CDMA无线定位技术及其应用
常永宇 样宁 摘要 描述了CDMA系统的主要定位技术及其特点，对各种定位技术进行了比较和分析，提出了选择方案，并在此基础上介绍了其承载的应用。关键词 CDMA 定位技术
1引言
无线定位服务是从美国开始启动和发展起来的。1996年，美国联邦通信委员会(FCC)强制要求所有无线业务提供商，在移动用户出发紧急呼叫时，必须向公共安全服务系统提供用户的位置信息和终端号码，以便对用户实施紧急救援工作，并要求到2001年10月，67%的呼叫定位精度达到125m。此后，日本、德国、法国、瑞典、芬兰等国家纷纷推出各种各具特色的商用定位服务。
随着无线系统的发展和移动用户的不断增加，对定位业务的需求也与日俱增，例如公共安全、紧急救援服务、基于位置的计费、资产管理、欺诈检测和路由向导等等业务，而不同的定位业务对定位精度的要求不相同，相应地，所需的定位技术也不同，例如基于位置的计费要求的定位精度不高，使用CELL ID(小区识别)定位技术即可实现；而路由向导要求比较高的定位精度，只能使用GPS(Global Positioning System)定位技术和混合定位技术才能实现。
这些需求大大推动了定位技术的发展，经过多年对无线定位的研究，现已开发出了多种定位技术，并在此基础上，各种各样的定位业务和应用也蓬勃发展起来。
2主要的CDMA定位技术
无线定位技术是通过对接受到的无线电波的某些参数进行测量，根据特定的算法以判断出北测物体的位置，测量参数一般包括传输时间、幅度、相位、和到达角等等。定位精度主要取决于测量的方法。
2.1基于Cell ID的技术
在目前CDMA网络中，BSC会在移动台的位置更新、呼叫处理、短消息传送以及切换等过程中将用户所在基站扇区的Cell ID传送给MSC。这种方法实现简单，终端侧不需要作任何软硬件的修改，网络侧不需要增加新我得网络实体。但定位精度不高，定位范围与扇区覆盖相同，在城市基站密集区定位的半径可达到400m左右，在基站密度较低的郊区等地，定位精度非常低，因此只能提供对定位精度要求不高的定位业务，如基于小区位置的计费，无法实现高级的应用。
2.2AOA(Angle of arrival)
由两个或更多基站通过测量接受信号的到达角来估计移动用户的位置。接收机通过天线阵列测出电波的入射角，从而构成一根从接收机到发射机的径向连线，即测位线，移动台的二维位置坐标可通过两根测位线的交点获得。
AOA方法需要在网络侧增加智能天线(SA)才可实现；在障碍物较多的环境中，由于无线传输存在多径效应，则误差增大，定位精度较低，尤其是当移动台距离基站较远时，基站定位角度的微小偏差会导致测位线距离的较大误差。
2.3TOA(Time of Arrival)
是一种基于方向链路的定位方法，通过测量移动台信号到达多个基站的传播时间来确定移动用户的位置。只需三个以上的基站接收到移动台的信号，就可以利用三角定位算法计算出移动台的位置。TOA定位精度与基站的地理位置分布关系很大，当球体之间相交角为90度时，精度最高。但它对所有接收器相同的误差没有进行处理，误差较大。
2.4TDOA(Time Different of Arrival)
是另一种基于反向链路的定位方法，通过检测移动台信号到达两个基站的时间差来确定移动台的位置，移动台必定位于以两个基站为焦点的双曲线方程上，确定移动台的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程，也就是说需要至少三个以上的基站接收到移动台信号，而两个双曲线的交点即为移动台的二维位置坐标。
TDOA方法不要求知道信号传播的具体时间，还可以消除或减少在所有接收机上由于信道产生的共同误差，在通常情况下，定位精度高于TOA方法。但由于功率控制造成离服务基站近的移动台发射功率小，使得相邻基站接受到的功率非常小，造成比较大的测量误差，即相邻基站接受到的功率非常小，造成比较大的测量误差，即相邻基站的SNR太小带来的测量误差。目前针对这种情况已有了一些解决办法，如在E-911呼叫时将移动台发射功率瞬间调到最大，可以提高定位精度，但会对CDMA网络的容量有一定程度的影响。
