無(wú)線定位TDOA及應(yīng)用

任麗萍
　　無(wú)線定位業(yè)務(wù)就是通過(guò)一定的技術(shù)判定蜂窩移動(dòng)用戶的地理位置（經(jīng)、緯度或當(dāng)?shù)亟值赖奈恢玫龋�，并將其提供給用戶本人，或通信系統(tǒng)本身（用于計(jì)費(fèi)），或其他請(qǐng)求得到該用戶位置的機(jī)構(gòu)、個(gè)人。由于它在緊急救援、汽車(chē)導(dǎo)航、智能交通、團(tuán)隊(duì)管理等方面突出的作用，已被越來(lái)越多的人接受。近幾年無(wú)線定位業(yè)務(wù)在國(guó)外的發(fā)展非常迅速。美國(guó)通信委員會(huì)已規(guī)定，到2001年10月1日，所有移動(dòng)通信服務(wù)商都必須提供移動(dòng)電話定位服務(wù)，可見(jiàn)該業(yè)務(wù)是很重要和必要的。

　　1　無(wú)線定位技術(shù)

　　無(wú)線定位技術(shù)是指用來(lái)判定移動(dòng)用戶位置的測(cè)量方法和計(jì)算方法，即定位算法。目前，有許多方法可以用來(lái)進(jìn)行位置計(jì)算，最常用的定位技術(shù)主要有：時(shí)差定位技術(shù)、信號(hào)到達(dá)角度測(cè)量（AOA）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)等。當(dāng)前針對(duì)GSM系統(tǒng)提出的時(shí)差定位方法主要有：增強(qiáng)觀測(cè)時(shí)間差定位（EOTD）、補(bǔ)償時(shí)間或提前時(shí)間（TA）定位和到達(dá)時(shí)間差定位（TDOA）3種。其中，TDOA技術(shù)是目前最為流行的一種移動(dòng)電話定位方案，除了用于GSM系統(tǒng)，在其他諸如AMPS和CDMA系統(tǒng)中也廣泛應(yīng)用。

　　到達(dá)時(shí)間差定位是根據(jù)不同基站所接收到的同一移動(dòng)終端信號(hào)在傳播路徑上的時(shí)延差異實(shí)現(xiàn)終端定位的。在該方法中，處于不同位置的多個(gè)基站同時(shí)接收由移動(dòng)終端發(fā)出的普通信息分組或隨機(jī)接入分組，各基站將接收到上述分組的時(shí)間傳送到移動(dòng)終端定位中心（MLC），MLC根據(jù)信號(hào)到達(dá)各基站的時(shí)間差異來(lái)完成判定該終端位置的一系列計(jì)算。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需對(duì)現(xiàn)有移動(dòng)終端進(jìn)行任何改造，各基站對(duì)抵達(dá)時(shí)間的測(cè)量可同時(shí)進(jìn)行，并且由于時(shí)間的測(cè)量是在基站進(jìn)行，因此可以通過(guò)信號(hào)的分集接收和復(fù)雜的信號(hào)處理算法抑制多徑干擾等。但使用這種方法，必須對(duì)基站的軟硬件進(jìn)行改造，而且相鄰基站必須能同時(shí)監(jiān)測(cè)同一物理信道的信號(hào)。

　　2　定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　設(shè)計(jì)一個(gè)高效的、低成本的定位系統(tǒng)，不僅要選擇一種有效的定位技術(shù)，還要為系統(tǒng)選擇一個(gè)合理的物理結(jié)構(gòu)，因?yàn)橄到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同將對(duì)設(shè)備的造價(jià)、覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、可同時(shí)定位的用戶數(shù)有很大影響。定位系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)主要有3種：基于網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基于移動(dòng)臺(tái)的定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及混合定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　�。�1）基于移動(dòng)臺(tái)的定位　移動(dòng)臺(tái)利用來(lái)自基站的信號(hào)，在移動(dòng)臺(tái)上計(jì)算出自己的位置，這也是自定位系統(tǒng)的一種。對(duì)于利用TDOA技術(shù)構(gòu)成的基于移動(dòng)臺(tái)的定位系統(tǒng)，需要對(duì)GSM設(shè)備及移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行改造才能進(jìn)行高精度的TDOA測(cè)量，所以很少采用。

