起的緊急呼叫數(shù)量在全部緊急呼叫中所占的比例也隨之上升�，F(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)能為移動(dòng)電話(huà)緊急呼叫提供的輔助決策信息非常少，調(diào)查表明，約有25%的移動(dòng)用戶(hù)在發(fā)起緊急呼叫時(shí)不知道所處的確切位置，這對(duì)極時(shí)合理的處警帶來(lái)很多限制。因此，美國(guó)FCC要求在2001年10月1日之前，移動(dòng)通信網(wǎng)要能為發(fā)起緊急呼叫的移動(dòng)用戶(hù)提供準(zhǔn)確的定位信息。
蜂窩移動(dòng)電話(huà)定位技術(shù)分類(lèi)、原理和特點(diǎn)
根據(jù)進(jìn)行定位計(jì)算并獲得定位結(jié)果的位置以及在何處應(yīng)用該定位結(jié)果，可以將蜂窩電話(huà)定位系統(tǒng)分為：自主定位系統(tǒng)、遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)、間接自主定位系統(tǒng)和間接遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)。在自主定位系統(tǒng)中，MS可以接收周?chē)?BTS)的信息并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男盘?hào)參數(shù)測(cè)量，并利用這些測(cè)量值算出MS的位置。在遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)中，MS發(fā)出的信號(hào)被一個(gè)或多個(gè)接收機(jī)接收、測(cè)量，測(cè)量值被送往定位中心(LC)進(jìn)行運(yùn)算求出該MS的定位值，這些定位信息可以在LC應(yīng)用，也可以傳給其它系統(tǒng)應(yīng)用，如計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度決策系統(tǒng)等。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要將主定位信息傳給遠(yuǎn)端的應(yīng)用中心(稱(chēng)作間接遠(yuǎn)程定位)或?qū)⑦h(yuǎn)程定位中心算出的定位數(shù)據(jù)傳給有關(guān)的MS(間接自主定位)應(yīng)用，這就是所謂的間接定位。
定位系統(tǒng)可以利用信號(hào)強(qiáng)度(SS)、載波相位(CP)、信號(hào)到達(dá)角度(AOA)和時(shí)間測(cè)量值(包括信號(hào)到達(dá)時(shí)間TOA、信號(hào)到達(dá)時(shí)間差TDOA)以及它們的組合進(jìn)行定位估算。每個(gè)參數(shù)測(cè)量值可以確定目標(biāo)所在的一條軌跡，多個(gè)測(cè)量值可以確定目標(biāo)所處的多條軌跡，通過(guò)求解軌跡交點(diǎn)便可以確定移動(dòng)目標(biāo)的位置。在某些情況下(如無(wú)法獲得足夠多的參數(shù)測(cè)量值)，軌跡交點(diǎn)可能并非唯一，即出現(xiàn)定位點(diǎn)的模糊性(如TOA或TDOA二維定位，兩軌跡相交時(shí)可能有2個(gè)交點(diǎn)，如圖1(a)、(b)，可以通過(guò)一系列方法加以解決。例如利用與移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡連續(xù)性有關(guān)的先驗(yàn)信息或者額外的測(cè)量值(如SS、AOA、TOA、TDOA)來(lái)確定真實(shí)的定位點(diǎn)，更多的測(cè)量值將有助于提高定位精度和可靠性。
在一個(gè)具體的蜂窩定位系統(tǒng)中可以采用同類(lèi)型的測(cè)量值或不同類(lèi)型的測(cè)量值來(lái)確定MS所處的不同軌跡，求解其交點(diǎn)進(jìn)行定位。如圖1(a)、(b)、(c)分別是利用多個(gè)TOA、TDOA、AOA測(cè)量值進(jìn)行定位的同類(lèi)測(cè)量值定位方法。TOA測(cè)量要求MS的發(fā)射與所有BTS的接收精確同步(1μs的定位誤差將導(dǎo)致300m的定位誤差)，并且在其發(fā)射信號(hào)中要包含發(fā)射時(shí)間標(biāo)記以便接收基站信號(hào)到達(dá)時(shí)間確定信號(hào)所傳播的距離。TDOA測(cè)量的是MS發(fā)射的信號(hào)到達(dá)不同BTS的傳播時(shí)間差而不是確切的傳播時(shí)間，因此不需要MS與BTS間的精確同步，也不需要在其發(fā)射信號(hào)中加上發(fā)射時(shí)間標(biāo)記，即不需增加上行鏈路的數(shù)據(jù)量。所以對(duì)于公用蜂窩網(wǎng)MS的準(zhǔn)確定位而言，進(jìn)行TDOA測(cè)量更具有實(shí)際意義。AOA定位只需要2個(gè)BTS進(jìn)行AOA測(cè)量便可唯一確定一個(gè)二維定位點(diǎn)，不存在定位點(diǎn)的模糊性，但需要更換所有的BTS天線(xiàn)。不同類(lèi)測(cè)量值定位的典型例子是利用AOA與TOA或TDOA組合進(jìn)行定位。
蜂窩電話(huà)定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案
蜂窩電話(huà)定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案可以有三種：基于MS、基于網(wǎng)絡(luò)和混合方式的定位系統(tǒng)。它們各有特點(diǎn)，請(qǐng)見(jiàn)表1。
表1 基于MS、基于網(wǎng)絡(luò)和混合方式的定位系統(tǒng)比較
| 基于MS | 基于網(wǎng)絡(luò) | 混合方式 |
