GPSOne定位業務優化方法探討和分析

陳秀敏，許向東，黃毅華，劉 悅

（1.中國電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630；2.中國電信集團公司 北京100032）

1 引言

GPSOne精定位技術在中國電信行業應用中已進入快速發展階段。近期涌現出大量基于定位業務的行業應用產品，如漁信e通、物流e通、司法e通、位訊通、銷售管家、保險e通等，為各個行業提供個性化的位置服務應用。GPSOne精定位是目前熱門的數據增值業務之一，是行業界公認的最有吸引力的無線數據業務之一。GPSOne定位平臺提供基于GPSOne技術的定位服務，集中設置在北京，由MPC（mobile position center，移 動 定 位 中 心）、PDE（position determining element）位 置 計 算 實 體 和WARN組成。隨著GPSOne技術的完善和支持GPSOne終端的普及，使用GPSOne的用戶成倍增加。除了行業應用用戶以外，隨著智能手機的普及，個人用戶對GPSOne的使用量也呈爆發性增長。而對GPSOne業務的優化，也隨著用戶的增長提上日程。

2 GPSOne技術簡介

GPSOne是美國高通公司為基于位置業務開發的定位技術，采用客戶機/服務器（client/server）方式。它將無線網絡輔助定位技術AGPS[1]和高級前向鏈路三角定位法（AFLT）兩種定位技術有機結合，實現高精度、高可用性和較高速度定位。在這兩種定位技術均無法使用的環境中，GPSOne會自動切換到基站定位方法的cell ID扇區定位方式，確保定位成功率[2]。

GPSOne將AGPS定位及CDMA三角定位功能嵌入到CDMA終端芯片中[3]，利用CDMA三角運算定位彌補衛星信號被阻擋情況下的缺陷，完成室內或地下室定位，其他蜂窩電話網絡如GSM/GPRS雖也有類似的自定位技術，但由于CDMA是唯一全網同步的（通過GPS）網絡，因此定位精度更高。GPSOne系統組成如圖1所示。

圖1 GPSOne系統組成

GPSOne系統中，包含了多種混合定位技術，歸納起來可分為以下3類：

·MS-assisted模式=混合AGPS+AFLT（網絡側計算）；

·MS-based模式=AGPS（終端側計算）；

·Standalone GPS（SGPS）模式=GPS。

表1為GPSOne 3種模式的發起方式，可知，從終端側可以發起MS-assisted、MS-based和SGPS 3種方式的定位，但是從網絡側，只能對終端發起MS-assisted這一種定位。不同的定位方式，區別在于計算方的不同，如圖2所示。

表1 GPSOne 3種模式的發起方式

對于MS-Assisted模式，由于使用網絡側進行計算，所以速度和成功率都高于MS-based模式；網絡側計算完成后，會將結果下發給GPSOne終端；對于MS-based模式，是終端從服務器獲得輔助數據，然后由終端進行計算，并將結果通知服務器；對于Standalone GPS方式，是終端自己使用GPS星歷進行計算。

圖2 3種不同模式的計算和發起流程

3 GPSOne無線網絡優化方法探討

在進行GPSOne無線網絡優化前，應根據各個省市實際情況，分析用戶分布，針對不同場景采用不同測試方式，貼近實際用戶使用感知，按照不同場景進行分類統計和給出有針對性的優化方案。除此之外，還要考慮日常投訴中的邊界和室內投訴。因此評估主要是針對用戶集中分布和業務投訴集中的區域，通過現場測試，查找問題點，進而有針對性地進行優化分析。

