基于第三代移动通信系统的定位技术研究

　　1、引言

　　为了满足对通信个人化及高速数据业务的迫切需要，第三代移动通信系统的标准(IMT-2000)制定和产品开发已成为全世界通信领域的热点，实现移动终端的无线定位则是IMT-2000中一个重要研究课题。根据美国联邦通信委员会(FCC)的计划，到2001年10月，所有蜂窝电话、个人通信系统、专用移动无线电的移动网络许可运营商将以可定位概率67%，误差为125 m的精度要求为请求E-911的移动用户提供位置信息[1]。

　　利用第三代移动通信系统将进一步提高定位精度。目前蜂窝网无线定位技术就算法来说已经较为完善，目前的研究热点主要集中在以下几个方面：

　　(1)基于3GPP协议的定位结构的设计。在第三代移动通信系统网络全面铺开后，基于3GPP协议，采用何种网络结构进行定位既能保证定位精度，又能尽可能少的改动网络结构的研究成为热点。

　　(2)定位参数的提取。由于受多径传播、非视距传播和多址干扰的影响，使得精确的定位参数提取比较困难。

　　目前已提出的多种算法对以上3种误差进行抑制，但在建筑物较多的繁华市区定位精度仍不理想。

　　(3)对移动台跟踪服务研究。当移动台处

　　于移动状态时，分次单独定位容易出现各次定位计算结构相差较大，运动轨迹不连续。因此对移动台跟踪定位的研究显得非常迫切。

　　本文将围绕第3代移动通信系统的定位结构，定位方法，重点是基于3GPP协议框架下的定位流程进行分析。

　　2、3G定位业务系统的结构

　　如图1所示，是具有定位功能的第三代移动通信系统结构图[1,3]。图1简要描述了LCS客户、服务器与核心网之间的关系。LCS模块与CN之间通过Iu接口进行通信，LCS模块之间利用网络已有的信息提供能力和信令能力进行通信。作为服务的一部分，网络还应该具备对不合法用户设备进行定位的能力，以及对同时出现的多个LCS客户提供服务的能力，各部分单元功能如下：GMLC(网关移动定位中心)接收LCS Client。发出的对某移动定位用户的路由信息，将定位请求发送到MSC/SGSN，再由无线接入网对终端(或辅助终端自己完成)定位。SMLC(服务移动定位中心)用于支持高精度定位业务，主要完成接入网侧的定位流程控制、位置计算、网络测量管理以及无线资源管理。3GPP协议规定的SMLC可以集成在RNC中，也可独立设置。LMU(位置测量单元)是逻辑定位实体，主要完成网络的下行同步校准和无线测量功能。LMU负责无线测量，把测量结果通知给 RNC。

　　图1　具有定位功能的3G网络结构

　　3、定位的信令流程

　　定位信令流程如图2所示，可简单描述定位描述如下[4]：LCS Client向GMLC发定位请求后，GMLC向HLR获取被定位用户目前所处的MSC/SGSN地址，然后GLMC向该MSC/SGSN发起定位请求， MSC/SGSN调用无线接入网中的定位网元(包括SMLC、RNC、Node B，LMU等)执行此次定位操作，网络采用合适的定位方法计算出用户经纬度后，返回定位报告，由LCS Client对经纬度信息进行处理后以合适的形式(如MMS，WAP PUSH等)返回给用户。

　　图2　定位流程

　　4、基于第三代移动通信系统的几种定位方法

　　定位业务和定位精度密切相关。3GPP定位功能的实现是基于控制层面的(Control Plane)。针对第三代移动通信的不同制式有不同的定位方法：CDMA2000主要继承了IS-95系统和CDMA 1x系统的定位技术，采用了基于CELL-ID、基于场强定位和EOTD等技术得到了一定程度的应用。以及CDMA 1x系统中的AGPS和基于TDOA的定位技术。TD-SCDMA系统则由于采用智能天线系统和上行同步CDMA技术，在定位方面具有一定的优势，主要技术包括：RTD+AOA、OTDOA-RTD等，WCDMA系统则主要采用Cell-ID、OTDOA-IPDL和GPS技术等。下面着重介绍第三代移动通信系统使用比较成熟的3种定位方法：

　　Cell-ID/Cell-ID+RTT(Round Trip Time)、OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival)和A-GPS(Assisted Global Positioning Systems)

　　4.1　基于蜂窝小区ID的定位方法

　　此定位方法依靠SRNC确定覆盖目标MS的蜂窝小区ID，MS的位置由其服务结点B的有关路由信息获得。服务结点B和小区的信息可以通过寻呼、定位区域更新、小区更新、URA更新或路由区域更新等来获得[4]。Cell-ID方式可以用系统提供的测量参数来提高定位精度。FDD系统通过RTT(往返时间)测量来计算UE到基站的距离;TDD系统通过对Rx Timing D eviation(Rx定时偏差)、AOA(到达方位角)和TA(定时提前)测量来得到用户具体位置。

　　4.2　OTDOA—IPDL定位法

下行(Downlink)OTDOA定位法利用在MS测得的多个结点B发射的电波传播时间偏差，结合发射机地理位置坐标、LMU测出的各个下行信号发射的实际时间偏差(RTD)等信息来确定目标MS的地理位置