摘要：本文介紹了3G中廣泛使用移動(dòng)位置服務(wù)（LBS）技術(shù)：CELL-ID、A-GPS和GPS-ONE，分析了三種技術(shù)的基本原理及網(wǎng)絡(luò)通信過程，指明了影響移動(dòng)定位精度的主要原因及LBS未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：LBS；CELL-ID；A-GPS；GPSONE

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2012） 18-0025-02

一、概述

位置業(yè)務(wù)（LBS，Location Based Service）是指移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通過特定的定位技術(shù)來獲取移動(dòng)終端的位置信息（經(jīng)度緯度），在電子地圖平臺(tái)的支持下，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(yùn)輸調(diào)度、移動(dòng)黃頁(yè)等諸多方面。我國(guó)擁有世界上最多的移動(dòng)通信用戶，這就形成了巨大的潛在定位應(yīng)用消費(fèi)市場(chǎng)，我國(guó)的LBS主要采用Cell-ID、A-GPS（輔助GPS）和GPSONE三種方法。在2G或2.5G的網(wǎng)絡(luò)里，由于受到網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的限制，高精度定位技術(shù)的應(yīng)用受到局限，伴隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)從2.5G向3G的快速演進(jìn)，無線網(wǎng)絡(luò)可以提供更高速的無線下載功能，這就為移動(dòng)定位業(yè)務(wù)提供了更加廣闊的發(fā)展空間。

二、CELL-ID

該技術(shù)是一種最簡(jiǎn)單的定位技術(shù)，無需對(duì)手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修改，就可以向當(dāng)前的移動(dòng)用戶提供自動(dòng)定位業(yè)務(wù)，該技術(shù)是根據(jù)移動(dòng)設(shè)備所處的蜂窩小區(qū)ID號(hào)來確定用戶的位置，因此它的定位精度取決于蜂窩小區(qū)的半徑。與其它技術(shù)相比，其精度是最低的，當(dāng)需要精度較高的緊急定位服務(wù)時(shí)，CELL-ID就無法滿足要求了。但是由于該技術(shù)投資較低，因此可以讓移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商迅速進(jìn)入定位市場(chǎng)。同時(shí)，其定位響應(yīng)時(shí)間短，一般在3秒以內(nèi)，相比衛(wèi)星定位（GPS）有很大優(yōu)勢(shì)。在今后的3G網(wǎng)絡(luò)中該技術(shù)將會(huì)與其它高精度的定位技術(shù)并存，來滿足用戶不同需求的定位業(yè)務(wù)。

目前該技術(shù)已經(jīng)在許多國(guó)家的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中為一些精度要求不高的定位業(yè)務(wù)提供服務(wù)。例如天氣預(yù)報(bào)、餐館查詢、影院信息等。并且在美國(guó)，它已經(jīng)開始為第1階段的\"E911\"緊急服務(wù)提供支持。

三、A-GPS

A-GPS技術(shù)是一種結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)基站信息和GPS信息對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行定位的技術(shù)，可以在GSM/GPRS、WCDMA和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)中使用。該技術(shù)需要在手機(jī)內(nèi)增加GPS接收機(jī)模塊，并改造手機(jī)天線，同時(shí)要在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上加建位置服務(wù)器、差分GPS基準(zhǔn)站等設(shè)備。如果要提高該方案在室內(nèi)等GPS信號(hào)屏蔽地區(qū)的定位有效性，該方案還提出需要增添類似于EOTD（增強(qiáng)型觀測(cè)時(shí)間差）方案中的位測(cè)量單元（LMU）。AGPS的具體工作原理如下所示：

1.AGPS手機(jī)首先將本身的基站地址通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器；

2.位置服務(wù)器根據(jù)該手機(jī)的大概位置傳輸與該位置相關(guān)的GPS輔助信息（包含GPS的星歷和方位俯仰角等）到手機(jī)；

3.該手機(jī)的AGPS模塊根據(jù)輔助信息（以提升GPS信號(hào)的第一鎖定時(shí)間TTFF能力）接收GPS原始信號(hào)；

4.手機(jī)在接收到GPS原始信號(hào)后解調(diào)信號(hào)，計(jì)算手機(jī)到衛(wèi)星的偽距（偽距為受各種GPS誤差影響的距離），并將有關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器；

