LTE定位技術(shù)及測試解決方案設計

如今智能手機已經(jīng)在整個(gè)社會(huì )普及，數量眾多的手機應用成為了人們生活當中不可或缺的一部分。越來(lái)越多的手機應用都用到了手機定位技術(shù)，無(wú)論是本地搜索類(lèi)應用，還是各種商業(yè)信息發(fā)布類(lèi)應用，更不用說(shuō)眾多的交通導航類(lèi)應用?？梢哉f(shuō)定位服務(wù)(LBS)的應用已經(jīng)是當下最為流行的移動(dòng)應用之一。

移動(dòng)定位技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段。最初的基于服務(wù)蜂窩小區的定位技術(shù)(如CELL-ID)可以快速定位，但是不夠精確。之后的基于衛星信號的GNSS(全球衛星導航系統)定位技術(shù)可以精確地定位，然而由于需要搜星使初次定位時(shí)間(TTFF)過(guò)長(cháng)而略顯不便。這其中用得最為廣泛的就是美國的GPS全球定位系統。直到后來(lái)，將兩者融合產(chǎn)生了A-GNSS(輔助GNSS)技術(shù)，手機終端首先通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )獲取定位輔助數據來(lái)實(shí)現快速搜星，然后通過(guò)GNSS信號計算出位置。相對于純粹的GNSS定位，A-GNSS能夠更快地實(shí)現定位，因此，它成為了最主要的移動(dòng)定位解決方案。

然而在移動(dòng)通信方面，LTE正在到來(lái)。在一些發(fā)達國家(例如美國)，LTE已經(jīng)開(kāi)始商用。雖然中國目前還處于3G時(shí)代，但對LTE的研究和實(shí)驗進(jìn)行得如火如荼，可以說(shuō)LTE已經(jīng)是大勢所趨。LTE對終端定位的要求也進(jìn)一步提高。

3GPP LTE Release 9規范定義了3種手機定位技術(shù)：ECID、A-GNSS和OTDOA.相對來(lái)說(shuō)，OTDOA是一個(gè)比較新的技術(shù)，它不需要使用GNSS信號，而是利用類(lèi)似于GNSS的定位原理，通過(guò)測量?jì)蓚€(gè)或更多的基站參考信號(RS)的到達時(shí)間差(RSTD)，在已知各基站位置的情況下計算出手機所在位置(圖1)。

實(shí)際上，在WCDMA中就已經(jīng)有了OTDOA,但是WCDMA并不是一個(gè)同步系統。各基站之間的時(shí)鐘誤差導致部署OTDOA需要高昂的成本，因而無(wú)法商用。LTE由于是同步系統，有利于OTDOA的使用。由于OTDOA不依賴(lài)于GNSS信號，彌補了GNSS在室內無(wú)法定位的缺陷，OTDOA成為了GNSS之外各運營(yíng)商另一個(gè)強制要求的LTE定位技術(shù)。

圖1:OTDOA定位。

LPP定位協(xié)議

3GPP Release 9除定義了LTE的定位技術(shù)，還定義了一種全新的定位協(xié)議LPP(LTE定位協(xié)議)(圖2)。LPP能夠全面支持LTE中用到的定位技術(shù)(包括ECID、A-GNSS和OTDOA)，它還支持A-GNSS+OTDOA的混合定位技術(shù)。

圖2:LPP通用定位協(xié)議。

基于4個(gè)球面確定一個(gè)點(diǎn)的原理，手機在定位時(shí)需要4個(gè)參考點(diǎn)。在LPP協(xié)議的支持下，在衛星可見(jiàn)性較好的地區(如市郊)，手機可以通過(guò)測量4顆衛星信號進(jìn)行定位;在衛星可見(jiàn)性較不好的地區(如市中心)，手機可以通過(guò)測量2顆可見(jiàn)衛星信號及2個(gè)LTE基站信號進(jìn)行定位;而在衛星不可見(jiàn)的室內，手機則通過(guò)OTDOA實(shí)現定位(圖3)。LPP的優(yōu)勢在于能夠保證手機終端在各種環(huán)境下都能實(shí)現定位。

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

LPP作為通用定位通信協(xié)議，主要功能在于在網(wǎng)絡(luò )與終端之間交互定位輔助數據和定位信息。實(shí)際上它既可以在控制平面也可以在數據平面使用。相對來(lái)說(shuō)，控制平面的實(shí)現方式需要用到專(zhuān)用控制信道并且會(huì )顯著(zhù)地增加移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )成本，因為多個(gè)網(wǎng)元需要在軟件和硬件上升級，才能支持這些定位相關(guān)的控制平面信令。因此，用戶(hù)平面的實(shí)現方式更容易被用于商業(yè)應用。

SUPL(安全用戶(hù)平面定位)協(xié)議

LPP在用戶(hù)平面的應用是通過(guò)SUPL(安全用戶(hù)平面定位)協(xié)議實(shí)現的(圖4)。LPP消息作為SUPL消息的承載(Payload)，是定位信息的實(shí)際載體。如同一個(gè)形象的比喻，SUPL消息就像是信封，而LPP消息就是里面寫(xiě)信的信紙。在SUPL的網(wǎng)絡(luò )架構中，網(wǎng)元SLP(SUPL定位平臺)負責處理所有的SUPL消息。這些SUPL消息在LTE網(wǎng)絡(luò )中通過(guò)P-GW和S-GW在數據鏈路中與終端進(jìn)行交互，同時(shí)SLP與E-SMLC接口獲取定位輔助數據。

圖4:SUPL網(wǎng)絡(luò )架構。

SUPL 2.0作為SUPL的一個(gè)進(jìn)階版本，是伴隨著(zhù)LTE產(chǎn)生的。SUPL的最初版本SUPL 1.0并不支持LTE網(wǎng)絡(luò )，而SUPL 2.0可以支持LTE,同時(shí)也支持LPP定位協(xié)議，以及OTDOA、WIFI等新的定位技術(shù)。同時(shí)，SUPL 2.0還能夠兼容現有的所有定位協(xié)議和技術(shù)，例如在LPP之外，它同樣支持當前正在2G、3G網(wǎng)絡(luò )中廣泛使用的通用定位協(xié)議(如RRLP、RRC、IS-801)(圖5)。因此，只要SLP和SMLC可以支持其中的任意一種通用定位協(xié)議，SUPL 2.0就可以在該網(wǎng)絡(luò )中被部署，而無(wú)論是2G、3G或是4G網(wǎng)絡(luò )。

SUPL 2.0的這種靈活性非常重要，尤其是在LTE部署的最初階段，因為L(cháng)TE的部署不可能一蹴而就，必然需要從現有網(wǎng)絡(luò )平滑過(guò)渡，SUPL 2.0對各種協(xié)議的兼容性保證了從各制式網(wǎng)絡(luò )到LTE網(wǎng)絡(luò )的平滑無(wú)縫過(guò)渡。

圖5:SUPL 2.0支持多種通用定位協(xié)議。

SUPL 2.0新功能特性

SUPL 2.0除了技術(shù)方面的優(yōu)勢，還增加了多種新的功能特性。它可以在各種商業(yè)應用或是公共服務(wù)中被使用，成為未來(lái)新的業(yè)務(wù)增長(cháng)點(diǎn)。在此列舉其中的兩個(gè)新功能：

區域事件觸發(fā)功能：定義一個(gè)位置區域(比如一個(gè)小區、多個(gè)小區或是一個(gè)自定義形狀的地理區域)，手機終端被要求在進(jìn)入，或是離開(kāi)，或是處于之內，或是處于之外時(shí)，報告自己的位置(圖6)。

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