维普资讯 http://www.cqvip.com 移 动 通 信 一 王天杰 俞朝辉 毛培法 张奇 １９９６年，美国联邦通信委员会（ＦＣＣ）要求移动运营商为用户提 摘要：ＣＤＭＡ无线位置服务是 一项刚刚兴起的移动数据业务，国 内目前尚无此项服务，在全球范围 供Ｅ一９１ｌ（紧急求援）服务，用以为呼叫者提供即时救援，这就是位置 服务的开始。此后日本、德国、法国、芬兰等国家纷纷推出各具特色 的商用位置服务，而基于ＣＤＭＡ的无线定位系统则刚刚开始商用， 在全球也只有少数几家运营商，如美国的Ｓｐｒｉｎｔ ＰＣＳ、日本的 内也只有少数几个运营商开展了这 项业务。详细介绍了目前主要的几 种定位技术方案，并进行了比较，同 时介绍了ＣＤＭＡ无线定位系统的 结构及其定位信息的承栽协议，还提 出了两类定位信息传输系统实现方 案 ＫＤＤＩ、韩国的ＳＫ Ｔｅｌｅｃｏｍ等能够提供。位置服务正在迅速发展，它 的巨大魅力在于能及时、准确地把地址信息发送给能提供服务的 人，同时还可以对终端进行定位、对位置进行实时监测和跟踪。位置 关键词：ＣＤＭＡ，定位技术．无线 服务在无线移动领域具有广泛的应用前景，而目前国内对ＣＤＭＡ 无线定位系统的研究才刚刚起步，因此对这一新技术的研究应引起 我们的高度重视。 一定位系统，定位实体，移动定位中心 Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＤＭＬＡ＿ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎ— ｂａｓｅｄ ｓｅｒｖｉｃｅ ｉＳ ａ ｎｅｗ ｍｏｂｉｌｅ ｄａｔａ ｓｅｒ— ｖｉｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｓｔａｒｔｅｄ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ Ｕｐ ｔＯ ｎｏｗ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｓｕｃｈ ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎ ．ＣＤＭＡ定位技术方案 １．基于网络的定位方案 Ｃｈｉｎａ．Ｏｎｌｙ ｆｅｗ ｏｐｅｒａｔｏｒｓ ａｌｌ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ ｈａｖｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｉｓ ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｖ— 基于网络的定位方案由多个基站（ＢＳ）同时检测移动台（ＭＳ）发 射的信号，通过处理各接收信号中携带的与移动台位置有关的特征 信号，计算出移动台的位置。由于受非视距（ＮＬ０Ｓ）、多径效应、各种 ｅｒａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ｄｅ— ｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｉｎ ｔｉｓ ｐａｐｅｒ，Ｍｅａｎ— ｈｗｈｉｌｅ，ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｏｆＣＤＭＡ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｃａｒｒｉｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｆｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏ－ ｄｕｃｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｏｈｉ— ｉｏｎｓｔ ｆｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓ— ｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ 干扰噪声和蜂窝结构的影响，定位精度并不能得到保证，甚至不能保 证定位。