相關專題：
隨著移動通信技術的發(fā)展，無線蜂窩網的覆蓋面越來越廣，移動電話／移動臺(MS)普及率也越來越高，移動電話發(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。現(xiàn)有的蜂窩網能為移動電話緊急呼叫提供的輔助決策信息非常少，調查表明，約有25%的移動用戶在發(fā)起緊急呼叫時不知道所處的確切位置，這對極時合理的處警帶來很多限制。因此，美國FCC要求在2001年10月1日之前，移動通信網要能為發(fā)起緊急呼叫的移動用戶提供準確的定位信息。
蜂窩移動電話定位技術分類、原理和特點
根據(jù)進行定位計算并獲得定位結果的位置以及在何處應用該定位結果，可以將蜂窩電話定位系統(tǒng)分為：自主定位系統(tǒng)、遠程定位系統(tǒng)、間接自主定位系統(tǒng)和間接遠程定位系統(tǒng)。在自主定位系統(tǒng)中，MS可以接收周圍基站(BTS)的信息并進行適當?shù)男盘枀?shù)測量，并利用這些測量值算出MS的位置。在遠程定位系統(tǒng)中，MS發(fā)出的信號被一個或多個接收機接收、測量，測量值被送往定位中心(LC)進行運算求出該MS的定位值，這些定位信息可以在LC應用，也可以傳給其它系統(tǒng)應用，如計算機輔助調度決策系統(tǒng)等。在實際應用中，經常需要將主定位信息傳給遠端的應用中心(稱作間接遠程定位)或將遠程定位中心算出的定位數(shù)據(jù)傳給有關的MS(間接自主定位)應用，這就是所謂的間接定位。
定位系統(tǒng)可以利用信號強度(SS)、載波相位(CP)、信號到達角度(AOA)和時間測量值(包括信號到達時間TOA、信號到達時間差TDOA)以及它們的組合進行定位估算。每個參數(shù)測量值可以確定目標所在的一條軌跡，多個測量值可以確定目標所處的多條軌跡，通過求解軌跡交點便可以確定移動目標的位置。在某些情況下(如無法獲得足夠多的參數(shù)測量值)，軌跡交點可能并非唯一，即出現(xiàn)定位點的模糊性(如TOA或TDOA二維定位，兩軌跡相交時可能有2個交點，如圖1(a)、(b)，可以通過一系列方法加以解決。例如利用與移動目標運動軌跡連續(xù)性有關的先驗信息或者額外的測量值(如SS、AOA、TOA、TDOA)來確定真實的定位點，更多的測量值將有助于提高定位精度和可靠性。
在一個具體的蜂窩定位系統(tǒng)中可以采用同類型的測量值或不同類型的測量值來確定MS所處的不同軌跡，求解其交點進行定位。如圖1(a)、(b)、(c)分別是利用多個TOA、TDOA、AOA測量值進行定位的同類測量值定位方法。TOA測量要求MS的發(fā)射與所有BTS的接收精確同步(1μs的定位誤差將導致300m的定位誤差)，并且在其發(fā)射信號中要包含發(fā)射時間標記以便接收基站信號到達時間確定信號所傳播的距離。TDOA測量的是MS發(fā)射的信號到達不同BTS的傳播時間差而不是確切的傳播時間，因此不需要MS與BTS間的精確同步，也不需要在其發(fā)射信號中加上發(fā)射時間標記，即不需增加上行鏈路的數(shù)據(jù)量。所以對于公用蜂窩網MS的準確定位而言，進行TDOA測量更具有實際意義。AOA定位只需要2個BTS進行AOA測量便可唯一確定一個二維定位點，不存在定位點的模糊性，但需要更換所有的BTS天線。不同類測量值定位的典型例子是利用AOA與TOA或TDOA組合進行定位。
蜂窩電話定位系統(tǒng)的實現(xiàn)方案
蜂窩電話定位系統(tǒng)的實現(xiàn)方案可以有三種：基于MS、基于網絡和混合方式的定位系統(tǒng)。它們各有特點，請見表1。
表1 基于MS、基于網絡和混合方式的定位系統(tǒng)比較
| 基于MS | 基于網絡 | 混合方式 |
系統(tǒng)要求 | 同步 | 同步、LC(置于MSC)、定位接收器(改進的BTS) | 同步、LC |
定位現(xiàn)有MS | 不可以 | 可以 | 不可以 |
參數(shù)測量位置 | MS | 定位接收器(BTS) | MS |
自主定位 | 可以 | 通過SMS間接定位 | 通過SMS間接定位 |
遠程定位 | 通過SMS間接定位 | 可以 | 可以 |
同時定位 的容量 | 無限制(與蜂窩網MS容量同) | 取決于蜂窩網的數(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，但對定位容量有影響 |
對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：一是將GPS或GLONASS接收機集成于MS中。其最大優(yōu)點是系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，除了要對MS改進外，無需對現(xiàn)有的蜂窩網做任何改動，只需在MS與特定的應用中心之間建立數(shù)據(jù)鏈路(如SMS)，就可以進行GPS／GLONASS定位信息與控制信息的傳送，實現(xiàn)各種應用功能。另一類是MS接收不同BTS的信號，通過測量TDOA進行運算定位。這種系統(tǒng)要求對現(xiàn)有蜂窩網作必要的改進，除了要在MS中采用抗多徑算法和定位算法來精確測量TDOA之外，還應在網絡同步方面采取適當措施，如通過發(fā)射設備廣播GSP時間并在每個BTS中進行校時接收，也可以用專門的接收機監(jiān)測不同BTS間的時鐘差并通過數(shù)據(jù)鏈路(如短消息業(yè)務SMS)傳給MS�？梢杂糜赥DOA測量的最簡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頻度也比同步信道SCH要高。另外，可以通過SMS將MS的定位數(shù)據(jù)傳往遠端的應用中心，構成間接遠程定位系統(tǒng)。
