摘 要：本文首先介绍了移动通信系统中无线定位技术的应用，讨论了基于移动台和网络的两种无线定位方案，对几类常用的无线定位方法进行了分析，分别阐述了GSM和CDMA 两种蜂窝系统中无线定位的应用特点，最后提出了无线定位技术中有待进一步研究的课题。 河南天价过路费案关键词：蜂窝系统 无线定位 CDMA GSM
1 引言
无线定位在军事和民用技术中已获得了广泛应用。现有的定位和导航系统有：雷达，塔康，Loran C，VORTAC，JTIDS(联合战术信息分布系统)，GPS等。对地面移动用户的定位来说，这些技术中以GPS最为重要。近年来GPS发展很快，其单点定位精度达20～40m。但是把GPS功能集成到移动台上需全面更改设备和网络，增加成本；且用户同时持有移动电话和GPS手机很不方便，所以移动用户及设备生产商和网络运营商希望能直接由移动台实现定位。
直接利用移动台进行定位已研究多年，近年来，由于对移动台用户定位的需求增加，进一步推动了无线定位的研究。1996年美国联邦通信委员会(FCC)颁布了E-911法规，要求2001年10月1日起蜂窝网络必须能对发出紧急呼叫的移动台提供精度在125m内、准确率达到67％的位置服务。1998年又提出了定位精 度为400m、准确率不低于90%的服务要求。1999年FCC对定位精度提出新的要求：对基于网络定位的精度为100m、准确率达67% ，精度300m、
准确率达95%；对基于移动台的定位为精度50m、准确率67% ，精度150m、准确率95%。FCC 的规定大大推动了蜂窝无线定位技术的发展。在蜂窝系统中实现对移动台的定位除了满足E －911定位需求外，还具有以下重要用途：
(1)基于移动台位置的灵活计费，可根据移动台所在不同位置采取不同的收费标准。后滕久美子
(2)智能交通系统(ITS)，ITS系统可以方便提供车辆及旅客位置、车辆调度、追踪等服务。
(3)优化网络与资源管理，精确监测移动台，使网络更好决定进行小区切换的最佳时刻。同时，根据其位置动态分配信道，提高频谱利用率，对网络资源进行有效管理。
南京工业大学学报(4)信息服务，对移动台和旅行者定位并向其提供所在区域的信息及其它服务。
自E-911法规颁布以来，由于政府的强制性要求和市场利益的驱动，对提供定位服务的研究日益得到重视，无线定位受到人们的广泛关注，各大通信公司、许多大学和研究所均投入了对此项技术的研究。本文综述了在蜂窝移动网络中实现无线定位的实施方案、定位方法、应用特点，针对该技术的发展，提出了研究中有待解决的关键问题和思路。
2 两种无线定位方案
对移动台的定位是通过检测移动台和之间传播信号的特征参数来获得其几何位置，根据进行定位估计位置不同将定位方案分为基于移动台的定位和基于网络的定位。
(1) 基于移动台的定位
移动台利用来自的信号计算出自己的位置称为基于移动台的定位，也称前向链路定位。它根据接收到的多个已知位置发射信号携带的与移动台位置有关的特征信息来确定其与各之间的几何位置关系，再根据算法对移动台进行定位估计。移动台定位技术包括全球定位系统(GPS)、基于移动台发送、接收信号的定时或角度的覆盖三角技术(TOA、E-OTD)以及起源蜂窝小区(COO)。目前在无线网络广泛使用的技术是起源蜂窝小区，该方案已被用来满足美国第一阶段的“911”紧急服务需求、基于位置的付账和一些需要位置信息的服务。
高行建(2) 基于网络的定位
网络利用移动台传来的信号计算出移动台位置的定位称为基于网络的定位，这类系统在蜂窝网络中也叫做反向链路定位系统。其定位过程是由多个同时检测移动台发射的信号，并对这些信号进行精确的到达时间(TOA)的测量，把各接收信号携带的与移动台位置有关的特征信息送到一个定位服务中
心进行处理，得到移动台的位置估计。定位服务中心可看作事务处理器，它对来自不同移动台的位置测量请求，选择适当的定位接收机对指定的移动台进行所需定位区测量，收集来自定位接收机的定位区测量，将所有信息进行综合得到定位
测量，并把该定位测量传送给发出请求的移动台。采用基于网络的定位系统优点是无需修改移动台。
从上述各定位系统的基本特征可以看出，在蜂窝网络中采用基于移动台的前向链路定位方案必须对现有移动台进行适当修改，如集成GPS接收机或能同时接收多个信号进行自定位的处理单元。基于网络的反向链路定位方案只需对蜂窝网络设备做适当扩充、修改，无需改动移动台，能利用现有蜂窝系统实现。
3 无线定位方法
人机对弈在蜂窝系统中采用的定位技术主要有以下几类。
(1) 场强定位
移动台接收的信号强度与移动台至的距离成反比关系，通过测量接收信号的场强值和已知信道衰落模型及发射信号的场强值可以估算出收发信机之间的距离，根据多个距离值可以估算移动台的位置。由于小区的扇形特性、天线有可能倾斜、无线系统的不断调整以及地形、车辆等因素都会对