5.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（如差分GPS基準(zhǔn)站等）的輔助信息完成對(duì)GPS信息的處理，并估算該手機(jī)的位置；

6.位置服務(wù)器將該手機(jī)的位置通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)蕉ㄎ痪W(wǎng)關(guān)或應(yīng)用平臺(tái)。

A-GPS解決方案的優(yōu)勢(shì)主要在其定位精度上。在室外等空曠地區(qū)，其精度在正常的GPS工作環(huán)境下，可達(dá)10米左右，堪稱目前定位精度最高的一種定位技術(shù)。該技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)為：利用網(wǎng)絡(luò)傳來的輔助信息可以增強(qiáng)TTFF（Time To First Fix），首次捕獲GPS信號(hào)的時(shí)間一般僅需幾秒，不像GPS的首次捕獲時(shí)間可能要2-3分鐘，A-GPS定位響應(yīng)時(shí)間通常為3-10s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(hào)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。

雖然A-GPS技術(shù)的定位精度很高、首次捕獲GPS信號(hào)時(shí)間短，但是該技術(shù)也存在著一些缺點(diǎn)。首先，室內(nèi)定位的問題目前仍然無法圓滿解決。另外，AGPS的定位實(shí)現(xiàn)必須通過多次網(wǎng)絡(luò)傳輸（最多可達(dá)六次單向傳輸），這對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說是被認(rèn)為大量的占用了空中資源。A-GPS最主要的問題是用戶對(duì)于使用移動(dòng)定位業(yè)務(wù)必須更換手機(jī)難以接受。而且A-GPS手機(jī)比一般手機(jī)在耗電上有一定的額外負(fù)擔(dān)，間接減短了手機(jī)的待機(jī)時(shí)間。除此之外，就是使用有效性問題。由于GPS系統(tǒng)受政府（美國(guó)的GPS、前蘇聯(lián)的GLONASS、歐洲的伽利略、中國(guó)的北斗等衛(wèi)星系統(tǒng)）擁有和控制，在非常時(shí)期（如海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、反恐戰(zhàn)爭(zhēng)等），民用GPS服務(wù)可能會(huì)受到影響，A-GPS的定位業(yè)務(wù)更難以正常運(yùn)作了。目前，A-GPS的方案提供商主要是美國(guó)高通公司和其子公司Snaptrack公司，現(xiàn)在還只能用于CDMA和iDEN網(wǎng)絡(luò)的市場(chǎng)，在不久的將來該定位技術(shù)還會(huì)用于GSM網(wǎng)絡(luò)。

四、GPSONE

在美國(guó)Sprint PCS和Verizon分別在2001年10月和2001年12月推出了基于GPSONE技術(shù)的定位業(yè)務(wù)，并且通過該技術(shù)來滿足FCC對(duì)E911第二階段的要求。GPSONE是一種基于CDMA系統(tǒng)的A-GPS與前向鏈路AFLT三角定位法的結(jié)合技術(shù)，無線運(yùn)營(yíng)商在其網(wǎng)絡(luò)中布置多個(gè)高靈敏度GPS接收機(jī)，負(fù)責(zé)全天候監(jiān)測(cè)覆蓋區(qū)域上空所有GPS衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)、多普樂頻移等定位所需信息，動(dòng)態(tài)刷新存儲(chǔ)于定位平臺(tái)中的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫(kù)（衛(wèi)星數(shù)據(jù)與地理位置對(duì)應(yīng)關(guān)系）。移動(dòng)設(shè)備只有在需要定位時(shí)才通過無線網(wǎng)絡(luò)向定位平臺(tái)通報(bào)大概位置（屬于哪個(gè)基站），通過定位平臺(tái)接收的輔助GPS衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)輔助定位，從而大大縮短衛(wèi)星捕獲時(shí)間，大幅度降低耗電，滿足室內(nèi)室外的全覆蓋定位。在日本，KDDI于2002年12月率先推出了全國(guó)范圍的基于GPSONE技術(shù)的定位業(yè)務(wù)（商業(yè)名稱為“輕松導(dǎo)航”）。在韓國(guó)，KTF于2002年2月利用GPSONE技術(shù)成為韓國(guó)首家在全國(guó)范圍內(nèi)通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)向用戶提供商用移動(dòng)定位業(yè)務(wù)的公司。2009年3月，中國(guó)電信和印度TaTa電信也相繼推出自己的GPSONE手機(jī)定位服務(wù)。目前GPSONE的定位精度達(dá)到了5-50米[1]，完全可以使用戶知道他們的確切位置，并可以同時(shí)上傳和下傳定位地點(diǎn)的數(shù)據(jù)，無須另外的通信通道，利用無線運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)和位置服務(wù)商的GIS，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)應(yīng)用。

