GSM手機定位技術(shù)

摘要 文章提出了GSM手機定位技術(shù)的重要性，并對TOA、E－OTD和A－GPS3種GsM手機定位技術(shù)解決方案進(jìn)行分析和比較。
關(guān)鍵詞 GSM 定位業(yè)務(wù) 到達時(shí)間 增強測量時(shí)間差 GPS輔助
在我國，隨著(zhù)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的迅速發(fā)展，手機成為人們通信的重要工具之一，利用手機撥打
“110”、“119”和“120”等求助、告警電話(huà)日趨增多。據報道，目前美國用手機呼叫“911”
（類(lèi)似我國的“110“）已占全部呼叫總數的20％，移動(dòng)通信在社會(huì )治安、緊急救援等突發(fā)事件中
的地位已越來(lái)越重要。傳統有線(xiàn)電話(huà)撥打告警電話(huà)時(shí)，接警系統可根據用戶(hù)的主叫號碼，獲得用
戶(hù)的準確位置，快速、準確地處警。然而，由于現有移動(dòng)通信網(wǎng)不能提供呼叫者的位置，求助時(shí)
手機用戶(hù)無(wú)法明確告知準確位置，以致延誤時(shí)機，導致事件惡化的情況時(shí)有發(fā)生。據統計，交通
事故中70％的人員死亡發(fā)生在事故后兩小時(shí)內。因此，實(shí)現GSM手機自動(dòng)定位業(yè)務(wù)（LCS，
Location
Service）有非常重要的意義。此外，實(shí)現手機定位還有其它廣泛用途，包括自動(dòng)導航、網(wǎng)絡(luò )優(yōu)
化和手機防盜等。
1GSM手機定位業(yè)務(wù)系統結構
GSM移動(dòng)通信網(wǎng)可通過(guò)增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)——移動(dòng)定位中心（MLC）實(shí)現LCS業(yè)務(wù)。該系統引入
的相關(guān)接口有：服務(wù)移動(dòng)定位中心SMLC與BSC間接口（Lb）、移動(dòng)定位中心網(wǎng)關(guān)GMLC與GSM網(wǎng)業(yè)務(wù)
控制功能間接口（Lc）外部LCS用戶(hù)與移動(dòng)定位中心MLC間接口（Le）、移動(dòng)定位中心網(wǎng)關(guān)與HLR間
接口（Lh）、移動(dòng)定位中心網(wǎng)關(guān)與MSC／ VLR間接口（Lg）移動(dòng)定位中心與同等移動(dòng)定位中心間接
口（Lp）、移動(dòng)定位中心與MSC/VLR間接口 Ls）以及定位測量單元LMU空中接口（Um）。
1.1定位測量單元（LMU）
通過(guò)無(wú)線(xiàn)測量，LMU可支持多種定位方式，測量可分為兩類(lèi)：（1）針對一個(gè)MS的定位測量；
（2）針對特定地理區域中所有MS的輔助測量。LMU的初始值、時(shí)間指令等其它信息可預先設置，
或通過(guò)移動(dòng)定位中心（SMLC）提供，LMU將得到的所有定位和輔助信息提供給相關(guān)的SMLC。
LMU可分為A類(lèi)和B類(lèi)兩種。A類(lèi)LMU以標準的GSM空中接口接入，經(jīng)BTS、BSC與控制該LMU的
SMLC
保持信令連接。當連接基于NSS的SMLC時(shí)，A類(lèi)LMU有為其服務(wù)的MSC和VLR，并在HLR上保留其登記
的信息。A類(lèi)LMU有唯一的IMSI，并支持所有GSM無(wú)線(xiàn)資源和移動(dòng)管理功能。網(wǎng)絡(luò )管理者可為L(cháng)MU指
派專(zhuān)門(mén)的IMSI范圍，并在IMSI中指派特定的數字，表示相關(guān)SMLC。IMSI中的某幾個(gè)數字可用作一
個(gè)SMLC中某個(gè)LMU的本地代碼。A類(lèi)LMU支持連接控制管理功能，可實(shí)現與SMLC之間的LCS信令處
理。
它還支持呼叫控制功能，可利用電路交換方式實(shí)現與SMLC之間的信令連接。為了確保LMU與SMLC間
的互訪(fǎng)，LMU必須位于從屬于同一BSC或MSC的小區中。當 SMLC基于 NSS時(shí)，任何A類(lèi)LMU在HLR中
都
有注冊信息，其中無(wú)附加業(yè)務(wù)（點(diǎn)對點(diǎn)短信和呼入呼出限制業(yè)務(wù)除外）。HLR中的注冊信息同時(shí)將
有LMU功能的MS與普通的MS區分開(kāi)來(lái)，所有有關(guān)LMU的數據由LMU和相關(guān)SMLC管理。B類(lèi)LMU可從BSC
的
Abis接口訪(fǎng)問(wèn)，它可以是一個(gè)單獨的網(wǎng)絡(luò )單元，編號采用一些偽小區ID號，也可以集成在BTS內或
與BTS連接。當SMLC基于 BSS方式時(shí)，B類(lèi) LMU的信令通過(guò)BSC傳輸；當 SMLC基于 NSS方式時(shí)，則
通
過(guò)BSC和MSC傳輸。
1.2移動(dòng)定位中心網(wǎng)關(guān)（GMLC）
一個(gè)PLMN可有多個(gè)GML。GMLC是外部LCS用戶(hù)進(jìn)入GSM網(wǎng)的第一個(gè)節點(diǎn)。GMLC通過(guò)Lh接口從
