WCDMA網絡中的位置業務

2019-11-03 09:14:57

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

中國電信集團北京研究院余旻暉邢燕霞

　　摘要本文主要介紹WCDMA系統中的位置業務，包括三種定位技術的原理和特點、核心網網絡結構和接口以及位置業務的應用介紹。

　　關鍵詞： LCS CELL ID OTDOA A-GPS 位置業務

1、前言

　　移動通信領域是近年來競爭最激烈的行業之一，運營商越來越需要差異性的業務來提高競爭力，LCS業務（LoCation Services，位置業務）是被普遍看好的一種移動增值業務。根據Strategics Group的預測，2004年在美國基于位置的業務的收入將達到3.6億美元。所謂位置業務是指利用定位技術確定移動終端的位置，并據此提供各種基于位置的應用的增值業務。目前2G系統中已經可以提供簡單的基于位置的服務，隨著3G網絡的商用進程的加快，位置業務將可以依托3G網絡的寬帶、高速的特性，變得更加豐富多彩。下面將具體介紹在WCDMA系統中位置業務的實現方法。

2、定位技術

　　WCDMA R99規范中定義了三種定位技術：基于CELL ID（小區識別）的定位技術、OTDOA（Observed Time Difference Of Arrival）定位技術和網絡輔助的GPS定位技術，下面分別對幾種技術進行介紹。

2．1 基于CELL ID的定位技術

　　這是一種最基本的定位方法，適用于所有的蜂窩網絡。它不需要移動臺提供任何定位測量信息，也無須對現網進行改動，只需要在網絡側增加簡單的定位流程處理即可，因而最容易實現，目前這種定位技術已經在各移動網絡中廣泛使用。它的定位原理很簡單：網絡根據移動臺當前的服務基站的位置和小區覆蓋來定位移動臺。若小區為全向小區，則移動臺的位置是以服務基站為中心，半徑為小區覆蓋半徑的一個圓內；若小區分扇區，則可以進一步確定移動臺處于某扇區覆蓋的范圍內。

　　顯而易見，這種定位方法的精度完全取決于移動臺所處小區的大小，從幾百米到幾十公里不等。在農村地區，小區的覆蓋范圍很大，所以CELL-ID的定位精度很差。而城區環境的小區覆蓋范圍較小，一般小區半徑在1~2km，對于繁華的城區，有可能采用微蜂窩，小區半徑可能到幾百米，此時CELL-ID的定位精度將相應提高為幾百米。

　　由于CELL-ID定位不需要移動臺的定位測量，并且空中接口的定位信令傳輸很少，所以定位響應時間較短，一般在3s以內。

2．2 OTDOA技術

　　OTDOA（Observed Time Difference Of Arrival）是一種應用于3G網絡下的定位方式。在GSM網絡中也有類似的定位方法，稱為E-OTD（Enhanced Observed Time Difference ）。該方法的原理如圖1所示。

　　這種定位方法的基本原理是：移動臺測量不同基站的下行導頻信號，得到不同基站下行導頻的TOA（Time o f Arrival，到達時刻），即所謂的導頻相位測量。根據該測量結果并結合基站的坐標，采用合適的位置估計算法，就能夠計算出移動臺的位置。如圖，假定以a基站為參考，根據移動臺提供的導頻相位測量結果，能夠得到b基站相對于a基站的下行導頻信號接收時間差，記為TDOAab，乘以光速就能夠得到a基站與b基站達到移動臺的傳播距離差，從而能夠以a基站和b基站為基準得到雙曲面。同樣，根據TDOAac能夠得到以a基站和c基站為基準的另一雙曲面。兩個雙曲面的交界就是移動臺的位置。實際的位置估計算法需要考慮多基站（3個或3個以上）定位的情況，因此算法要復雜很多。一般而言，移動臺測量的基站數目越多，測量精度越高，定位性能改善越明顯。

　　使用這種方法，需要移動臺索測量的基站同時發出下行導頻信號。因此，網絡中的所有基站必須實現時間同步。一般可通過在基站安裝GPS接收機或連接到時間同步網來實現基站的同步。

　　OTDOA的定位精度相比CELL ID方法要高，但它的精度受到環境的影響，在郊區和農村可以將移動臺定位在10－20米范圍內；在城區由于高大建筑物較多，電波傳播環境不好，信號很難直接從基站到達移動臺，一般要經過折射或反射，下行導頻信號的TOA也就出現了誤差，因此定位精度會受到影響，定位范圍約為100－200米。一般情況OTDOA定位響應時間在3~6s左右。

2．3 網絡輔助的GPS定位

　　A-GPS（Assisted Global Positioning Systems）是網絡輔助的GPS定位的簡稱，這種方法需要網絡和移動臺都能夠接收GPS信息。它的基本原理是：網絡向移動臺提供輔助GPS信息，包括GPS偽距測量的輔助信息（例如GPS捕獲輔助信息、GPS定位輔助信息、GPS靈敏度輔助信息、GPS 衛星工作狀況信息等）和移動臺位置計算的輔助信息（例如GPS 歷書以及修正數據、GPS星歷、GPS導航電文等），利用這些信息，移動臺可以很快的捕獲衛星，并接收到測量信息，然后將測量信息發送給網絡中的定位服務中心，由它計算出移動臺當前所處的位置。由于位置計算是在網絡完成的，移動臺的GPS接收實現復雜度大大降低，并能夠降低功耗。