以某市為例，取一整天的用戶位置分布和行業應用用戶分布情況，如圖3所示，定位主要集中在主城區、高速、海域區域。

圖3 某市一日定位結果點分布

從歷史GPSOne定位數據來看，導致定位失敗的因素主要包括以下幾個方面：弱覆蓋、導頻污染、切換失敗、AN釋放等無線網絡問題，MPC及PDE平臺問題，用戶終端數據問題。從定位精度維度來看，在GPSOne定位系統中，高精度定位方式為AGPS和混合（hybrid）兩種，而其他諸如AFLT、mixed cell、cell ID、b.s.region等 定 位 方 式 下 的 定 位精度則相對較低。衛星是否參與定位與測試環境和測試終端的放置位置等有很大關系，另外除衛星參與的定位方式外，AFLT定位方式相對于其他定位方式而言精度最高，所以提升AFLT定位方式的占比，降低其他定位方式的比例是無線網優工作中提高整體定位準確度的關鍵。

下面結合GPSOne定位的信令流程[4]和測試流程對各定位失敗類型進行相應說明。圖4所示為GPSOne信令流程。圖5為GPSOne測試流程。

圖4 GPSOne信令流程

圖5 GPSOne測試流程

（1）失敗類型1——連接失敗

連接失敗主要是發生定位的第一階段，也就是沒有完成cdma2000 1x/Ev-Do信道連接，從而造成定位失敗。cdma2000 1x/Ev-Do連接失敗的原因有多種，如手機原因、無線環境原因，主要通過網優方法來解決。

（2）失敗類型2——MPC交互失敗

MPC交互失敗主要發生在定位的第二階段，cdma2000 1x/Ev-Do數據信道成功建立，MS向MPC發起StartPosition ProcessRequest消息，但沒有收到MPC返回StartPosition ProcessResponse消息或者MPC返回了系統繁忙等原因，造成定位失敗，則判定為MPC交互失敗。

（3）失敗類型3——無IS801請求

沒有IS801請求主要發生在定位的第3個階段前半階段，MS與MPC交互成功，并成功收到StartPositionProcess Response消息，但由于網絡原因或者終端原因，沒有發起請求提供GPS輔助、提供移動信息、提供導頻測量信息等消息，則判定為沒有IS801請求。

（4）失敗類型4——IS801過程中斷

IS801過程中斷主要發生定位的第3個階段后半階段，MS發起請求提供GPS輔助、提供移動信息、提供導頻測量信息等消息，PDE返回提供GPS輔助，MS發起Provide LocationRequest消息后，沒有收到PDE返回定位結果消息ProvideLocationResponse消息，則判定為IS801過程中斷。

3.1 無線環境與定位成功率關系

以某市進行的一次GPSOne專題測試為例，城區中定位失敗主要原因是連接失敗、MPC交互失敗、無IS801請求三大類。其中由于無線原因引起的定位失敗約占三分之一，詳見表2。

定位失敗比例如圖6所示。針對無線因素造成的定位失敗，主要是由區域的SINR弱覆蓋、導頻污染、鄰區漏配、頻繁切換等原因造成，其中SINR弱覆蓋占絕大部分（GPSOne無線承載通常可以采用cdma2000 1x和Ev-Do兩種方式，本例中測試過程無線承載采用Ev-Do網絡，所以關注參數是SINR）。可見無線環境的優劣，特別是SINR值的覆蓋水平，對GPSOne業務的定位成功率有一定的影響。從圖7可以看出，SINR越好，空口失敗概率越低，IS801交互成功率越高。

表2 定位失敗原因統計

圖6 定位失敗比例

圖7 SINR與空口失敗率及IS801交互成功率關系

對于SINR的優化，可采用RF及參數優化等常規方法，如調整天饋、增加鄰區、調整鄰區優先級、解決基站故障等。針對非無線原因造成的定位失敗，主要還是通過降低平臺的繁忙度來解決。

表3 SINR與定位精度的關系

3.2 無線環境與定位精度關系分析

從某市的測試結果來看，無線環境與定位精度也存在一定的關聯。無線環境良好區域，圓概率CEP68誤差相對偏大，主要原因是，從無線角度來說，SINR好的區域，導頻數量相對較少，在沒有衛星參與定位的情況下，使用AFLT定位方式的概率相對偏小，精度會差；而SINR差的區域，導頻相對比較多，使用AFLT定位方式的概率相對偏大，精度反而更高，如表3所示。影響定位精度的無線因素主要是基站布局。

