移動位置服務（LBS）技術發展

摘要：本文介紹了3G中廣泛使用移動位置服務（LBS）技術：CELL-ID、A-GPS和GPS-ONE，分析了三種技術的基本原理及網絡通信過程，指明了影響移動定位精度的主要原因及LBS未來發展趨勢。

關鍵詞：LBS；CELL-ID；A-GPS；GPSONE

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 18-0025-02

一、概述

位置業務（LBS，Location Based Service）是指移動網絡通過特定的定位技術來獲取移動終端的位置信息（經度緯度），在電子地圖平臺的支持下，為終端用戶提供附加服務的一種增值業務，可廣泛應用于緊急救援、導航追蹤、運輸調度、移動黃頁等諸多方面。我國擁有世界上最多的移動通信用戶，這就形成了巨大的潛在定位應用消費市場，我國的LBS主要采用Cell-ID、A-GPS（輔助GPS）和GPSONE三種方法。在2G或2.5G的網絡里，由于受到網絡傳輸速度的限制，高精度定位技術的應用受到局限，伴隨著移動通信網絡從2.5G向3G的快速演進，無線網絡可以提供更高速的無線下載功能，這就為移動定位業務提供了更加廣闊的發展空間。

二、CELL-ID

該技術是一種最簡單的定位技術，無需對手機和網絡進行修改，就可以向當前的移動用戶提供自動定位業務，該技術是根據移動設備所處的蜂窩小區ID號來確定用戶的位置，因此它的定位精度取決于蜂窩小區的半徑。與其它技術相比，其精度是最低的，當需要精度較高的緊急定位服務時，CELL-ID就無法滿足要求了。但是由于該技術投資較低，因此可以讓移動運營商迅速進入定位市場。同時，其定位響應時間短，一般在3秒以內，相比衛星定位（GPS）有很大優勢。在今后的3G網絡中該技術將會與其它高精度的定位技術并存，來滿足用戶不同需求的定位業務。

目前該技術已經在許多國家的移動網絡中為一些精度要求不高的定位業務提供服務。例如天氣預報、餐館查詢、影院信息等。并且在美國，它已經開始為第1階段的\"E911\"緊急服務提供支持。

三、A-GPS

A-GPS技術是一種結合了網絡基站信息和GPS信息對移動設備進行定位的技術，可以在GSM/GPRS、WCDMA和CDMA2000網絡中使用。該技術需要在手機內增加GPS接收機模塊，并改造手機天線，同時要在移動網絡上加建位置服務器、差分GPS基準站等設備。如果要提高該方案在室內等GPS信號屏蔽地區的定位有效性，該方案還提出需要增添類似于EOTD（增強型觀測時間差）方案中的位測量單元（LMU）。AGPS的具體工作原理如下所示：

1.AGPS手機首先將本身的基站地址通過網絡傳輸到位置服務器；

2.位置服務器根據該手機的大概位置傳輸與該位置相關的GPS輔助信息（包含GPS的星歷和方位俯仰角等）到手機；

3.該手機的AGPS模塊根據輔助信息（以提升GPS信號的第一鎖定時間TTFF能力）接收GPS原始信號；

4.手機在接收到GPS原始信號后解調信號，計算手機到衛星的偽距（偽距為受各種GPS誤差影響的距離），并將有關信息通過網絡傳輸到位置服務器；

5.位置服務器根據傳來的GPS偽距信息和來自其他定位設備（如差分GPS基準站等）的輔助信息完成對GPS信息的處理，并估算該手機的位置；

6.位置服務器將該手機的位置通過網絡傳輸到定位網關或應用平臺。

A-GPS解決方案的優勢主要在其定位精度上。在室外等空曠地區，其精度在正常的GPS工作環境下，可達10米左右，堪稱目前定位精度最高的一種定位技術。該技術的另一優點為：利用網絡傳來的輔助信息可以增強TTFF（Time To First Fix），首次捕獲GPS信號的時間一般僅需幾秒，不像GPS的首次捕獲時間可能要2-3分鐘，A-GPS定位響應時間通常為3-10s之間。

此外，為了解決終端在室內以及在城市中被建筑物遮擋而難以接收GPS信號的缺陷，一般A-GPS技術解決方案還考慮了CELL-ID定位技術作為備用方案，這樣就大大提升了A-GPS的定位能力。