　　在開闊的環境中，如城郊或鄉村，多徑和遮擋是可以忽略的，A-GPS的定位精度能夠達到10m左右甚至更優；如果移動臺處于城區環境，無遮擋并且多徑不嚴重，定位精度將在30~70m左右；如果移動臺在室內或其他多徑和遮擋嚴重的區域，此時移動臺難以捕獲到足夠的衛星信號，A-GPS將無法完成定位，這是它的最大局限性。

　　與前兩種定位技術相比，A-GPS定位方法的響應時間稍長，在冷啟動情況下，A-GPS的定位響應時間為10s～30s；正常工作狀態下，響應時間為3～10s左右。

　　以上介紹的是R99中規定的三種基本定位技術，它們可以在不同情況下使用，基于CELL ID的定位方法可以在定位精度要求較低時使用；OTDOA方法可以在定位精度要求較高并且終端和網絡無GPS接收裝置時使用；而網絡輔助GPS定位方法則適宜定位精度要求高且終端和網絡有GPS接收裝置時使用。另外，這幾種方法可以同時混合使用，以彌補彼此的不足。例如同時使用CELL-ID和OTDOA技術，就可以在農村和密集城區多獲得較好的定位效果。在WCDMA網絡商用初期，多數終端沒有GPS設備，而且LCS業務種類不豐富，網絡將主要利用前兩種方法提供定位業務；隨著網絡的發展和成熟，網絡輔助的GPS定位技術的應用將會有所增加，網絡將同時使用多種定位技術在不同情況下為不同的應用和不同的用戶提供LCS服務。

3、網絡結構

　　下圖是3GPP規定的實現LCS業務的網絡結構，無線接入網側的LCS功能實體是LMU（Location Measurement Unit，位置測量單元）和SMLC（Serving Mobile Location Center，服務移動位置中心），其中LMU可以單獨設置或與在Node B合設，SMLC可以是單獨設備或作為RNC的一個功能塊和RNC在一起，取決于廠家的實現方式。核心網側的LCS功能實體主要是GMLC（Gateway Mobile Location Center，網關移動位置中心），作為LCS服務器它與LCS客戶（LCS Client）相連；其他核心網網元HLR、MSC/MSC Sever、SCP和SGSN需要具有支持位置業務的能力。

　　上述功能實體各負其責，LMU負責無線信號測量，其結果供SMLC計算位置信息使用；SMLC根據業務的QOS選擇適當的定位技術，并將UE的位置信息以經緯度的形式通過電路域的MSC或分組域的SGSN送到GMLC；GMLC是外部應用獲取UE位置信息的網關，其功能包括對用戶以及客戶端的鑒權、授權，將SMLC送來的經緯度的位置信息轉換為地理坐標，對客戶端和用戶的計費，接受客戶端的請求并作出相應的響應等。

　　LCS客戶端是為了獲取移動臺位置信息而與LCS服務器進行交互的功能實體，它可以在移動網內實體上，也可以在移動網絡外部，一般情況LCS客戶是網絡運營商或其他第三方提供的位置相關應用，它可以通過兩種方式接入到GMLC，一種是通過采用MLP（Mobile Location PRotocol）協議的Le接口接入，MLP是開放移動聯盟OMA（Open Mobile Alliance）推薦的GMLC和具體應用之間的協議；另一種接入方式是通過OSA（Open Service access）提供的標準的API（application Program Interface）接口接入，這種方式是分層次網絡發展的趨勢，但目前統一業務平臺建設還有一定難度，OSA API協議也有待完善，因此這種方式不如前一種方法易于實現。

　　根據不同應用的需要，LCS客戶端可以向GMLC發出兩種位置請求，即時位置請求LIR（Location Immediate Request）和延時位置請求LDR(Location Deferred Request),其中包括目標UE的信息、客戶端的信息、業務類型以及QOS等業務相關信息。相應的GMLC將回復即時響應（Immediate Response）、延時響應（Deferred Response）消息，其中包含目標UE的地理坐標，LCS客戶端根據這個結果提供不同應用。

　　WCDMA系統支持對漫游用戶的位置業務，它是通過GMLC和HLR之間的接口Lh以及GMLC之間的Lr接口來實現的，簡單來說，當客戶端向R-GMLC（接受請求的GMLC）提出請求后，R-GMLC通過Lh和Lr接口找到H-GMLC（歸屬GMLC）和V-GMLC（拜訪GMLC），并將位置請求轉到V-GMLC，由拜訪網絡對漫游用戶進行定位，然后將返回結果經R-GMLC送到客戶端。

4 應用

表1是3GPP規定的幾類標準的位置業務。

　　在以上標準化的應用中，基于位置的信息服務是比較典型的位置業務，也是比較容易實現的業務，目前這類業務的業務請求和響應都是以短消息的方式實現的，在2.5G網絡中，已經有一些簡單的應用，例如查找某個終端的位置，附近的飯店、銀行、加油站等。在WCDMA系統中，由于網絡的承載能力的提高、終端顯示的改進，位置業務信息將不局限于文本形式，圖像、文本、聲音以及媒體流等都可能成為信息載體，這不僅使信息提供更準確，也將吸引更多的用戶使用位置業務。

5 結束語

　　LCS業務能否如人們的期待的那樣成為運營商的業務增長點，關鍵在于運營商能否推出有吸引力的LCS應用，LCS應用的種類絕非僅限于上面所提到的幾類應用，它還潛在著許多有價值的應用。對于運營商來說，應盡量提供多層次的LCS業務以滿足不同的需求，并注重整個業務價值鏈的各個環節的統一和協調，加強和業務開發商、網絡設備制造商以及終端生產商的和作和溝通，保證端到端的業務實現。

摘自　中國電信

上一篇：向全IP方向演進的無線核心網

下一篇：無線數據在集群系統中的應用