為研究終端收到的導頻數量和GPSOne定位精度之間的關系，利用網優平臺對AFLT計算的導頻數量（小于實際收到的導頻數量）和定位精度進行統計，以HEPE作為精度參考，統計全天定位情況，如圖8所示。

圖8 AFLT定位精度與導頻數量關系

從統計結果來看，AFLT方式下，參與計算的PN數量4個是臨界點：小于4個時，定位精度會比較低，HEPE在300 m以上，最大可達1 000 m左右；大于或等于4個PN參與定位，精度迅速降到100 m或以下。參與計算的PN越多，HEPE越小，精度越高，有時僅20 m左右，甚至優于AGPS方式。在GPSOne業務的精度優化中，對于AFLT方式的優化，單純增加導頻數量并不是線性收益，應盡量控制導頻的數量，避免造成導頻污染影響其他業務質量。

3.3 無線環境與定位時延的關系分析

無線環境與定位時延同樣存在一定的關聯。從某市的測試結果來看（如表4所示），無線環境良好區域，空口連接時延明顯縮短，從而整體業務時延也較短。影響定位空口時延的無線因素主要有導頻污染、頻繁切換、弱覆蓋（Ev-Do切換到cdma2000 1x）、RSSI高等原因，另外還跟手機休眠態時長、缺省協議軟切換時延、TCA重發次數等無線參數設置有關。

表4 SINR與定位時延的關系

4 典型案例分析處理和探討

如上所述，影響GPSOne業務質量的三大類問題是定位失敗、定位精度和定位時延，下面從這3個方面結合實際案例進行分析和探討。

圖9 地理化展現定位失敗和SINR

4.1 定位失敗類

定位失敗是指終端在定位過程中，由于信息交互中斷導致定位失敗，包括無線側數據業務連接時的中斷和平臺側MS與MPC交互時的中斷。其中無線側數據業務鏈路中斷主要是由于前向覆蓋不足、SINR值過差、特殊事件（如其他呼叫呼入）等因素造成，MPC交互中斷主要是由MPC系統繁忙、IS801交互失敗等因素造成。

下面這個實例為SINR過差導致的定位失敗。

4.1.1 問題描述

在對城區進行定位測試過程中，測試車輛由西向東行駛并左拐后發生一次定位失敗。從定位過程中的無線網絡覆蓋指標看，定位時SINR較差。圖9為地理化展現定位失敗和SINR，圖10展現了定位失敗前后各個狀態。

4.1.2 原因分析

從定位失敗時的現象看，在定位過程中SINR較差，通過分析定位信令以及比較相應的SINR情況查找原因。從本次定位信令中可以看到終端在11:20:39.609發出定位請求，并已在cdma2000 1x Ev-Do上建立連接。造成該次定位失敗的時間點在11:20:39.609—11:21:10.562。對這段時間內的無線指標進行分析，可以發現在定位過程中的這段時間里SINR較差，影響了終端與MPC間的交互，最終造成該次定位沒有成功。

4.1.3 案例小結

從本案例可以看到，當SINR過差時，會影響終端與MPC間的交互，最終造成定位失敗，需通過優化改善SINR。

4.2 定位精度類

對定位精度的影響主要取決于定位方式的不同，盡量使終端采用定位精度較高的方式來定位能提高定位精度。而在衛星沒有參與定位的情況下，基站參數的設置對定位精度具有較大的影響，其中影響定位精度的主要因素有：

