GSM手機(jī)定位技術(shù)
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（1）雙曲線方式
與E－OTD計(jì)算相關(guān)的基本時(shí)間量有3個(gè)：
•OTD：即手機(jī)得到GSM網(wǎng)絡(luò)上兩個(gè)不同BTS發(fā)來(lái)脈沖的時(shí)間間隔。t1時(shí)得到BTS1的脈沖，t2
時(shí)
得到BTS2的脈沖，則OTD＝t2－t1。兩個(gè)脈沖同時(shí)得到，則OTD＝0。
•RTD：即GSM網(wǎng)上兩個(gè)BTS的相對(duì)同步時(shí)間差。若BTS1在t3時(shí)刻發(fā)送脈沖，BTS2在t4時(shí)刻發(fā)
送
脈沖，則RTD=t4-t3。若GSM網(wǎng)同步，則BTS在同一時(shí)刻發(fā)送，RTD不需要計(jì)算，此時(shí)RTD＝0。
• GTD（幾何時(shí)間差）：幾何距離不等，導(dǎo)致手機(jī)接收兩個(gè)不同BTS發(fā)來(lái)的脈沖存在時(shí)間差。
如果手機(jī)到BTS1的傳播距離為d1，BTS2到手機(jī)的距離為d2，則GTD＝（d2－d1）／C（C為電磁波
傳
播速度）。若兩個(gè)BTS到手機(jī)的距離相等，GTD=0。
上述參數(shù)之間的關(guān)系為：OTD＝ RTD＋GTD。
位置信息從GTD計(jì)算出來(lái)，由OTD和RTD可用前面的公式推導(dǎo)。手機(jī) GTD中的d2－d1值為恒
量，
這時(shí)可能的位置信息為雙曲線。手機(jī)位置則位于由三個(gè)基站和兩個(gè)GTD得到的兩條雙曲線交界處。
測(cè)量結(jié)果存在誤差，灰色區(qū)域?yàn)镺TD測(cè)量結(jié)果可能的位置。雙曲線交叉得到的黑色區(qū)域?yàn)槭謾C(jī)的位
置。
（2）圓弧方式
圓弧方式不測(cè)量手機(jī)和 LMU接收不同 BTS信號(hào)的時(shí)間差值，只測(cè)量那些信號(hào)各自到達(dá)的時(shí)
間。以下參數(shù)與E－OTD圓弧方式相關(guān)：
•MOT：BTS信號(hào)到達(dá)手機(jī)的時(shí)間，以手機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘為準(zhǔn)；
•LOT：BTS信號(hào)到達(dá) LMU的時(shí)間，以 LMU內(nèi)部時(shí)鐘為準(zhǔn)。通常手機(jī)與LMU的內(nèi)部時(shí)鐘之間有
一
個(gè)偏移量ε；
•DMB：手機(jī)與 BTS之間的幾何距離；
•DLB：LMU與BTS之間的幾何距離。
參數(shù)之間的關(guān)系：DMB－DLB=c，（MOT－LOT＋ε）（c為電磁波傳播速度）。
以手機(jī)和LMU同時(shí)觀察的BTS為圓心畫圓，交叉就可得到手機(jī)的位置。由于存在3個(gè)未知量，即
手機(jī)位置的X、Y坐標(biāo)和偏移量ε，所以與雙曲線方式相同，至少需要3個(gè)BTS，才能得到手機(jī)的位
置和偏移量ε值。圓弧方式與雙曲線方式的主要區(qū)別在于手機(jī)測(cè)量誤差區(qū)和手機(jī)相對(duì)于BTS的幾何
位置，其它實(shí)現(xiàn)方式一致。
E－OTD計(jì)算與手機(jī)能收到足夠多的BTS信息密切相關(guān)。通常說(shuō)來(lái)，GSM網(wǎng)覆蓋性能越好，定位
精度越高。手機(jī)在空閑和業(yè)務(wù)模式（通話時(shí)）下均可實(shí)現(xiàn)定位，且可選擇持續(xù)定位或單個(gè)定位。
持續(xù)定位更適合于手機(jī)自主方式，該方式不需要上行信令。若BTS能采用類似于短消息小區(qū)廣播
（SMS－CB）的功能來(lái)發(fā)送位置坐標(biāo)和RTD信息，在空閑模式時(shí)手機(jī)就有足夠的信息計(jì)算自己的位
置。采用E－OTD定位方式時(shí)，LMU和BTS的比例為1：3到1：5之間。
2.3 A－GPS原理
GPS輔助定位方式實(shí)現(xiàn)步驟如下：GSM網(wǎng)收到GPS輔助信息；GSM網(wǎng)將輔助信息發(fā)送到手機(jī)；手
機(jī)得到GPS信息，計(jì)算并得出自身精確位置；手機(jī)將位置信息發(fā)送到GSM網(wǎng)。
該方式有手機(jī)輔助方式和手機(jī)自主方式兩種：
（1）手機(jī)輔助GPS定位方式
這種解決方案是將傳統(tǒng)GPS接收器的大部分功能轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)處理器上實(shí)現(xiàn)。該方式需要天線、
RF單元和數(shù)據(jù)處理器等設(shè)備。GSM網(wǎng)向手機(jī)發(fā)送一串極短的輔助信息，包括時(shí)間、可視衛(wèi)星清單、