虽然各种定位技术如基于信号到达角度（ＡＯＡ）的定位技术、 基于信号到达时间差（ＴＤＯＡ）的定位技术均能在一定程度上改善上 述缺陷，但需要对整个网络的软硬件进行专门的改造，投资较大。 ２．基于移动台的定位方案 基于移动的定位方案来自于全球定位系统（ＧＰＳ）。移动台接收 多个（通常为３～４个）ＧＰＳ卫星发射的信号，根据这些信号中携带的 王天杰 浙江工业大学硕士研究生 俞朝辉 南京邮电学院硕士浙江省邮电规划设计 研究院移动所副所长 毛培法 浙江工业大学之江学院通信系统主任教授 张 奇 浙江大学博士浙江省邮电规划设计研究院 移动所所长高级工程师 与移动台位置有关的特征信号确定其与各卫星之间的位置关系，再 通过某种算法对自身位置进行定位估计。该方法存在一些缺点：因为 要保证观察天空，所以在室内及市区有高楼阻挡的情况下不可行；移 动台冷启动的时间较长，实时性得不到满足；移动台耗电量大。 ２０ｏ２年１０月第１０期 至。口ｌｌｏ Ｃｏ ｒ＿ ｒ＿ ｃ３—０∞＿ｔ—ｏ３∞ 维普资讯 http://www.cqvip.com ３．无线辅助全球定位系统 表１ 三种定位技术方案的比较 在郊区和农村，由于基站 密度低，移动台通常只与一个 精厦（ｍ） 基于网络的定位方案 基于移动台的定位方案 ｇｐ ｓ０ｎｅ技术方案 ５０～５００或更差 ３－２００ ３～５０ 基站保持通信，从而导致基于 网络的定位方案失效；然而，此 时ＧＰＳ接收机可以看到４个甚 至４个以上的卫星。相反，在建 筑物密集的城区和室内， ＧＰＳ 接收机一般看不到卫星，但正 ．一一 一 面 ｌ亚 的— 性能差 在所有呼 ｕ环境均为 一矗 一 ～ 、 可用胜 局限性，在乡村使用 都会使定位能力下降或 极好・能够在高匿 丧失 可变，从３０ Ｓ到１ ５ 在昕有呼 环境均 ．秒钟 保密性 不保密 ｍ１ ｎ，取决于呼 环境 保密 为 秒钟 深密 好有多个基站可以检测到移动 台信号：结合了上述基于网络 和基于移动台两种定位方案优 ．， … 一般集成度较『氐． 成本较高 点的无线辅助全球定位系统（ＷＡＧ）可以很好地在 功能实体，我们把这两个功能实体称为定位子系 统：定位子系统是整个定位服务的核心部分，由它 向用户提供准确的定位信息。定位子系统是一个可 各种环境下工作，同时也可以保证适当的投资和实 时性要求。 ４．ＧｐｓＯｎｅ技术方案 扩展的开放式系统，它与具体的业务应用相分离， 可应用于不同的无线网络（如ＧＳＭ，ＣＤＭＡ） 定位子 系统还新增了如下功能实体：协调路由数据库 （ＣＲＤＢ）、紧急业务网络实体（ＥＳＮＥ）、紧急业务消 息实体（ＥＳＭＥ）、位置业务网络实体（ＬＳＮＥ）、位置 业务消息实体（ＬＳＭＥ）、公共安全应答点（ＰＳＡＰ）和 无线用户信息（ＷＳＩ）等。无线定位网络结构如图ｌ 所示。 ＧｐｓＯｎｅ是由美国高通公司提出的一种无线辅 助全球定位系统和高级前向链接三边测量（ＡＦＬＴ） 相混合的技术，它是在ＷＡＧ基础上发展起来的 ＡＦＬＴ技术仅受ＣＤＭＡ网络支持，能利用ＣＤＭＡ系 统的全球定位系统时间采集、先导阶段偏移量、先 导信号强度、服务基站往返延迟等技术，其中先导 阶段偏移量（ＡＦＬＴ测量值）的精度为ｌ５．２６ ｎｌ，同时 ＡＦＬＴ需要精确的基站年历（包括基站的经纬度及 高度、先导阶段偏移量和往返延迟校准以及测量的 不确定值） ＧｐｓＯｎｅ技术方案与ＷＡＧ相比定位更 加精确，同时可用于室内定位。ＧｐｓＯｎｅ定位分为 定位实体计算产生定位信息，因此它是整个定位 系统的心脏。定位实体能够根据移动台的定位服务要 求选择定位处理，根据测量信息和数据计算用户的位 置，支持ＩＳ一８０１协议，以七号信令方式与移动定位中 心（ＭＰＣ）和移动交换中心（ＭＳＣ）相连。定位实体还提 供管理多路移动台通话、实时全球定位系统基准数据 的输入、实时定位记录及显示等控制功能 两步：先用ＡＦＬＴ定位，以支持全球定位系统和灵敏 度辅助数据计算；然后将基于移动台的测量与定位 实体（ＰＤＥ）数据巧妙地结合起来，排除了可能增加 的定位误差值。 