基于網絡的蜂窩電話定位方案
基于網絡的定位系統(tǒng)屬于遠程定位系統(tǒng)，是由不同的BTS接收MS發(fā)射的信號，進行參數(shù)測量，實現(xiàn)對MS的定位，如圖2(c)。實際的實現(xiàn)方案有兩種。一種是在BTS中增加定位接收單元處理來自MS的給定頻道的業(yè)務信道TCH中的突發(fā)信息，以進行TOA測量并送往定位中心LC(可以設于MSC)，計算TDOA值、求解定位點。要進行精確的TDOA測量和定位，基站網絡必須同步或者各BTS間的時鐘差在LC中已知(這可以通過多種方法做到)。另外，有些蜂窩網的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。
另一種實現(xiàn)方案是利用現(xiàn)有GSM系統(tǒng)中用于移動用戶突發(fā)定時控制的時隙超前信息。只要對給定的MS實施兩次強制切換就可以得到三個時隙超前量，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。基于網絡的定位系統(tǒng)的突出優(yōu)點是無需對現(xiàn)有的MS進行任何改進而只需在BTS和MSC中增加有關定位的硬件和軟件功能便可提供有關MS定位的諸多服務，因而對開發(fā)現(xiàn)有蜂窩網的定位服務功能更具有吸引力。
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)結構的組合。一種解決方案是在MS中增加TOA測量功能對來自不同BTS的突發(fā)進行TOA測量，并將其送往LC(可利用SMS)，LC利用MS送來的不同的TOA值產生TDOA通過定位算法求得MS的定位值。MS可以利用廣播控制信道BCCH或同步信道SCH進行TOA測量，它們都不受跳頻和功率控制因素的影響。
蜂窩移動電話定位系統(tǒng)的應用
蜂窩移動通信網的覆蓋面和用戶量都已具有相當?shù)囊?guī)模，并正在快速增長。除了提供現(xiàn)有的各種移動通信業(yè)務外，還可以充分利用現(xiàn)有蜂窩網資源為移動用戶和有關的社會安全、公眾服務及商業(yè)運營部門等提供關于MS定位的增值服務。
緊急呼叫定位服務
移動用戶的流動性使得很多情況下用戶對周圍環(huán)境并不熟悉，因此緊急呼叫時很難準確描述其所處的地理位置，這對處警十分不利甚至貽誤時機。如果移動用戶發(fā)出緊急呼叫(如110、119、120、122等)的同時，能自動地將MS的確切定位值提供給有關部門，并與GIS及其它的調度管理應用系統(tǒng)配合構成高度智能化的計算機輔助決策(CAD)系統(tǒng)，將為快速、準確、科學合理地接警處警打下堅實的基礎，極大地提高社會聯(lián)動公眾緊急服務的現(xiàn)代化水平。
個人定位服務
在旅行時，可以通過有關的服務中心獲得就近的賓館信息等；可以利用特制的MS對需要限制活動范圍的移動目標進行定位跟蹤監(jiān)視，如某些老年病患者或處于假釋期的犯人等。
打擊針對蜂窩電話的犯罪活動
對失竊電話或逃避巨額話費的蜂窩電話進行定位追蹤，可以有效地打擊針對蜂窩電話的犯罪。
智能交通系統(tǒng)(ITS)
自動車輛定位系統(tǒng)(AVLS)是ITS的核心，如ITS交通控制系統(tǒng)中的動態(tài)交通流分配、集成信息服務系統(tǒng)中的定位導航、安全保障系統(tǒng)中的事故應急／安全防范／車輛追蹤、運輸管理系統(tǒng)中的車輛調度管理等都離不開它。利用蜂窩定位系統(tǒng)實現(xiàn)的AVLS將定位、通信、計算機信息處理與控制等構成一個有機整體，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)設計與資源管理
對蜂窩電話進行準確定位有利于蜂窩系統(tǒng)資源和移動性管理；從長遠來說，通過對MS的長期定位觀察可以為系統(tǒng)蜂窩的合理布局與構建以及系統(tǒng)資源配置等提供重要的實踐數(shù)據(jù)，促進蜂窩系統(tǒng)的逐步完善和高效運行。
實行位置差別費率計費
根據(jù)通信時MS所處的不同位置(如家里、辦公室或路上)實行不同的費率標準，有利于提高蜂窩系統(tǒng)的運營競爭力、吸引更多的新用戶、鼓勵用戶按其需要在適合的場所(家里、辦公室或路上)使用移動業(yè)務、刺激用戶的移動業(yè)務消費。
蜂窩電話定位技術的開發(fā)和推廣應用具有廣泛的社會和經濟效益，越來越受到人們的重視，但是還存在著一系列問題有待解決。除了某些方案需要對現(xiàn)有移動臺和／或網絡進行必要的改進外，還需要對蜂窩系統(tǒng)的定位性能，尤其是如何獲得滿意的定位精度等進行深入的研究，因為有些應用需要較精確的定位，如定位到樓層。除了技術因素外，蜂窩電話定位技術的開發(fā)應用涉及的用戶個人的行蹤，還應考慮個人隱私權利的保護等方面。
摘自《中國通信標準研究組》