系統(tǒng)要求 | 同步 | 同步、LC(置于MSC)、定位接收器(改進(jìn)的BTS) | 同步、LC |
定位現(xiàn)有MS | 不可以 | 可以 | 不可以 |
參數(shù)測(cè)量位置 | MS | 定位接收器(BTS) | MS |
自主定位 | 可以 | 通過(guò)SMS間接定位 | 通過(guò)SMS間接定位 |
遠(yuǎn)程定位 | 通過(guò)SMS間接定位 | 可以 | 可以 |
同時(shí)定位 的容量 | 無(wú)限制(與蜂窩網(wǎng)MS容量同) | 取決于蜂窩網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸能力和LC的信息處理能力 | 較大，主要決定于從MS采集TOA測(cè)量值的能力 |
連續(xù)定位 | 可以 | 可以，但有很大局限性 | 可以，但對(duì)定位容量有影響 |
對(duì)跳頻和功率控制的敏感性 | 不敏感 | 敏感 | 不敏感 |
附加于蜂窩網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息量 | 少 | 多 | 多 |
基于MS的定位系統(tǒng)屬于自主定位系統(tǒng)，有兩類(lèi)：一是將GPS或GLONASS接收機(jī)集成于MS中。其最大優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，除了要對(duì)MS改進(jìn)外，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有的蜂窩網(wǎng)做任何改動(dòng)，只需在MS與特定的應(yīng)用中心之間建立數(shù)據(jù)鏈路(如SMS)，就可以進(jìn)行GPS／GLONASS定位信息與控制信息的傳送，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用功能。另一類(lèi)是MS接收不同BTS的信號(hào)，通過(guò)測(cè)量TDOA進(jìn)行運(yùn)算定位。這種系統(tǒng)要求對(duì)現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)作必要的改進(jìn)，除了要在MS中采用抗多徑算法和定位算法來(lái)精確測(cè)量TDOA之外，還應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)同步方面采取適當(dāng)措施，如通過(guò)發(fā)射設(shè)備廣播GSP時(shí)間并在每個(gè)BTS中進(jìn)行校時(shí)接收，也可以用專(zhuān)門(mén)的接收機(jī)監(jiān)測(cè)不同BTS間的時(shí)鐘差并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路(如短消息業(yè)務(wù)SMS)傳給MS�？梢杂糜赥DOA測(cè)量的最簡(jiǎn)單的邏輯信道是廣播控制信道BCCH，因其突發(fā)不受跳頻和功率控制的影響并且重復(fù)頻度也比同步信道SCH要高。另外，可以通過(guò)SMS將MS的定位數(shù)據(jù)傳往遠(yuǎn)端的應(yīng)用中心，構(gòu)成間接遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)。
基于網(wǎng)絡(luò)的蜂窩電話(huà)定位方案
基于網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)屬于遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)，是由不同的BTS接收MS發(fā)射的信號(hào)，進(jìn)行參數(shù)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)MS的定位，如圖2(c)。實(shí)際的實(shí)現(xiàn)方案有兩種。一種是在BTS中增加定位接收單元處理來(lái)自MS的給定頻道的業(yè)務(wù)信道TCH中的突發(fā)信息，以進(jìn)行TOA測(cè)量并送往定位中心LC(可以設(shè)于MSC)，計(jì)算TDOA值、求解定位點(diǎn)。要進(jìn)行精確的TDOA測(cè)量和定位，基站網(wǎng)絡(luò)必須同步或者各BTS間的時(shí)鐘差在LC中已知(這可以通過(guò)多種方法做到)。另外，有些蜂窩網(wǎng)的TCH具有跳頻和功率控制功能，BTS中的定位接收單元要能夠適應(yīng)。
另一種實(shí)現(xiàn)方案是利用現(xiàn)有GSM系統(tǒng)中用于移動(dòng)用戶(hù)突發(fā)定時(shí)控制的時(shí)隙超前信息。只要對(duì)給定的MS實(shí)施兩次強(qiáng)制切換就可以得到三個(gè)時(shí)隙超前量，從而為該MS的定位提供足夠的信息，更多的切換有利于提高定位精度。基于網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需對(duì)現(xiàn)有的MS進(jìn)行任何改進(jìn)而只需在BTS和MSC中增加有關(guān)定位的硬件和軟件功能便可提供有關(guān)MS定位的諸多服務(wù)，因而對(duì)開(kāi)發(fā)現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)的定位服務(wù)功能更具有吸引力。
混合方式蜂窩定位系統(tǒng)方案
混合方式定位系統(tǒng)是上述兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組合。一種解決方案是在MS中增加TOA測(cè)量功能對(duì)來(lái)自不同BTS的突發(fā)進(jìn)行TOA測(cè)量，并將其送往LC(可利用SMS)，LC利用MS送來(lái)的不同的TOA值產(chǎn)生TDOA通過(guò)定位算法求得MS的定位值。MS可以利用廣播控制信道BCCH或同步信道SCH進(jìn)行TOA測(cè)量，它們都不受跳頻和功率控制因素的影響。