雖然A-GPS技術的定位精度很高、首次捕獲GPS信號時間短，但是該技術也存在著一些缺點。首先，室內定位的問題目前仍然無法圓滿解決。另外，AGPS的定位實現必須通過多次網絡傳輸（最多可達六次單向傳輸），這對運營商來說是被認為大量的占用了空中資源。A-GPS最主要的問題是用戶對于使用移動定位業務必須更換手機難以接受。而且A-GPS手機比一般手機在耗電上有一定的額外負擔，間接減短了手機的待機時間。除此之外，就是使用有效性問題。由于GPS系統受政府（美國的GPS、前蘇聯的GLONASS、歐洲的伽利略、中國的北斗等衛星系統）擁有和控制，在非常時期（如海灣戰爭、反恐戰爭等），民用GPS服務可能會受到影響，A-GPS的定位業務更難以正常運作了。目前，A-GPS的方案提供商主要是美國高通公司和其子公司Snaptrack公司，現在還只能用于CDMA和iDEN網絡的市場，在不久的將來該定位技術還會用于GSM網絡。

四、GPSONE

在美國Sprint PCS和Verizon分別在2001年10月和2001年12月推出了基于GPSONE技術的定位業務，并且通過該技術來滿足FCC對E911第二階段的要求。GPSONE是一種基于CDMA系統的A-GPS與前向鏈路AFLT三角定位法的結合技術，無線運營商在其網絡中布置多個高靈敏度GPS接收機，負責全天候監測覆蓋區域上空所有GPS衛星的星歷數據、多普樂頻移等定位所需信息，動態刷新存儲于定位平臺中的GPS衛星數據庫（衛星數據與地理位置對應關系）。移動設備只有在需要定位時才通過無線網絡向定位平臺通報大概位置（屬于哪個基站），通過定位平臺接收的輔助GPS衛星信號實現輔助定位，從而大大縮短衛星捕獲時間，大幅度降低耗電，滿足室內室外的全覆蓋定位。在日本，KDDI于2002年12月率先推出了全國范圍的基于GPSONE技術的定位業務（商業名稱為“輕松導航”）。在韓國，KTF于2002年2月利用GPSONE技術成為韓國首家在全國范圍內通過移動通信網絡向用戶提供商用移動定位業務的公司。2009年3月，中國電信和印度TaTa電信也相繼推出自己的GPSONE手機定位服務。目前GPSONE的定位精度達到了5-50米[1]，完全可以使用戶知道他們的確切位置，并可以同時上傳和下傳定位地點的數據，無須另外的通信通道，利用無線運營商的網絡和位置服務商的GIS，實現企業級應用。

五、影響移動定位精度的主要原因

（一）多徑傳播

多徑傳播是由于收發信機周圍存在各種物體，使無線電波的傳播經過反射、衍射、折射等多個路徑到達接收機，表現為接收信號的強度由直射波和反射波疊加合成。多徑效應會引起信號衰落。對于時延小于一個碼片時間的多徑分量，接收機不能將其分離，從而使相關波形的峰值點出現位移，造成TOA估計的誤差。多徑傳播也是AOA定位中誤差的首要來源，是定位系統絕對誤差的基本原因之一。

（二）非視距（NLOS）傳播

非視距（NLOS：Non-Line-Of-Sight）傳播是由于建筑等障礙物的阻擋，信號不能在移動設備和基站之間直線傳播，而是經過反射或衍射傳播。NLOS傳播的根本原因是多徑，但對定位結果的影響與多徑有很大不同，信號實際的傳播距離和傳播時間比視距傳播大，從而帶來正的距離測量誤差，同時，由于接收機檢測不到直達信號，AOA測量值也有很大偏差。

（三）多址干擾

GSM和CDMA系統中都存在多址干擾，但CDMA系統中的多址干擾大得多，這是由于CDMA系統采用碼分多址，各用戶使用相同的頻率造成的。多址干擾會嚴重影響到達時間的粗捕獲，也會造成可測性問題。對移動設備進行功率控制雖然能減小多址干擾，但功率控制只對服務基站起作用，移動設備和非服務基站之間的信號還是很弱，因此往往造成能參與定位的基站數不夠，無法進行定位。

六、結束語

就移動網絡定位技術的發展前景而言，混合定位技術應該是最有前途的，能通過相互補充彌補彼此的不足，是快速、精確定位的最佳方法。同時，通過改進算法，提高抗NLOS、抗多徑、多址干擾能力，減少或消除上述因素對定位精度的影響，推進LBS更廣泛應用。

參考文獻：

[1]http：//baike.baidu.com/view/152863.htm

[作者簡介]鄭飛雁（1974-），女，河北阜城人，碩士，高級工程師，研究方向為數據庫與數據挖掘；楊陳（1974-），男，四川隆昌人，碩士，研究方向為圖像壓縮算法。