WCDMA系统定位方法分析

一、前言

移动通信领域是近年来竞争最激烈的行业之一。运营商越来越需要差异性的业务来提高竞争力，LCS业务（LoCationServices，位置业务）是被普遍看好的一种移动增值业务。目前2G|0">2G系统中已经可以提供简单的基于位置的服务，随着我国3G牌照的即将发放，3G网络建设和商用进程的日益临近，位置业务将可以依托3G网络的宽带、高速的特性，变得更加丰富多彩。3G网络除了在带宽方面比2G有了明显的提高之外，还可以支持更加丰富的移动增值业务，如移动定位业务。在WCDMA|0">WCDMA系统中，就有四种主要技术可以实现移动定位，即基于CELLID（小区识别）的定位技术、OTDOA（ObservedTimeDifference of Ar-rival）定位技术、网络辅助的GPS|0">GPS定位技术和混合定位技术。下面将具体介绍WCDMA系统中位置业务及实现方法。

二、位置业务

位置业务是指利用定位技术确定移动终端的位置，并据此提供各种基于位置相关应用的业务。常见的位置业务有：导航、跟踪（如物流管理、人员管理等）、城市黄页（如提供最近的银行的信息等）、紧急呼叫（比如接入最近的110服务点）、基于位置的计费等等。

目前2G系统中已经可以提供相对简单的基于位置的服务；在3G系统中，由于3G网络提供宽带、高速分组业务以及CDMA系统特有的测距码精确等特性，位置业务得到了更为广泛的应用。

三、定位方法及技术

常见的定位方法都是基于测距：通过测量移动终端到位置已知的参照物的距离，再根据一定的算法，计算出它的位置坐标。在这里，位置坐标可以指二维的，也可以是三维的。位置数据可以在网络侧进行计算（称为基于网络的），UE只提供测量数据；也可以在UE侧进行计算（称为基于UE的）。

由于无线信号以恒定的速率（光速c）传播，其传播距离L=c·t，因此在移动通信系统中，实际上是通过对传播时间的测量来实现距离的测量。

WCDMA系统中采用以下几种定位方法：

（1）CELLID+RTT（RoundTripTime，往返时间）；

（2）OTDOA（ObservedTimeDifferenceof Arrival，观察到达时间差）+IPDL（Idle Period Downlink）；

（3）AGPS；

（4）混合定位。

基于CELLID的定位技术（包括其增强技术RTT），由于定位精度（均指水平精度，下同）在几百米到几千米之间，不能满足大多数业务的需求。因此，虽然实现简单，但实际上应用不多。

AGPS技术定位精度最高，可达几十米，但其有一个很大的缺点，就是终端成本太高。这也限制了它的应用。

OTDOA技术由于其精度适中（可满足大多数业务的需求）、响应时间快、终端成本不高（只需软件支持），成为WCDMA系统标准必选的定位方法。

混合定位方法则是在单靠某一定位方法无法完成位置计算的情况下，结合其它方法进行测量和计算。

表1对各种定位方法进行了比较。

表1各种定位方法的比较

定位方法水平精度（m）响应时间（s）终端额外成本

CELLID+RTT180～10000.1～0.5无

OTDOA140～2800.5～2低

AGPS40～2005～16高

混合定位40～2005～16高

1.CELLID+RTT定位原理

由于移动终端（UE）在登记、位置更新及呼叫建立时，都会通过"RRC连接请求"消息上报所在的CELLID，因此基于CELLID的定位方法最为简单，网络和UE都不需作改动；此时UE的位置，就被认为是基站所在的位置（经纬度）。显然，这种方法获得的位置是很不精确的，其误差就是小区的覆盖半径，通常为数百米到数千米。

为了提高定位精度，引入了RTT增强技术。

在NodeB侧，对信号帧进行RTT测量，即计算接收（Rx）和发射（Tx）的时间差。在UE侧，对信号帧的收发时间差（UERxTxtime difference）进行测量。显然，RTT=2L/c+UE RxTx time difference，式中，L为UE到基站的距离；c为光速。

由于RTT、UERxTxtime difference可经测量获得，c是常数，因此可根据上式计算出距离L：

L=（RTT-UERxTxtimedifference）c/2

从数学的观点看，UE就位于以基站为中心，L为半径的圆上，这样定位误差就由小区覆盖半径缩小到L。

如果我们能对多个基站进行RTT定位，那么就能进一步缩小定位误差。例如，对如图1所示的3个基站分别进行RTT定位，计算出UE到各基站的距离L1、L2、L3，则UE就处于三个圆的交汇处。误差就大大缩小了。

图1 3个基站RTT定位测量示意图

由于RTT和UERxTxtimedifference测量的对象都是专用信道（DCH），因此要同时对多个基站进行测量，UE就必须处于切换状态。例如，要对3个基站进行RTT定位，UE必须处于3方切换状态，而且参与切换的小区必须在不同的Node B。这在绝大多数