移动定位服务.doc

摘 要移动位置服务是为满足用户的位置需求而开发出的一种业务。对位置服务的操作原理和移动定位技术进行了讨论和分析，并介绍了移动位置服务市场情况。作为移动通信系统的特色业务之一，移动位置服务在未来的移动通信系统中将具有更大的发展潜力。【关键词】位置服务；位置；定位技术目 录一 位置服务的操作原理14（一）基于地面移动通信系统的多点交叉4（二）基于GPS卫星导航系统的多点交叉4二 位置服务的体系结构5三 移动通信系统定位技术3，4，5，6，75（一）网络独立定位技术6（二）移动台独立定位技术7（三）联合定位技术7四 移动通信系统定位技术总结7五 移动位置服务的发展情况8（一）国外位置服务市场8（二）我国位置服务市场9六 结束语9参考文献10位置服务在移动通信系统中的应用随着移动通信技术的发展和数据处理能力的提高，许多新的移动增值业务被开发出来，其中位置服务就是最具潜力和活力的业务之一。所谓位置服务（Location based Service，LBS），是移动通信系统通过移动通信网或者特定定位技术获取移动终端用户的位置信息（经纬度坐标），在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。其实，人们在日常生活中，有70%以上的信息是与位置相关的，人们外出就餐、购物、休闲、办事、学习、旅游等数量急剧增加，越来越多的人需要专业的位置服务，以便了解自己出行路线上的交通状况、停车场空位、出行路线的最佳选择等信息。基于位置业务的魅力就在于能在正确的时间和正确的地点，把正确的信息发送给正确的人。位置服务是移动应用服务中非常重要的一种业务。在GSM网络即将进入3G通信网络的时代，位置服务将有更广阔的前景。由于移动位置服务的类型多种多样，移动位置服务的具体应用大致可分为以下几种： 按增值业务分类大众应用信息类就近服务、移动黄页、交通信息、地域广告等游戏类邂逅地带、阵地战、狙击手等跟踪导航类守护天使、关爱之心、盲人导航等行业应用物流配送、车辆监控、企业内部监控、地址勘测、媒体报料、资产跟踪、动物跟踪等 按社会公益分类业务提供商为公众提供基于位置的公共安全业务。例如110，119，120，122等紧急业务，紧急援助 按移动网络运营管理分类网络规划应用通过在指定区域内定位手机来估计手机的使用量以及移动用户的流动性，并将其用于网络规划目的，这种应用可以被用于热区检测和用户行为建模。网络业务质量改进应用跟踪电话并确认电话出现掉话的地方，识别话音低质量区域。一 位置服务的操作原理1在移动通信网内提供位置服务，其基本的操作原理是：首先在中心网络上专门设立一个处理定位查询的位置服务器（Location Server）；网络的任何终端或移动台（MS）相当于位置服务系统的客户机。如图1所示，网络移动台（MS）向网络发出位置请求（Position Request），LS收到定位查询信号后，通过网络的定位系统确定目标移动台（Target MS）的正确位置，然后送出定位响应（Position Response）告知请求位置服务的终端。因此，移动位置服务是由通信网络计算出移动用户正确的位置，精确定位主要依赖于网络定位系统和测量组件，几乎各种定位系统都要利用多点交叉定位（Intersection）原理。 Location ServerMobile NetworkInternet Location Application （Client）Mobile Network图1 位置服务器与网络间的信号交换（一）基于地面移动通信系统的多点交叉Target MS送出一个定位请求信号后，位于Target MS周围多个基站将在不同的时间收到来自Target MS的信号，基站计算信号从Target MS发出到达基站的时间，可以得到Target MS与基站间的距离。多个基站同时算出与Target MS相距的距离后，距离曲线间相互交叉的交点就是Target MS的正确位置。通常，地面上的GSM通信系统和GPS卫星导航系统，都必须至少由3个基站或卫星来定位。（二）基于GPS卫星导航系统的多点交叉GPS卫星导航定位系统是由环绕地球上空的24颗定位卫星与许多地面监测站组成。每颗定位卫星随时间向地球发射包含与定位相关的电波信号，给地面上的GPS接收器提供校正位置，被定位的Target MS装有GPS接收器，地球表面上任何位置的GPS接收器同时至少能接收到4个卫星以上的信号。利用上述多点交叉定位原理确定Target MS的正确位置，定位系统必须要计算出Target MS与各个基站或卫星间的距离，同时还要求Target MS与基站或卫星间必须具备高度精确的时序同步。为了实现这一原理，在移动通信系统内要增设定位系统，或在网络上增加定位设备，或在Target MS终端设备上加入定位功能，或是两者同时加入改善定位。