五、影響移動(dòng)定位精度的主要原因

（一）多徑傳播

多徑傳播是由于收發(fā)信機(jī)周圍存在各種物體，使無線電波的傳播經(jīng)過反射、衍射、折射等多個(gè)路徑到達(dá)接收機(jī)，表現(xiàn)為接收信號(hào)的強(qiáng)度由直射波和反射波疊加合成。多徑效應(yīng)會(huì)引起信號(hào)衰落。對(duì)于時(shí)延小于一個(gè)碼片時(shí)間的多徑分量，接收機(jī)不能將其分離，從而使相關(guān)波形的峰值點(diǎn)出現(xiàn)位移，造成TOA估計(jì)的誤差。多徑傳播也是AOA定位中誤差的首要來源，是定位系統(tǒng)絕對(duì)誤差的基本原因之一。

（二）非視距（NLOS）傳播

非視距（NLOS：Non-Line-Of-Sight）傳播是由于建筑等障礙物的阻擋，信號(hào)不能在移動(dòng)設(shè)備和基站之間直線傳播，而是經(jīng)過反射或衍射傳播。NLOS傳播的根本原因是多徑，但對(duì)定位結(jié)果的影響與多徑有很大不同，信號(hào)實(shí)際的傳播距離和傳播時(shí)間比視距傳播大，從而帶來正的距離測(cè)量誤差，同時(shí)，由于接收機(jī)檢測(cè)不到直達(dá)信號(hào)，AOA測(cè)量值也有很大偏差。

（三）多址干擾

GSM和CDMA系統(tǒng)中都存在多址干擾，但CDMA系統(tǒng)中的多址干擾大得多，這是由于CDMA系統(tǒng)采用碼分多址，各用戶使用相同的頻率造成的。多址干擾會(huì)嚴(yán)重影響到達(dá)時(shí)間的粗捕獲，也會(huì)造成可測(cè)性問題。對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行功率控制雖然能減小多址干擾，但功率控制只對(duì)服務(wù)基站起作用，移動(dòng)設(shè)備和非服務(wù)基站之間的信號(hào)還是很弱，因此往往造成能參與定位的基站數(shù)不夠，無法進(jìn)行定位。

六、結(jié)束語(yǔ)

就移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的發(fā)展前景而言，混合定位技術(shù)應(yīng)該是最有前途的，能通過相互補(bǔ)充彌補(bǔ)彼此的不足，是快速、精確定位的最佳方法。同時(shí)，通過改進(jìn)算法，提高抗NLOS、抗多徑、多址干擾能力，減少或消除上述因素對(duì)定位精度的影響，推進(jìn)LBS更廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]http：//baike.baidu.com/view/152863.htm

[作者簡(jiǎn)介]鄭飛雁（1974-），女，河北阜城人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘；楊陳（1974-），男，四川隆昌人，碩士，研究方向?yàn)閳D像壓縮算法。