衛(wèi)星信號(hào)多普勒參數(shù)和碼相位搜索窗口。這些參數(shù)有助于內(nèi)置GP S模塊減少GPS信號(hào)獲得時(shí)間。輔
助數(shù)據(jù)來(lái)自經(jīng)手機(jī)GPS模塊處理后產(chǎn)生的偽距離數(shù)據(jù)，且可持續(xù)數(shù)分鐘。收到這些偽距離數(shù)據(jù)后，
相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)處理器或定位服務(wù)器能大致估算出手機(jī)的位置。GSM網(wǎng)增加必要的修正后，可提高定位
精度。
（2）手機(jī)自主GPS定位方式
這種手機(jī)包含一個(gè)全功能的GPS接收器，具有（1）方式中手機(jī)的所有功能，再加上衛(wèi)星位置
和手機(jī)位置計(jì)算功能。運(yùn)算開始時(shí)，需要的數(shù)據(jù)比手機(jī)輔助方式要多，這些數(shù)據(jù)能夠持續(xù)4小時(shí)以
上或根據(jù)需要進(jìn)行更新，通常包括時(shí)間、參考位置、衛(wèi)星星歷和時(shí)間校驗(yàn)參數(shù)等。如果某些應(yīng)用
需要更高的精度，則必須持續(xù)（間隔約30s）向手機(jī)發(fā)差分GPS（DGPS）信號(hào)。DGPS信號(hào)在非常寬
的地域范圍有效，以一個(gè)參考接收器為中心可服務(wù)于較寬的地域范圍。最終位置信息由手機(jī)本身
計(jì)算得到，若需要，此定位信息可發(fā)送到其它任何應(yīng)用中。
3 3種定位方式比較
3.1TOA
（1）優(yōu)點(diǎn)
•100％兼容現(xiàn)有手機(jī)。全球在用的數(shù)億個(gè)手機(jī)不必作任何改動(dòng)就可一步到位實(shí)現(xiàn)定位，最大
限度保護(hù)現(xiàn)有手機(jī)用戶的利益，是當(dāng)前情況下實(shí)現(xiàn)GSM手機(jī)定位的一種理想實(shí)現(xiàn)方式；
•支持漫游，各種接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一；
•定位精度可單獨(dú)優(yōu)化。通過(guò)提高LMU性能，可局部提高定位精度。
（2）缺點(diǎn)
初始投資高。整個(gè)網(wǎng)需要建立大量LMU，投資較大。現(xiàn)有GSM網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)同步還需進(jìn)行改造；
•業(yè)務(wù)量大時(shí)網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)增加。當(dāng)定位需求增多時(shí)，手機(jī)需頻繁強(qiáng)制執(zhí)行切換命令，使GSM網(wǎng)的
信令傳輸量增加。
3.2 E-OTD
（1）優(yōu)點(diǎn)
•LMU數(shù)量遠(yuǎn)少于 TOA方式，可減少網(wǎng)絡(luò)初始投資；
•不需要增加手機(jī)的額外費(fèi)用?，F(xiàn)有手機(jī)無(wú)需增加硬件模塊和附件，只需要進(jìn)行軟件更新。
（2）缺點(diǎn)
•現(xiàn)有手機(jī)不能適用于E－OTD定位方式，需要更新軟件或全部替換；
•精度低。由于同時(shí)受RTD和幾何距離參數(shù)的影響，定位精度較低。此外，多徑效應(yīng)將影響
定位精度（尤其是城市區(qū)域）。
3.3 A-GPS
（1）優(yōu)點(diǎn)
•網(wǎng)絡(luò)改動(dòng)少。GSM網(wǎng)基本不用增加其它設(shè)備，無(wú)需建立LMU。網(wǎng)絡(luò)投資少，將受 GSM網(wǎng)運(yùn)營(yíng)
商的青睞；
•定位精度高。由于采用了GPS系統(tǒng)，定位精度較高，理論上可達(dá)到5～10m。
（2）缺點(diǎn)
•需更換手機(jī)。現(xiàn)有手機(jī)均不能實(shí)現(xiàn)A－GPS定位方式，必須更換；
•手機(jī)成本、體積和功率增加。手機(jī)中增加GP S定位功能，則必須增加相應(yīng)的硬件，致使手
機(jī)成本增加。增加GPS的功能后，必然會(huì)增加功耗和體積。
•安全風(fēng)險(xiǎn)。由于GPS受美國(guó)政府控制，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。某些領(lǐng)域（如軍事、國(guó)家安
全等）的定位應(yīng)用應(yīng)避免選用A－GPS定位方式。本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/156470.htm
評(píng)論