信号功率产生影响，故这种方法的精度较低。
(2) 起源蜂窝小区(COO)
COO的最大优点是它确定位置信息的响应时间快(3s左右)，而且COO不用对移动台和网络进行升级就可以直接向现有用户提供基于位置的服务。但是，COO与其它技术相比，其精度是最低的。在这个系统中，所在的蜂窝小区作为定位单位，定位精度取决于小区的大小。
(3) 增强观测时间差分(E-OTD)
E-OTD是通过放置位置接收器实现的，它们分布在较广区域内的许多站点上，作为位置测量单元以覆盖无线网络。每个参考点都有一个精确的定时源，当移动台和位置测量单元接
收到来自至少3个信号时，从每个到达移动台和位置测量单元的时间差将被计算出来，这些差值被用来产生几组交叉双曲线，由此估计出移动台位置。E-OTD会受到市区多径效应的影响。这时，多径使信号波形畸变并引入延迟，导致E-OTD在决定信号观测点上比较困难。E-OTD定位精度比COO高50～125m。但它的响应速度较慢(5s)，且需要改进移动台。
(4) 到达时间(TOA)和时间差(TDOA)
基于网络的定位系统中通常采用精度较高的TOA或TDOA定位法。TOA中，移动台位于以为圆心，移动台到的电波传播距离为半径的圆上。在多个进行上述计算，则移动台的二维位置坐标可由三个圆的交点确定。TOA要求接收信号的、移动台知道信号的开始传输时刻，并要求有非常精确的时钟。
TOA提供的定位精度比COO高，但是它的响应时间比COO或E-OTD更长(约10s)。TDOA是通过检测信号到达两个的时间差，而不是到达的绝对时间来确定移动台的位置，降低了时间同步要求。移动台定位于以两个为焦点的双曲线方程上，确定移动台的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程，两条双曲线的交点即为移动台的二维位置坐标。直接利用TOA或TDOA估计值求解上述非线性定位圆或定位双曲线方程组来确定移动台的位置比较困难，在有一定时间测量误差时由于各定位圆或双曲线可能没有交点而不能进行正常定位。在实际应用中通常采用最小均方误差算法，通过使非线性误差函数的平方和取得最小这一非线性最优化来估计移动台位置。特别是TDOA定位由于不要求移动台和之间的同步，在误差环境下性能相对优越，在蜂窝通信系统的定位中倍受关注。
基于时间的定位要求从接收到的射频信号中提取准确的时延估计值。获得时延的方法有两种：一种是采用滑动相关器或匹配滤波器的时间粗探测方法，粗探测过程由滑动相关器、匹配滤波器或连续探测电路来实现，将时延估计值锁定在1个码片间隔内；另一种是采用延时锁相环(DLL)的精探测方法，精探测由DLL维持本地及输入PN序列一致。
(5) 到达角(AOA)09ggg
在通过阵列天线测出移动台来波信号的人射角，构成从到移动台的径向连线，两根连线的交点即为待定位移动台的位置。这种方法不会产生二义性，因为两条直线只能相交于一点。它需要在每个小区上放置4～12组的天线阵，这些天线阵一起工作，从而确定移动台发送信号相对于的角度。当有多个都发现了该信号源时，那么它们分别从引出射线，这些射线的交点就是移动台的位置。AOA的缺点是到达角估计会受到由多径和其它环境因素所引起的无线信号波阵面扭曲的影响，移动台距离较远时，定位角度的微小偏差会导致定位距离的较大误差。
(6) GPS辅助定位(A-GPS)
网络将GPS辅助信息发送到移动台，移动台得到GPS信息，计算出自身精确位置，并将信息发送到网络。A-GPS有移动台辅助和移动台自主两种方式。移动台辅助GPS定位是将传统GPS接收机的大部分功能转移到网络上实现。网络向移动台发送短的辅助信息，包括时间、卫星信号多普勒参数和码相位搜索窗口。这些信息经移动台GPS模块处理后产生辅助数据，网络处理器利用辅助数据估算出移动台的位置。自主GPS定位的移动台包含一个全功能的GPS接收器，具有移动台辅助GPS定位的所有功能，再加上卫星位置和移动台位置计算功能。A-GPS的优点是网络改动少，网络不需增加其它设备，网络投资少，定位精度高。由于采用了GPS系统，定位精度较高，理论上可达到5～10m。缺点是现有移动台均不能实现A-GPS 定位方式，需要更换，从而使移动台成本增加。
其他还有一些利用扇区波束、切换过程等的定位方法，但其精度对大多数定位应用来说是不够的。在以上介绍的定位方法中，场强定位法最简单，但定位精度较差；AOA定位虽有一定精度，但接收设备较复杂；TOA定位精度较高，但对时间同步要求较高；TDOA能消除对时间基准的依赖，可降低成本并仍保证一定的定位精度。
故目前受到广泛关注和深入研究的是基于TOA或TDOA的网络定位，下面讨论其在蜂窝网络中的应用。
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