華為-定位業(yè)務(wù)

定位業(yè)務(wù)任學(xué)亮2005.11課程目標(biāo)LCS具體業(yè)務(wù)介紹LCS定位方法的基本原理LCS的所涉及的主要概念WCDMA中LCS主要定位方法幾類導(dǎo)航定位系統(tǒng)的簡要介紹學(xué)習(xí)完本課程，幫助您了解：課程內(nèi)容 T第一部分定位業(yè)務(wù)第二部分背景知識(shí)第三部分定位算法第四部分定位方法第五部分導(dǎo)航系統(tǒng)定位業(yè)務(wù)說明LCS：LoCationService的簡稱。LBS：Location-BasedService，與LCS是同一個(gè)概念。運(yùn)營商越來越需要差異性的業(yè)務(wù)來提高競爭力，而LCS是被普遍看好的一種Killer級(jí)別的移動(dòng)業(yè)務(wù)。所謂位置業(yè)務(wù)，是指利用定位技術(shù)確定移動(dòng)終端的位置，并據(jù)此提供各種基于位置相關(guān)應(yīng)用的業(yè)務(wù)。目前2G系統(tǒng)中已經(jīng)可以提供簡單的基于位置的服務(wù)，隨著3G網(wǎng)絡(luò)的商用進(jìn)程的加快，位置業(yè)務(wù)將可以依托3G網(wǎng)絡(luò)的寬帶、高速以及測距碼精確等特性，變得更加豐富多彩。3GPP規(guī)定的幾類標(biāo)準(zhǔn)的位置業(yè)務(wù)典型的LCS業(yè)務(wù)---公共安全業(yè)務(wù)公共安全業(yè)務(wù)緊急呼叫業(yè)務(wù)：一般不需要預(yù)定，一般由公共安全部門來使用并在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中部署。通過該業(yè)務(wù)(如用戶撥打緊急呼叫號(hào)碼)，能夠獲得用戶的位置信息，從而獲得及時(shí)救助。典型的有美國標(biāo)準(zhǔn)的E911和歐盟標(biāo)準(zhǔn)的E112緊急呼叫定位業(yè)務(wù)。美國從1996年開始制定關(guān)于要求移動(dòng)運(yùn)營者給應(yīng)急機(jī)構(gòu)提供用戶位置信息的框架，使得美國高精確度技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。歐洲從1999年開始提出類似的管制框架E112計(jì)劃。緊急告警業(yè)務(wù)：在特定地理區(qū)域中的用戶告警通知，如臺(tái)風(fēng)、火山噴發(fā)、流行疾病等告警。典型的LCS業(yè)務(wù)—基于位置計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)基于位置計(jì)費(fèi)業(yè)務(wù)：可以按照所處的位置或者地理區(qū)域，對(duì)用戶區(qū)別收費(fèi)或分級(jí)收費(fèi)。不同費(fèi)率既可應(yīng)用于一個(gè)呼叫過程的整個(gè)過程或者某個(gè)時(shí)段，或者不同的時(shí)間段。不同費(fèi)率可以基于單個(gè)用戶設(shè)計(jì)：不同費(fèi)率可以根據(jù)用戶的日常路線和生活習(xí)慣來設(shè)計(jì)，對(duì)用戶常去的那些區(qū)域降低費(fèi)率：如度假區(qū)、購物中心、工作地點(diǎn)等。不同費(fèi)率可以一個(gè)用戶群來設(shè)計(jì)：如校園、工作區(qū)、商務(wù)區(qū)等。

典型的LCS業(yè)務(wù)---跟蹤業(yè)務(wù)跟蹤業(yè)務(wù)：該業(yè)務(wù)可以跟蹤一個(gè)具體業(yè)務(wù)群用戶的位置和狀況。物流管理：企業(yè)用于跟蹤物流位置(如汽車、卡車等設(shè)備)，從而優(yōu)化資產(chǎn)業(yè)務(wù)配置。

人員管理：用于對(duì)特定人員位置的跟蹤和管理。如投遞業(yè)務(wù)的主管需要知道雇員的位置和狀況；家長需要知道孩子在哪兒。資產(chǎn)管理：監(jiān)控可移動(dòng)資產(chǎn)的位置，如被盜可進(jìn)行告警等。交通監(jiān)控：1)在高速公路上車載的移動(dòng)終端隨機(jī)采樣確定交通工具的平均速度，路面的隨機(jī)速率，并可以進(jìn)行擁塞檢測和報(bào)告；2)可以進(jìn)行從路邊的遙測傳感器、輔助機(jī)構(gòu)、單個(gè)司機(jī)的報(bào)告等所搜集的數(shù)據(jù)中對(duì)擁塞、平均流速、交通工具路面的覆蓋率以及相關(guān)的交通信息進(jìn)行處理。典型的LCS業(yè)務(wù)---增強(qiáng)呼叫路由業(yè)務(wù)增強(qiáng)呼叫路由業(yè)務(wù)(EnhancedCallRouting)用戶可以有選擇的撥打特定的業(yè)務(wù)碼而觸發(fā)相應(yīng)的業(yè)務(wù)(如撥打GAS用于最近的加油站等)，并基于主叫或者被叫用戶的位置信息，允許用戶可以被路由到最近的業(yè)務(wù)客戶受理點(diǎn)，而獲得相關(guān)援助。