HLR中
獲得路由信息。鑒權通過(guò)后，GMLC通過(guò)Lg接口向MSC/VLR發(fā)出定位請求，并接收最終定位結果。
1.3移動(dòng)定位中心（SMLC）
一個(gè)PLMN可包括多個(gè)SMLC。SMLC管理所有用于手機定位的資源，計算最終定位結果和精度。
SMLC通常有兩種類(lèi)型：一種是基于NSS，支持Ls接口標準；另一種是基于 BSS，支持Lb接口。前者
通過(guò)與MSC／VLR相連的LS接口，傳輸各種手機定位信令；后者則通過(guò)與BSC相連的Lb接口，傳輸各
種手機定位信令。這兩種SMLC與其它SMLC連接時(shí)采用Lp接口。SMLC和GMLC功能可合并在同一個(gè)物
理
節點(diǎn)，也可分布在多個(gè)節點(diǎn)。在LCS業(yè)務(wù)中，當小區廣播中心（CBC）與BSC相連時(shí)，SMLC可利用現
有的廣播功能，通過(guò)CBC廣播輔助信息。這時(shí) SMLC相當于CBC的用戶(hù)。
2.3種手機定位技術(shù)
GSM手機定位方式通?？煞譃榛诰W(wǎng)絡(luò )方式和基于終端方式兩種。從技術(shù)上可分為到達時(shí)間
（TOA）、增強測量時(shí)間差（E－OTD）和GPS輔助（A－GPS）3種方式。
2.1TOA定位技術(shù)
TOA定位方式可在現有的任何手機上實(shí)現，手機無(wú)需作任何改動(dòng)。具體實(shí)現步驟：（1）要定
位
的手機發(fā)出一已知信號，三個(gè)或多于三個(gè)LMU同時(shí)接收該信號，已知信號是手機執行異步切換時(shí)發(fā)
出的接入突發(fā)信號；（2）各LMU得到信號到達時(shí)的絕對GPS時(shí)間后，可得到相對時(shí)間差（RTD）；
（3）根據前兩步的信息， SMLC進(jìn)行兩兩比較，計算突發(fā)信號到達時(shí)間差（TDOA），得出精確位
置，
并回到應用中。要通過(guò)三角計算得出手機精確位置，必須知道另外兩個(gè)參數：LMU的地理位置和各
LMU之間的時(shí)間偏移量。例如各LMU必須提供的絕對GPS時(shí)間，或在已知位置的地點(diǎn)放置參考LMU可
得
到實(shí)際時(shí)間差（RTD）參數。
LMU用接入突發(fā)信號確定TOA。當定位請求發(fā)出時(shí)，LMU被選定，且配置正確的頻率，以便接收
接入突發(fā)信號。此時(shí)，手機在業(yè)務(wù)信道（可能會(huì )處于跳頻方式）上，以特定功率發(fā)送達70個(gè)接入脈
沖（時(shí)長(cháng)320ms）。各LMU通過(guò)多種方式實(shí)現和改善TOA的測量結果。利用收到的突發(fā)信號可提高測
量成功概率和測量精度。采用分集技術(shù)（如天線(xiàn)分集和跳頻），可降低多徑效應的影響，提高測量
精度。當某個(gè)應用需要知曉手機位置時(shí)，該應用向SMLC發(fā)出請求，同時(shí)告知手機號碼和定位精度
要
求。被測量的TOA參數及其誤差值一同被采集并發(fā)送到SMLC，根據該數據，SMLC可計算出應用所需
要的手機位置，再將位置信息和誤差范圍發(fā)送回應用。
TOA定位方式需要附加硬件（LMU），以達到精確計算突發(fā)信號到達時(shí)間的目的。實(shí)現方式有
多
種：LMU既可集成在BTS內，也可作為單獨設備。LMU作為單獨設備時(shí)，既可有單獨的天線(xiàn)，也可與
BTS共享天線(xiàn)，通過(guò)空中接口實(shí)現網(wǎng)絡(luò )間通信。
2.2 E－OTD定位技術(shù)
E－OTD定位方式是從測量時(shí)間差（OTD）發(fā)展而來(lái)的，OTD指測量所得的時(shí)間量，E－OTD指測
量
的方式。手機無(wú)需附加任何硬件便可得到測量結果。對于同步網(wǎng)，手機測量幾個(gè)BTS信號的相對到
達時(shí)間；對于非同步網(wǎng)，信號同時(shí)還需要被一個(gè)位置已知的LMU接收。確定了BTS到手機的信號傳
輸
時(shí)間，則可確定BTS與手機之間的幾何距離，然后再根據此距離進(jìn)行計算，最終確定手機的位置。
實(shí)現步驟如下：手機收到各基站發(fā)來(lái)信號，得到TOA參數；LMU得到RTD參數；手機將TOA和RTD參數
傳送到GSM網(wǎng)。
OTD測量需要用同步、標準且模擬的脈沖。當BTS發(fā)送的幀未被同步時(shí)，網(wǎng)絡(luò )需要測量BTS之間
的RTD。為了進(jìn)行精確的三角測量，OTD測量和RTD測量（非同步BTS時(shí)）均需要3個(gè)BTS。獲得OTD
參
數后，手機位置既可在網(wǎng)絡(luò )中計算，也可在終端計算（要求手機具備各種必要信息）。前者稱(chēng)為手
機輔助方式，后者稱(chēng)為手機自主方式。
通過(guò)手機或網(wǎng)絡(luò )中的位置計算功能模塊，實(shí)現位置計算。在網(wǎng)絡(luò )結構、手機功能以及LMU功能
與測量輸入參數等均一樣的情況下，位置計算可基于兩種 E－OTD定位方式實(shí)現。