2.5AFLT(Advanced Forward Link Trilateration)技术
是一种基于前向链路的定位方法，在定位操作时，手机同时监听多个基站(至少三个基站)的导频信息，利用码片时延来确定手机到附近基站的距离，最后用三角定位法算出用户的位置。
AFLT定位技术，需要在网络中增加新的实体，利用导频信息算出移动台的位置，这些实体包括PDE(Position Deltermining Entity)和MPC(Mobile Positioning Center)。PDE获得导频信息的方式主要有两种：
(1)按照IS-801协议定义的传送方式给MSC，再由MSC传送给PDE，这种方式需要移动台新增支持IS-801协议的功能。
(2)利用A接口的消息，将用于定位的参数传送给MSC，再由MSC传送给PDE。这种方式，不需要移动台支持IS-801协议，但需要在A接口上支持这些参数的传输，A接口的Release 版本中已经定义了传送这些参数的消息。
移动台需要软件升级，同时，根据PDE获得导频信息方式的不同决定移动台是否需要支持IS-801协议，网络侧需要支持IS-801协议，定位算法可以放在移动台上或者网络侧。其定位精度介于小区识别和GPS定位技术之间，定位半径一般在200至400m左右，最高可达到100m。影响精度的主要因素是基站密度和地形环境，如在大城市基站密集的地方，定位精度相对高。
2.6基于GPS系统的定位技术
目前比较实用的GPS定位技术是网络辅助的GPS定位，即定位时，网络通过跟踪GPS卫星信号，解调出GPS导航信号，并将这些信息传送给移动台，移动台利用这些信息可以快速的搜索到有效的GPS卫星，接收到卫星信号后，计算移动台位置的工作可以由网络实体或移动台完成。
基于GPS系统的定位技术，其优点是定位精度较高，定位半径可达到几米、十几米。因此利用该重定位技术，可提供对定位精度要求较高的业务，如电子地图显示用户位置等。其缺点是需要移动台内置GPS天线和GPS芯片等模块，并且需要支持IS-801协议，网络侧需要增加PDE和MPC；定位精度受终端所处环境的影响较大，如用户在室内或在高大建筑物之间时，由于可见的GPS卫星数量较少，定位精度将降低，甚至无法完成定位。
2.7混合定位
混合定位技术是综合了上述定位技术中的两种或多种方法在一个系统中，目前CDMA系统采用的主流方法是GPS和AFLT混合定位的方式，可简称为网络辅助混合定位。它结合了基于网络的非GPS定位技术和基于GPS的网络辅助定位技术的优点。在野外，可以利用GPS定位提供高精度的位置信息，同时网络侧可以提供辅助信息来缩短定位时间和提高定位精度；在城市，可以利用基站密集的优势，提供基于基站信号，或者GPS和基站信号混合的方式定位，实现在复杂环境下(如室内、城市高楼之间)的精确定位。
如果同时利用智能化算法可以获取更佳的定位效果。例如，当移动台只能接收到两个基站的信号时，通常无法定位移动台，但是网络可以根据过去移动台的方向和速度，结合基站信号来唯一确定移动台的位置。而且还可以利用来自无线网络的一些重要信息加快处理进程，缩短卫星数据采集时间。
3 CDMA定位技术的比较与选择
以上介绍的七种定位技术，所能达到的定位精度不同、适用的环境不同，对终端和网络的要求也不同。在选择定位技术时，应根据各种定位技术的特点、不同的定位业务需求及终端和网络的实际情况，选取不同的定位技术方案。表1就各种定位技术的特点作了一个简单的比较：
表1 CDMA定位技术的比较 定位技术
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