1、1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2目 录一 位置服务的操作原理 1.4（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 3，4，5，6，7 .5（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
2、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 .103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
3、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
4、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4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（
5、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 ServerLocation Application（Client）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
6、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Mobile NetworkInternet Mobile Network5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
7、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
8、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
9、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
10、、挖掘和分析等。三 移动通信系统定位技术 3，4，5，6，76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
11、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
12、 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
13、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7Target 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
14、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 G
15、PS 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
16、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8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。
17、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
18、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
19、式 9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
20、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
21、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
22、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联通国脉、南方卫星、广东金中华、北大方正、北京森泰克等的伙伴，并将提供多种个人业务以及行业应用。10六 结束语移动位置服务是移动通信领域相当具有吸引力的数据业务，也是被业界看好的 3G 系统的增值业务之一。当移动通信网升级到 3G 后，3G 网络将具备更快的数据传输速率，这为移动定位业务提供了更加广泛的发挥空间。此时的 3G 移动终端将拥有更大的屏幕与更高的运算速率
23、。目前在 2G 或 2.5G 的网络里采用位置服务虽可获得精度较高的定位技术，但由于受到网络传输速度的限制，定位业务在提供方式上受到限制。有了 3G 网络的支持，向用户提供导航信息时就可以采用实时的语音信息与彩色电子地图相结合的方式来实现。高精度的定位技术与多媒体的用户界面相结合，可以吸引更多的用户使用定位业务。参考文献1 禹帆.无线通信网络概论M.清华大学出版社.2002.112 余涛等.位置服务.机械工业出版社M.2005.83 董晓鲁.基于位置的服务在 3G 系统中的应用J.电信网技术.2004.94 王文宇.利用网络辅助全球定位技术实现定位测量M.现代电信科技.2004.115 Andy Dorman 著.The Essential Guide to Wireless Communications Applications From Celluarlar Systems to Wi-FiM.20026 Service Speciality Manual of Huawei M800 CDMA NSSZ.20047 Paul Bedell.Wireless Crash.Course.M2002