移动定位中心是一个基于标准的网络实体，它 满足２Ｇ到３Ｇ的ＧＳＭ和ＣＤＭＡ标准，能够在特定 目前ＧｐｓＯｎｅ技术方案在各方面都优 于其它三种方案，尤其在定位精度方面。 ＰＤＥ：定位实体 其中三种方案的比较如表１。 ＭＰＣ：移动定位中心 ＣＲＤＢ：协调路由数据库 ：．ＣＤＭＡ无线定位网络 结构 无线定位系统是在原有移动通信系 ＥＳＮＥ：紧急业务网络实体 ＥＳＭＥ：紧急业务） 息实体 ＬｓＮＥ：位置业务网络实体 ＬＳＭＥ：位置业务消息实体 ＰｓＡＰ：公共安全应答点 ｗＳＩ：无线用户信息 ＭＳＣ：移动交换中心 统上增加一系列功能实体来完成的，其中 主要有定位实体和移动定位中心（ＭＰＣ） 图１无线定位网络结构 Ｏｃｔｏｂｅｒ．２ｏｏ２ 维普资讯 http://www.cqvip.com 网络里获取、传递、存储和控制位置信息；接收来自 移动交换中心、紧急业务消息实体、位置业务消息 实体等使用位置信息的应用实体的定位请求，进行 必要的处理后将请求发给定位实体；接收定位实体 提供的定位结果，再将定位结果发给移动交换中 心、紧急业务消息实体、位置业务消息实体等应用 实体；移动定位中心完成对用户的鉴权和认证，可 以限定对位置信息的访问。该中心以七号信令方式 与其它功能实体相连，是一个用于多种定位技术管 定的双模扩频系统位置服务标准规定了各种位置 移 动 通 消息。在这里，ＩＳ一８０１通信流程为通常流程。按ＩＳ－ ８０１通信的发起方划分，通信流程包括由移动台发 起的移动台发起（ＭＯ）方式和由定位实体发起的移 动台终止（ＭＴ）方式两种。下面以ＧｐｓＯｎｅ技术方案 为例说明这两种方式。 １．ＭＯ方式 信 ＭＯ方式下的ＩＳ一８０１通信流程如图２所示，整 个通信流程由四个ＩＳ一８０１信息组成。 理的软件包。作为一个开放的软件开发平台，它提 供了定位技术和定位服务提供商的标准应用编程 接口（ＡＰＩ）。移动定位中心还是一个定位数据库，存 储了包括时间、经度和纬度等一系列数据，支持辅 助ＧＰＳ和ＡＮＳＩ一４１ ＣＤＭＡ网络实现的ＡＦＬＴ定位 技术。移动定位中心管理了运营商和定位应用服务 的定位数据，并从定位服务或应用细节中提取定位 实体的摘要；同时，它有效地分离了定位技术和定 位应用，更加弹性地适应新技术和新业务的增长。 移动定位中心由位置管理器组成，位于可缩放、安 全可靠的平台上，允许无线运营商管理多个定位实 图２ ＭＯ方式 （１）移动台向定位实体发送第一个ＩＳ一８０１信 息。单一的ＩＳ一８０１信息中包含两个移动台响应要素 和两个移动台请求要素。响应要素中一个用来提供 移动台信息，定位实体可利用该信息启动通话并开 始ＩＳ一８０１处理；另一个用来提供先导阶段测量，定 位实体可用来采集增强的全球定位系统信号和全 球定位系统灵敏度，还可以提供初始定位预估，在 没有全球定位系统卫星在位探测时，可以提供临时 体。一个移动交换中心只能与一个移动定位中心相 连，但一个移动定位中心能同时服务于多个移动交 换中心。一个定位实体只能和一个移动交换中心相 连，但一个移动定位中心能与其覆盖区域内的多个 定位实体相连。 位置业务消息实体、位置业务网络实体与紧急 业务消息实体、紧急业务网络实体类似，都属于位 置信息应用实体（ＬＣＳ Ｃｌｉｅｎｔ），不同之处是紧急业务 消息实体和紧急业务网络实体是专门用来支持紧 急业务的，其中紧急业务网络实体主要处理话音接 定位特定值。请求要素中，一个用来请求全球定位 系统信号采集支持，另一个用来请求全球定位系统 灵敏度支持，这些都是高通公司的移动台Ｍ３３００ ＧｐｓＯｎｅ处理机所需要的。 续，紧急业务消息实体负责信令流程及报警用户位 置信息的索取。无线用户信息用来为紧急业务消息 实体和位置业务消息实体提供无线用户信息，协调 路由数据库实现位置坐标的转换，将用户的经纬度 转换为文字。公共安全应答点是紧急服务呼叫的终 止端点，负责回答紧急服务呼叫。 （２）定位实体向移动台返回一个ＩＳ一８０１信息， 即第二个ＩＳ一８０１信息。在这个ＩＳ一８０１信息中包含 两个定位实体响应要素和两个定位实体请求要素。 响应要素中，一个用来提供全球定位系统信息采集 支持；另一个用来提供全球定位系统灵敏度支持。 