蜂窩移動(dòng)電話(huà)定位系統(tǒng)的應(yīng)用
蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的覆蓋面和用戶(hù)量都已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，并正在快速增長(zhǎng)。除了提供現(xiàn)有的各種移動(dòng)通信業(yè)務(wù)外，還可以充分利用現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)資源為移動(dòng)用戶(hù)和有關(guān)的社會(huì)安全、公眾服務(wù)及商業(yè)運(yùn)營(yíng)部門(mén)等提供關(guān)于MS定位的增值服務(wù)。
緊急呼叫定位服務(wù)
移動(dòng)用戶(hù)的流動(dòng)性使得很多情況下用戶(hù)對(duì)周?chē)h(huán)境并不熟悉，因此緊急呼叫時(shí)很難準(zhǔn)確描述其所處的地理位置，這對(duì)處警十分不利甚至貽誤時(shí)機(jī)。如果移動(dòng)用戶(hù)發(fā)出緊急呼叫(如110、119、120、122等)的同時(shí)，能自動(dòng)地將MS的確切定位值提供給有關(guān)部門(mén)，并與GIS及其它的調(diào)度管理應(yīng)用系統(tǒng)配合構(gòu)成高度智能化的計(jì)算機(jī)輔助決策(CAD)系統(tǒng)，將為快速、準(zhǔn)確、科學(xué)合理地接警處警打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，極大地提高社會(huì)聯(lián)動(dòng)公眾緊急服務(wù)的現(xiàn)代化水平。
個(gè)人定位服務(wù)
在旅行時(shí)，可以通過(guò)有關(guān)的服務(wù)中心獲得就近的賓館信息等；可以利用特制的MS對(duì)需要限制活動(dòng)范圍的移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位跟蹤監(jiān)視，如某些老年病患者或處于假釋期的犯人等。
打擊針對(duì)蜂窩電話(huà)的犯罪活動(dòng)
對(duì)失竊電話(huà)或逃避巨額話(huà)費(fèi)的蜂窩電話(huà)進(jìn)行定位追蹤，可以有效地打擊針對(duì)蜂窩電話(huà)的犯罪。
智能交通系統(tǒng)(ITS)
自動(dòng)車(chē)輛定位系統(tǒng)(AVLS)是ITS的核心，如ITS交通控制系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)交通流分配、集成信息服務(wù)系統(tǒng)中的定位導(dǎo)航、安全保障系統(tǒng)中的事故應(yīng)急／安全防范／車(chē)輛追蹤、運(yùn)輸管理系統(tǒng)中的車(chē)輛調(diào)度管理等都離不開(kāi)它。利用蜂窩定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的AVLS將定位、通信、計(jì)算機(jī)信息處理與控制等構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，更有利于多種信息的融合。并且，與其它的AVLS相比具有更好的城市覆蓋和靈活方便的漫游管理功能等。
蜂窩系統(tǒng)設(shè)計(jì)與資源管理
對(duì)蜂窩電話(huà)進(jìn)行準(zhǔn)確定位有利于蜂窩系統(tǒng)資源和移動(dòng)性管理；從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)MS的長(zhǎng)期定位觀察可以為系統(tǒng)蜂窩的合理布局與構(gòu)建以及系統(tǒng)資源配置等提供重要的實(shí)踐數(shù)據(jù)，促進(jìn)蜂窩系統(tǒng)的逐步完善和高效運(yùn)行。
實(shí)行位置差別費(fèi)率計(jì)費(fèi)
根據(jù)通信時(shí)MS所處的不同位置(如家里、辦公室或路上)實(shí)行不同的費(fèi)率標(biāo)準(zhǔn)，有利于提高蜂窩系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)競(jìng)爭(zhēng)力、吸引更多的新用戶(hù)、鼓勵(lì)用戶(hù)按其需要在適合的場(chǎng)所(家里、辦公室或路上)使用移動(dòng)業(yè)務(wù)、刺激用戶(hù)的移動(dòng)業(yè)務(wù)消費(fèi)。
蜂窩電話(huà)定位技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用具有廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，越來(lái)越受到人們的重視，但是還存在著一系列問(wèn)題有待解決。除了某些方案需要對(duì)現(xiàn)有移動(dòng)臺(tái)和／或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行必要的改進(jìn)外，還需要對(duì)蜂窩系統(tǒng)的定位性能，尤其是如何獲得滿(mǎn)意的定位精度等進(jìn)行深入的研究，因?yàn)橛行⿷?yīng)用需要較精確的定位，如定位到樓層。除了技術(shù)因素外，蜂窩電話(huà)定位技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用涉及的用戶(hù)個(gè)人的行蹤，還應(yīng)考慮個(gè)人隱私權(quán)利的保護(hù)等方面。
摘自《中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)研究組》