若是定位系统的位置控制由网络决定（Network-Based），需要在实际的网络系统上安装位置测量单元（LMU：Location Measurement Unit）。LMU可以位于基站或位置服务器内，LMU内部包含非常精确的原子钟，负责测量Target MS发出的电波到达基站的时间，然后正确计算出基站与Target MS间的距离，计算出距离后就能准确地定位出Target MS的正确位置。若是定位系统的位置控制由Target MS决定（Terminal-Based），Target MS负责计算基站或卫星与Target MS间的距离理论上Target MS必须包含非常精确的原子钟，但考虑价格的原因，实际上Target MS采用GPS接收器实现精确定位。二 位置服务的体系结构位置服务的环境是一种分布、异构、多元和开放的移动环境2，这就要求位置服务能在不同系统、数据之间进行跨平台的透明操作。位置服务同样遵守ISO协议，一般来说，位置服务的体系结构自上而下划分为5个逻辑层次：表示层、定位层、传输层、功能层和数据层。其中，表示层提供移动终端上图文信息的显示、操作及多媒体接口等；定位层的主要作用是研究移动定位的技术、位置数据的表示方法及定位精度对位置服务的影响；传输层定义数据通信的逻辑路径、标准、格式和带宽等；功能层提供空间信息服务功能；数据层对数据进行存储、管理、挖掘和分析等。三 移动通信系统定位技术3，4，5，6，7目前实现位置服务，不论是2G网络还是3G网络，都可以归结为三种实现方法，详见下图2所示。 移动通信系统定位技术 网络独立定位技术 移动台独立定位技术 联合定位技术 （A-GPS） COO TOA或TDOA AOA 信号强度分析定位（很少使用） GPS EOTD 图2 移动通信系统定位技术（一）网络独立定位技术COO（Cell of Origin）定位 COO定位是一种最简单的定位技术，它直接以Target MS所在的蜂窝小区识别码（ID号）为定位基准，显示出该识别码所在的区域，称为COO定位。COO的定位精度取决于蜂窝小区的半径。COO的最大优点是定位响应速度快（典型时间为3s），若是现行的移动通信系统采用COO定位技术，通常不需要对现有的网络及移动台做任何的更改，可直接服务于现有的移动通信用户。若空旷地区的小区面积范围过大，COO的定位精度就无法满足准确度的要求。因此，COO定位技术主要适用于城市里小区面积很小的区域内。对于GSM移动通信系统来说，COO仍然是一种实用性的定位技术。COO定位技术在GSM系统应用时有两种实现方法：基于网络的实现和基于MS的实现。前者系统的位置服务器从网元（如MSC/VLR或SGSN）获得Cell-ID翻译成可以表示Target MS的经纬度坐标数据，这种实现方法无需改变MS，只需对MSC交换机进行软件升级就可实现位置服务。后者通过MS将其Cell-ID经WAP或SMS发给位置服务器，位置服务器将Cell-ID翻译成Target MS的经纬度坐标数据，这种实现方法无需对现有的GSM网做任何改动，只需在MS上增加相应的功能就可支持定位功能。TOA（Time of Arrival）定位 TOA是采用信号到达时间测量或信号到达时间差测量的定位技术。它通过测量从发射机传到多个接收机的信号传播时间或时间差来确定移动用户的位置，是一种基于电波传输时间的定位技术。TOA通常要在GSM网络上所有的基站上都装有LMU设备，所有的LMU都包含精确的原子钟作为定位的时序校对依据。从Target MS发出的信号传送到周围3个基站的LMU后，基站的LMU就能准确地计算出Target MS与基站间的距离，然后以多点交叉定位的方法，定位出Target MS的正确位置。GSM、窄带CDMA等网络中都有采用这种技术。TOA的定位精度较高，但对时间基准的依赖性也较高。TOA定位技术受多径干扰的影响较大，由于CDMA网络本身具有抗多径干拢能力，因此CDMA网络采用TOA定位技术的精度较高。AOA（Time of Angle）定位 AOA定位是测量信号到达的角度，通过测量两个以上发射站的信号到达移动接收机的角度来确定移动目标的位置。AOA定位技术需要定向天线与之配合，它最早用于军事目标的测量，技术比较成熟，但精度较差，一般只作为辅助手段。（二）移动台独立定位技术GPS定位 在MS内部加装GPS接收机模块，并将普通的MS天线替换能够接收GPS信号的多用途天线，MS接收GPS数据进行计算，确定移动台的位置信息（包括经度、纬度、速度、时间、轨迹等参数），并将结果传送给GSM网络。这种定位技术需要对MS的软硬件进行改造，它的精度与GPS一样，为了保护个人的隐私权，不使用定位技术时用户可以关掉MS的GPS功能。EOTD（Enhanced Observed Time Difference）定位 EOTD通过增强观察时间差来进行定位，它是针对GSM系统研制的定位系统，利用系统的同步信号与不同基站的信号到达接收机的时间差来实现定位。