·服務小區缺失；

·服務小區配置設置錯誤；

·服務小區經緯度嚴重偏差；

·MAR值不合理；

·PN參數錯誤；

·BSA存在冗余數據；

·直放站標示設置；

·扇區中心設置不合理；

·PNINC不同；

圖10 趨勢圖展現定位失敗前后各個狀態

圖11 測試位置結果

·異PDE無法查找。

下面這個實例反映了小區經緯度錯誤導致PN查找失敗的情況。

4.2.1 問題描述

某機場候機廳主要由機場候機廳室分RRU覆蓋，PN為388。在該點進行測試時發現，用戶在定位時由于匹配到的其他PN的匹配度太差，而無法使用AFLT方式進行定位，最終采用了mixed cell sector方式進行定位，在采用該方式定位時的HEPE也屬于正常范圍240 m左右，并且RNG為4。但是由于BSA數據庫中該室分經緯度填寫錯誤，造成最終定位結果與實際位置誤差達30 km，如圖11所示。

4.2.2 原因分析

檢查RRU的經緯度，發現BSA數據庫中經緯度與實際經緯度不一致，如圖12所示。

將某機場候機廳室分RRU經緯度由120.1014、30.24125修改為正確的經緯度120.4355、30.23701后對該點進行復測，返回的經緯度正常，PN也全部查找成功。

4.2.3 案例小結

BSA中扇區經緯度位置十分重要，特別是作為服務小區時的經緯度決定了定位的大致查找范圍，一旦偏離過大會造成較大的定位誤差，而且這種誤差從HEPE值上無法發現。HEPE值并不能真正反映定位誤差，以GPS來對比的日常測試就顯得非常重要。PN查找失敗也不能光從查找失敗的那些小區來判斷，本案中PN248、242這些查找失敗都不是其本身的原因，而是服務小區的問題引起的，需先排除服務小區的問題。

4.3 定位時延類

對定位時延的影響主要來源于網絡側接入時延與定位平臺處理時延，其中網絡接入時延對整個定位時長影響最大。弱覆蓋、導頻污染等影響終端數據業務接入的問題均延長了終端定位時延。因此，改善定位時延主要是改善無線網絡覆蓋狀況，改善方法與普通的改善Ev-Do/cdma2000 1x覆蓋方法相似。

圖11 BSA數據庫經緯度與實際不一致

下面這個實例反映了乒乓切換對定位時延的影響。

4.3.1 問題描述

在測試過程中，測試車輛由西南向東北方向行駛時，發現終端在PN=462、PN=294、PN=123間乒乓切換（如圖13所示），造成本地定位時延持續37.2 s。

4.3.2 原因分析

從圖13的信令可以看到，在定位發起事件請求之后、Ev-Do信道連接建立過程中，終端進行多次小區重選及切換，形成乒乓切換。

在成功完成Ev-Do連接，MPC交互完成后，關閉連接，然后與PDE交互過程中發起第二次Ev-Do連接過程中，終端仍然頻繁地進行小區重選，最終導致加大本次定位時長。

圖13 扇區乒乓切換狀況

4.3.3 案例小結

從本案例可以看到由于終端在接入過程中發生乒乓切換，影響了終端接入的時間，最終影響了定位的時延。因此需要通過RF調整、功率調整等措施調整切換帶，減少乒乓切換的影響，從而改善定位時延。

5 結束語

在進行GPSOne業務優化前，需要根據用戶分布及使用場景制訂評估計劃，使得測試結果能夠更加貼近用戶感知。對GPSOne業務進行優化，主要入手點是無線網絡和MPC、PDE等服務器，對于MPC、PDE優化已經有大量文獻進行講解和介紹，但是對于無線網絡質量對GPSOne業務的的影響分析研究，以及對應分優化思路方面則較少提及。從天翼GPSOne業務無線網絡優化實際工作中總結出部分經驗，用以與相關人員共同探討。

1 李明峰，馮寶紅，劉三枝.GPS定位技術及其應用.北京：國防工業出版社，2006

2 羅圣美，鄧芳偉，王煒.CDMA無線定位業務及其實現.電信技術，2002(3)

3 譚鍇.GPSOne定位技術研究.計算機技術與應用，2005(5)

4 GPSOne solutions for cdma2000,cdma2000 1x and Ev-Do.http://www.qualcomm.com DMA20.2002210,2002