请求要素中，一个用来请求伪距测量；另一个用来 请求先导阶段测量。 （３）移动台再向定位实体发送一个ＩＳ一８０１信 息，即第三个ＩＳ一８０１信息。第三个ＩＳ一８０１信息中包 含两个移动台响应要素和一个移动台请求要素。响 三．定位信息的承载 移动台与定位实体之间的定位信息是以 ＩＳ～８０１协议标准来承载的。ＩＳ一８０１基于ＴＩＡ／ＥＩＡ制 ２００２年１ｏ月第１ｏ期 ０ ．Ｉｏ ００ｒｒ—ｒｒ—ｃ３一ｏ ｔｉ０３∽ 维普资讯 http://www.cqvip.com 应要素中，一个用来提供全球定位系统伪距测量， 该信息携带ＧｐｓＯｎｅ技术的无线辅助全球定位结果； 另一个用来提供先导阶段测量，该信息携带ＧｐｓＯｎｅ 根据ＴＣＰ／ＩＰ协议可分为两种具体实现方式。 ・通过电路域网络互通功能（ＩＷＦ）实现，移动台 在经过基站收发台（ＢＴＳ）、基站控制器（ＢＳＣ）、移动 技术网络（即ＡＦＬＴ）部分的结果。请求要素用来请求 定位响应，该请求的目的是使移动台Ｍ３３００获得定 位实体的定位结果。 交换中心后，再通过网络互通功能、传感器界面应 用与定位实体相连，如图４。 （４）定位实体向移动台发送一个ＩＳ一８０１信息， 即第四个ＩＳ一８０１信息。第四个ＩＳ一８０１信息中仅包 含一个定位实体响应要素。这个响应提供定位响 应，定位实体发回定位结果。这是定位ＡＰＩ将发回 给浏览器的定位信息。 ２．ＭＴ方式 ・图４ ＩＷＦ的ＴＣＰ／ＩＰ实现方式 通过分组域设备实现（ｃｄｍａ２０００ １ｘ情况下），移 动台通过分组数据交换节点（ＰＤＳＮ）、传感器界面应 用与定位实体相连，这才能真正实现在移动台与定位 实体的ＴＣＰ／ＩＰ连接上承载ＩＳ一８０１信息，如图５。 ＭＴ方式下通信流程中的ＩＳ一８０１信息与Ｍ０方 式中的完全一样，只不过它是由定位实体发起的， 整个通信流程由５个ＩＳ一８０１信息组成，具体信息这 里不再描述。 四．定位信息传输系统的实现 定位信息传输系统是一个在移动台和定位实 体间传送ＩＳ一８０１协议信息的通道，目前有通过短消 息业务（ＳＭＳ）方式和ＴＣＰ／ＩＰ方式实现两种方案。短 消息业务实现方式如图３所示。这种方式只适用于 图５ ｃｄｍａ２０００ Ｉｘ下的ＴＣＰ／ＩＰ实现方式 五．结语 无线定位服务在全球才刚刚起步，将来无论在 技术和网络构建上都会得到进一步提高，目前在无 线定位的精度和延迟等方面还需要研究和探索。无 线定位系统的实现可以根据具体情况有所不同。 ＳＩＡ：传感嚣界面应用 ＢＳＣ：基站控制嚣ＭＳ：移动台 ＳＭＳＣ：短信息服务中心 ＢＴＳ：基站收发台 ＣＤＭＡ定位系统的定位精度高，采用哪种ＣＤＭＡ定 位系统需要综合考虑经济、网络演进等因素。ＣＤＭＡ 图３ ＳＭＳ实现方式 无线定位巨大的市场潜力还需进一步挖掘。 呵 收稿日期：２００２—０９一Ｉ７ 由移动台发起定位服务的情况，同时移动台必须具 备短消息业务定位功能，传感器界面应用（ＳＩＡ）也 必须支持短消息服务中心（ｓＭｓｃ）通信。短消息服务 中心能给定位信息指定比普通短消息更高的优先 级，使两者得以区分。有一点要注意，ＩＳ－８０１规定其 单个定位信息最长为２００字节，而短消息最长报文 ｓ ＿Ｒｏｏ ＇Ｖ 参考文献 。ｏ。。＿Ｌ０ｃａ ｉ 一Ｂ 。 ｉ ‘ＬＢ－ ２ ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ一８０１．Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｄｕａｌ ３ ＴＩＡ ＩＡ／Ｉ Ｊ—ｓＴＤ— ３６Ｅ ｈ ．ｄｗｉ ｌ ９—１—１ Ｐｈ ＩＩ．２０００ ４ Ｉｓ—Ｊ—ＳＴＤ一０３６—１（Ａｄｄｅｎｄｕｍ Ｎ。－ ｔ。ＩＳ一卜ｓｔｄ一０３６）－Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｗｉ 长度由报文传送单元最大帧直接得到，为１４０字 节 当ＩＳ一８０１信息长度大于短消息长度时，是将 ＩＳ－８０１信息拆分为两个短消息传送，还是将两个短 消息进行粘接来承载ＩＳ一８０１信息，其标准还要自己 来制定 Ｏｃｔｏｂｅｒ．２ｏｏ２