EOTD是在GSM网络的基站和位置服务器内安装LMU，LMU内含精确的原子钟作为定位的校对依据。EOTD定位技术的精度较高，欧洲目前主要采用这种技术。（三）联合定位技术联合定位即网络辅助GPS（A-GPS：Assisted GPS）。A-GPS使用固定位置GPS接收机获得MS的补充信息数据，辅助数据使移动用户接收机不必译码实际信息就可以进行定时测量。GSM网络接收卫星信号，由网络的位置服务器对MS计算出GPS辅助信息，如差分校正数据、卫星运行状态等信息，这些数据通过GSM网络传送给MS，并从数据库中查出MS的近似位置和小区所在的位置信息传给MS，MS可以很快捕捉到GPS信号。这种定位技术需要在MS内增加GPS接收机模块，并对MS的天线进行改造，其定位精度高于GPS的精度。目前美国的Qualcomm公司的GSPOne就采用A-GPS定位技术。四 移动通信系统定位技术总结在上述讨论的几种定位技术中，基于网络的独立定位技术可以面向所有的移动终端，用户不需要再购置新的移动终端。但通过网络实现定位也存在一些问题，例如受电波传播的影响，会使传播信号与接收信号产生差异，造成定位误差。联合定位技术把客户机与服务器对GPS信号的处理分开，在移动终端实现客户机处理技术，服务器采用采用工作在网络上的UNIX、NT软件。这样客户机在网络拥塞的环境下也能正常工作。几种定位技术的特点比较详见下表1。 表1 各种移动定位技术的比较高较高受限制550A-GPS高高受限制100300E-OTD是否可行高最低投资网络改动终端要求50150小区半径550精度范围(m)受限制所有用户群高低维护成本UTOACell-ID定位方式 从上表1可看出：基于小区标识定位法和网络辅助的GPS定位方法是比较可行的方法。AGSP定位技术尤其适用于CDMA网络，因为在CDMA网络中所有的基站都已经安装了GPS接收机，可以降低成本。考虑到定位技术发展，移动运营商可采用分步实施方案，避免技术风险和初期投资过大：初期可采用基于Cell-ID的定位方式在全网开通位置服务业务；在目标阶段，采用Cell-ID和AGPS联合开展位置服务。随着移动通信技术的发展，特别是3G的发展，移动定位技术实现将会有更加丰富的技术手段。五 移动位置服务的发展情况位置服务作为移动互联网应用的增值业务，各国的需求日益高涨，但是由于经济、文化背景不同，应用的侧重点也有所不同。（一）国外位置服务市场位置服务首先是从美国发展起来的，美国是全球最早提出移动定位业务概念的国家。1996年，美国联邦通信委员会（FCC）下达了指示，指示为无线电话服务的E911（紧急救助）必须能够定位呼叫者。这一指示分为两个阶段：第一阶段要求定位精确度达到几公里内；第二阶段要求定位精确度在125米，并且成功率达到67%。目前美国的运营商把主要精力都放在了如何满足FCC提出的E911第二阶段要求上，对于提供商业化的移动定位业务暂时还没有顾及。日本、韩国在移动位置服务的商用化方面处在全球的领先地位。日本的设备商和业务提供商已经开发出比较完善的、基于位置的位置服务基础设施。韩国政府也非常重视本国移动定位业务的发展，并且已将“手机定位业务”作为政府的重点产业。欧洲各国在移动位置业务的商用化方面的情况仅次于亚洲，但是目前欧洲的各大运营商由于受到了3G投资上的影响，因此对于高精度的定位技术态度比较谨慎。全球各大移动运营商目前纷纷在其2G或2.5G的网络中开展相应的移动定位业务，并积极筹备在3G网络中提供这项极具潜力的增值业务，基于位置的移动位置服务得到了世人的广泛瞩目。据美国权威机构预测，2004年全世界移动定位业务市场的产值达到300亿美元。欧洲的研究报告也指出，2005年欧洲移动定位业务市场将达到43.8亿欧元。根据日本第一大移动运营商NTT DoCoMo公司移动增值业务的实际发展曲线来看，3G时代整个移动数据业务收入的5%将来自移动定位业务。（二）我国位置服务市场中国的移动位置服务市场自2002年开始启动，2003年开始建设，2004年迎来建设的高峰，2005年是中国移动位置业务市场成熟并大发展的时期。中国联通于2002年底开始建设CDMA1X GPSOne定位系统，该定位系统基于对移动终端的定位，结合地理信息系统（GIS）地图数据，提供高精度的位置服务。目前联通位置服务系统经过二期扩容，定位能力已经覆盖全国20个省分公司。联通公司在建设位置服务本地接入子系统的同时还同期进行了省分公司的自营GIS平台的建设工作。联通移动位置业务基于高通的GPSOne技术，定位精度为10-100米，定位平均时间为20-30秒，支持WAP、BREW、WWW等接入方式。同时，联通公司还大力发展和位置业务专业SP的合作工作，目前联通的位置服务伙伴有了