LTE定位技术及测试解决方案

　　移动定位技术的发展历程

　　如今智能手机已经在整个社会普及，数量众多的手机应用成为了人们生活当中不可或缺的一部分。越来越多的手机应用都用到了手机定位技术，无论是本地搜索类应用，还是各种商业信息发布类应用，更不用说众多的交通导航类应用。可以说定位服务（LBS）的应用已经是当下最为流行的移动应用之一。

　　移动定位技术的发展经历了多个阶段。最初的基于服务蜂窝小区的定位技术（如CELL-ID）可以快速定位，但是不够精确。之后的基于卫星信号的GNSS（全球卫星导航系统）定位技术可以精确地定位，然而由于需要搜星使初次定位时间（TTFF）过长而略显不便。这其中用得最为广泛的就是美国的GPS全球定位系统。直到后来，将两者融合产生了A-GNSS（辅助GNSS）技术，手机终端首先通过移动网络获取定位辅助数据来实现快速搜星，然后通过GNSS信号计算出位置。相对于纯粹的GNSS定位，A-GNSS能够更快地实现定位，因此，它成为了最主要的移动定位解决方案。

　　然而在移动通信方面，LTE正在到来。在一些发达国家（例如美国），LTE已经开始商用。虽然中国目前还处于3G时代，但对LTE的研究和实验进行得如火如荼，可以说LTE已经是大势所趋。LTE对终端定位的要求也进一步提高。

　　3GPP LTE Release 9规范定义了3种手机定位技术：ECID、A-GNSS和OTDOA。相对来说，OTDOA是一个比较新的技术，它不需要使用GNSS信号，而是利用类似于GNSS的定位原理，通过测量两个或更多的基站参考信号（RS）的到达时间差（RSTD），在已知各基站位置的情况下计算出手机所在位置（图1）。

　　实际上，在WCDMA中就已经有了OTDOA，但是WCDMA并不是一个同步系统。各基站之间的时钟误差导致部署OTDOA需要高昂的成本，因而无法商用。LTE由于是同步系统，有利于OTDOA的使用。由于OTDOA不依赖于GNSS信号，弥补了GNSS在室内无法定位的缺陷，OTDOA成为了GNSS之外各运营商另一个强制要求的LTE定位技术。

　　图1：OTDOA定位。

　　LPP定位协议

　　3GPP Release 9除定义了LTE的定位技术，还定义了一种全新的定位协议LPP（LTE定位协议）（图2）。LPP能够全面支持LTE中用到的定位技术（包括ECID、A-GNSS和OTDOA），它还支持A-GNSS+OTDOA的混合定位技术。

　　图2：LPP通用定位协议。

　　基于4个球面确定一个点的原理，手机在定位时需要4个参考点。在LPP协议的支持下，在卫星可见性较好的地区（如市郊），手机可以通过测量4颗卫星信号进行定位；在卫星可见性较不好的地区（如市中心），手机可以通过测量2颗可见卫星信号及2个LTE基站信号进行定位；而在卫星不可见的室内，手机则通过OTDOA实现定位（图3）。LPP的优势在于能够保证手机终端在各种环境下都能实现定位。

　　图3：LPP支持A-GNSS、OTDOA以及A-GNSS+OTDOA混合定位。

　　LPP作为通用定位通信协议，主要功能在于在网络与终端之间交互定位辅助数据和定位信息。实际上它既可以在控制平面也可以在数据平面使用。相对来说，控制平面的实现方式需要用到专用控制信道并且会显著地增加移动网络成本，因为多个网元需要在软件和硬件上升级，才能支持这些定位相关的控制平面信令。因此，用户平面的实现方式更容易被用于商业应用。

　　SUPL（安全用户平面定位）协议

　　LPP在用户平面的应用是通过SUPL（安全用户平面定位）协议实现的（图4）。LPP消息作为SUPL消息的承载（Payload），是定位信息的实际载体。如同一个形象的比喻，SUPL消息就像是信封，而LPP消息就是里面写信的信纸。在SUPL的网络架构中，网元SLP（SUPL定位平台）负责处理所有的SUPL消息。这些SUPL消息在LTE网络中通过P-GW和S-GW在数据链路中与终端进行交互，同时SLP与E-SMLC接口获取定位辅助数据。

　　图4：SUPL网络架构。

　　SUPL 2.0作为SUPL的一个进阶版本，是伴随着LTE产生的。SUPL的最初版本SUPL 1.0并不支持LTE网络，而SUPL 2.0可以支持LTE，同时也支持LPP定位协议，以及OTDOA、WIFI等新的定位技术。同时，SUPL 2.0还能够兼容现有的所有定位协议和技术，例如在LPP之外，它同样支持当前正在2G、3G网络中广泛使用的通用定位协议（如RRLP、RRC、IS-801）（图5）。因此，只要SLP和SMLC可以支持其中的任意一种通用定位协议，SUPL 2.0就可以在该网络中被部署，而无论是2G、3G或是4G网络。

　　SUPL 2.0的这种灵活性非常重要，尤其是在LTE部署的最初阶段，因为LTE的部署不可能一蹴而就，必然需要从现有网络平滑过渡，SUPL 2.0对各种协议的兼容性保证了从各制式网络到LTE网络的平滑无缝过渡。

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