　　（2）基于網(wǎng)絡(luò)的定位　　利用移動(dòng)臺(tái)傳來(lái)的信號(hào)，在基站或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)的位置。目前GSM廣泛應(yīng)用的就是基于TDOA技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，亦稱(chēng)遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有許多好處：首先，它提供了一種無(wú)需對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)的定位方法；其次，如果采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄅc安全措施，定位網(wǎng)絡(luò)還可提供許多基于地點(diǎn)的服務(wù)，如交通堵塞的監(jiān)測(cè)、路途向?qū)Х��?wù)等等。

　�。�3）混合定位系統(tǒng)　　將自定位系統(tǒng)與遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)的不同方面相結(jié)合而構(gòu)成的一個(gè)可行的混合定位系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)是將沒(méi)測(cè)算位置所需要的定位函數(shù)放置在移動(dòng)臺(tái)中，將混合函數(shù)放置于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，測(cè)定計(jì)算過(guò)程由移動(dòng)臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)共同完成。

　　3　無(wú)線定位業(yè)務(wù)的應(yīng)用

　　無(wú)線定位業(yè)務(wù)主要應(yīng)用于緊急救援、大區(qū)域范圍工作的團(tuán)除隊(duì)管理、車(chē)輛尋航和跟蹤、移動(dòng)黃頁(yè)查詢(xún)和與位置有關(guān)的計(jì)費(fèi)等。

　　電信運(yùn)營(yíng)商計(jì)費(fèi)主要按照用戶占用網(wǎng)絡(luò)資源多少程度向用戶收取一定的費(fèi)用。傳統(tǒng)計(jì)費(fèi)方式主要是與時(shí)間有關(guān)的計(jì)費(fèi)和與距離有關(guān)的計(jì)費(fèi)兩種，而在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中，移動(dòng)用戶所處的位置和狀態(tài)不同，占用網(wǎng)絡(luò)資源的多少差別很大。只采用傳統(tǒng)的計(jì)費(fèi)方式存在很大的缺陷。比如，若用戶正在高速以路上快速行駛，移動(dòng)臺(tái)要頻繁地域區(qū)，網(wǎng)絡(luò)就要頻繁地進(jìn)行切換，涉及到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)就比較多，網(wǎng)絡(luò)為該用戶通信完成的工作量很大；若移動(dòng)用戶在家或在辦公室通信，處于靜止?fàn)顟B(tài)，相比較所占用的網(wǎng)絡(luò)資源顯然很少。也就是說(shuō)，在家里通話和在車(chē)上通話付同樣的費(fèi)用，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)其實(shí)是不公平的，傳統(tǒng)的計(jì)費(fèi)方式不能充分體現(xiàn)出用戶為得到移動(dòng)性服務(wù)所應(yīng)該付出的費(fèi)用。如果運(yùn)營(yíng)商根據(jù)無(wú)線定位業(yè)務(wù)判斷出用戶的確切位置和狀態(tài)，就能根據(jù)位置、時(shí)間、距離計(jì)算出公正、有效的費(fèi)用。目前，隨著定位業(yè)務(wù)的發(fā)展，與位置有關(guān)的計(jì)費(fèi)也發(fā)展起來(lái)了。

　　至今，對(duì)于GSM定位系統(tǒng)可達(dá)到的精度在100m左右，隨著技術(shù)的發(fā)展，定位精度還將大幅度提高。同時(shí)，參照眾多行業(yè)的實(shí)際需求，定位系統(tǒng)和定位業(yè)務(wù)的發(fā)展前景將十分廣闊。

摘自《現(xiàn)代通信》2001.8