GSM手机定位技术

作者：时间：2011-04-07来源：网络收藏

（1）双曲线方式
与E－OTD计算相关的基本时间量有3个：
•OTD：即手机得到GSM网络上两个不同BTS发来脉冲的时间间隔。t1时得到BTS1的脉冲，t2
时
得到BTS2的脉冲，则OTD＝t2－t1。两个脉冲同时得到，则OTD＝0。
•RTD：即GSM网上两个BTS的相对同步时间差。若BTS1在t3时刻发送脉冲，BTS2在t4时刻发
送
脉冲，则RTD=t4-t3。若GSM网同步，则BTS在同一时刻发送，RTD不需要计算，此时RTD＝0。
• GTD（几何时间差）：几何距离不等，导致手机接收两个不同BTS发来的脉冲存在时间差。
如果手机到BTS1的传播距离为d1，BTS2到手机的距离为d2，则GTD＝（d2－d1）／C（C为电磁波
传
播速度）。若两个BTS到手机的距离相等，GTD=0。
上述参数之间的关系为：OTD＝ RTD＋GTD。
位置信息从GTD计算出来，由OTD和RTD可用前面的公式推导。手机 GTD中的d2－d1值为恒
量，
这时可能的位置信息为双曲线。手机位置则位于由三个基站和两个GTD得到的两条双曲线交界处。
测量结果存在误差，灰色区域为OTD测量结果可能的位置。双曲线交叉得到的黑色区域为手机的位
置。
（2）圆弧方式
圆弧方式不测量手机和 LMU接收不同 BTS信号的时间差值，只测量那些信号各自到达的时
间。以下参数与E－OTD圆弧方式相关：
•MOT：BTS信号到达手机的时间，以手机内部时钟为准；
•LOT：BTS信号到达 LMU的时间，以 LMU内部时钟为准。通常手机与LMU的内部时钟之间有
一
个偏移量ε；
•DMB：手机与 BTS之间的几何距离；
•DLB：LMU与BTS之间的几何距离。
参数之间的关系：DMB－DLB=c，（MOT－LOT＋ε）（c为电磁波传播速度）。
以手机和LMU同时观察的BTS为圆心画圆，交叉就可得到手机的位置。由于存在3个未知量，即
手机位置的X、Y坐标和偏移量ε，所以与双曲线方式相同，至少需要3个BTS，才能得到手机的位
置和偏移量ε值。圆弧方式与双曲线方式的主要区别在于手机测量误差区和手机相对于BTS的几何
位置，其它实现方式一致。
E－OTD计算与手机能收到足够多的BTS信息密切相关。通常说来，GSM网覆盖性能越好，定位
精度越高。手机在空闲和业务模式（通话时）下均可实现定位，且可选择持续定位或单个定位。
持续定位更适合于手机自主方式，该方式不需要上行信令。若BTS能采用类似于短消息小区广播
（SMS－CB）的功能来发送位置坐标和RTD信息，在空闲模式时手机就有足够的信息计算自己的位
置。采用E－OTD定位方式时，LMU和BTS的比例为1：3到1：5之间。
2.3 A－GPS原理
GPS辅助定位方式实现步骤如下：GSM网收到GPS辅助信息；GSM网将辅助信息发送到手机；手
机得到GPS信息，计算并得出自身精确位置；手机将位置信息发送到GSM网。
该方式有手机辅助方式和手机自主方式两种：
（1）手机辅助GPS定位方式
这种解决方案是将传统GPS接收器的大部分功能转移到网络处理器上实现。该方式需要天线、
RF单元和数据处理器等设备。GSM网向手机发送一串极短的辅助信息，包括时间、可视卫星清单、
卫星信号多普勒参数和码相位搜索窗口。这些参数有助于内置GP S模块减少GPS信号获得时间。辅
助数据来自经手机GPS模块处理后产生的伪距离数据，且可持续数分钟。收到这些伪距离数据后，
相应的网络处理器或定位服务器能大致估算出手机的位置。GSM网增加必要的修正后，可提高定位
精度。
（2）手机自主GPS定位方式
这种手机包含一个全功能的GPS接收器，具有（1）方式中手机的所有功能，再加上卫星位置
和手机位置计算功能。运算开始时，需要的数据比手机辅助方式要多，这些数据能够持续4小时以
上或根据需要进行更新，通常包括时间、参考位置、卫星星历和时间校验参数等。如果某些应用
需要更高的精度，则必须持续（间隔约30s）向手机发差分GPS（DGPS）信号。DGPS信号在非常宽
的地域范围有效，以一个参考接收器为中心可服务于较宽的地域范围。最终位置信息由手机本身
计算得到，若需要，此定位信息可发送到其它任何应用中。
3 3种定位方式比较
3.1TOA
（1）优点
•100％兼容现有手机。全球在用的数亿个手机不必作任何改动就可一步到位实现定位，最大
限度保护现有手机用户的利益，是当前情况下实现GSM手机定位的一种理想实现方式；
•支持漫游，各种接口标准统一；
•定位精度可单独优化。通过提高LMU性能，可局部提高定位精度。
（2）缺点
初始投资高。整个网需要建立大量LMU，投资较大。现有GSM网要实现同步还需进行改造；
•业务量大时网络负担增加。当定位需求增多时，手机需频繁强制执行切换命令，使GSM网的
信令传输量增加。
3.2 E-OTD
（1）优点
•LMU数量远少于 TOA方式，可减少网络初始投资；
•不需要增加手机的额外费用。现有手机无需增加硬件模块和附件，只需要进行软件更新。
（2）缺点
•现有手机不能适用于E－OTD定位方式，需要更新软件或全部替换；
•精度低。由于同时受RTD和几何距离参数的影响，定位精度较低。此外，多径效应将影响
定位精度（尤其是城市区域）。
3.3 A-GPS
（1）优点
•网络改动少。GSM网基本不用增加其它设备，无需建立LMU。网络投资少，将受 GSM网运营
商的青睐；
•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。
（2）缺点
•需更换手机。现有手机均不能实现A－GPS定位方式，必须更换；
•手机成本、体积和功率增加。手机中增加GP S定位功能，则必须增加相应的硬件，致使手
机成本增加。增加GPS的功能后，必然会增加功耗和体积。
•安全风险。由于GPS受美国政府控制，存在一定的安全风险。某些领域（如军事、国家安
全等）的定位应用应避免选用A－GPS定位方式。