基于位置的路由業(yè)務(wù)，可以發(fā)送相關(guān)的位置信息到相應(yīng)的業(yè)務(wù)客戶?；谖恢玫穆酚蓸I(yè)務(wù)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)的不同類型，允許用戶交互的形式來選擇。典型的LCS業(yè)務(wù)---基于位置信息業(yè)務(wù)基于位置信息業(yè)務(wù)：該業(yè)務(wù)允許用戶依據(jù)需要訪問根據(jù)用戶位置而進(jìn)行過濾和剪裁的信息。業(yè)務(wù)請(qǐng)求可以按照用戶的要求發(fā)起，或當(dāng)觸發(fā)條件滿足時(shí)自動(dòng)發(fā)起。導(dǎo)航：其目的是將手機(jī)用戶引導(dǎo)到所要求的目的地。目的地信息可以輸入到終端中，以指明如何到達(dá)目的地。引導(dǎo)信息可以是純文本、帶文字說明的符號(hào)信息、地圖顯示等形式，并且允許用戶通過菜單驅(qū)動(dòng)的交互操作來完成。城市觀光：可以向觀光者發(fā)送位置相關(guān)的信息，可以向觀光者介紹歷史遺址、提供景點(diǎn)間導(dǎo)航、還可以方便用戶找到最近的餐廳、銀行、機(jī)場、賓館、公交車站等。

典型的LCS業(yè)務(wù)---基于位置信息業(yè)務(wù)基于位置信息業(yè)務(wù)基于位置的內(nèi)容廣播：該業(yè)務(wù)的主要特征是網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)廣播給用戶特定區(qū)域的信息?？梢杂羞x擇的廣播給特定的群組，或者該區(qū)域的所有用戶。移動(dòng)黃頁：可以以文本或者圖形的格式，提供用戶最近的服務(wù)點(diǎn)的位置信息和聯(lián)系電話。如可以查詢?cè)?km內(nèi)的賓館、餐廳相關(guān)的信息。

與位置相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)信息典型的LCS業(yè)務(wù)---網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)用：1)對(duì)特定區(qū)域呼叫用戶的定位，可以估計(jì)呼叫的分布和移動(dòng)狀況，而可以改進(jìn)用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。2)也可以用于熱點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)測和用戶行為建模出來。改善網(wǎng)絡(luò)QOS：通過用于跟蹤掉話的位置而可以識(shí)別信號(hào)覆蓋盲區(qū)，以及信號(hào)差的區(qū)域。

提高網(wǎng)絡(luò)無線資源管理：可以用于更加智能的切換和更加有效率信道分配技術(shù)。課程內(nèi)容 T第一部分定位業(yè)務(wù)第二部分背景知識(shí)第三部分定位算法第四部分定位方法第五部分導(dǎo)航系統(tǒng)定位的QOS屬性定位業(yè)務(wù)的QoS主要包括兩個(gè)方面：一是定位精度；二是定位請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間。兩者某種程度上是對(duì)立的，因此所提供的定位業(yè)務(wù)需要在這兩者之間做一個(gè)權(quán)衡，兩者都是可協(xié)商的QOS參數(shù)。定位精度：可分為兩個(gè)方向的精度：水平位置和垂直位置。水平位置用經(jīng)緯度來表示，而垂直位置用地球橢球曲面高度來表示。TS22.071：在定位業(yè)務(wù)能夠提供25米到200米范圍的定位精度時(shí)，其帶來的增殖業(yè)務(wù)和價(jià)值具有較大的吸引力。定位精度是由應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的，與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)有關(guān)的，根據(jù)不同的情況在網(wǎng)絡(luò)中的不同位置也可以有不同的精度要求。U.S.AFCC定義的兩個(gè)定位精度要求（基于網(wǎng)絡(luò)和基于終端的），事實(shí)上已作為一個(gè)業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)被采用。

定位的QOS屬性·Location-independentMostexistingcellularservices,Stockprices,sportsreports·PLMNorcountryServicesthatarerestrictedtoonecountryoronePLMN·Regional(upto200km)Weatherreports,localizedweatherwarnings,trafficinformation(pre-trip)·District(upto20km)Localnews,trafficreports·Upto1kmVehicleassetmanagement,targetedcongestionavoidanceadvice·500mto1kmRuralandsuburbanemergencyservices,manpowerplanning,informationservices(whereare?)·100m(67%)·300m(95%)U.S.FCCmandate(99-245)forwirelessemergencycallsusingnetworkbasedpositioningmethods·75m-125mUrbanSOS,localizedadvertising,homezonepricing,networkmaintenance,networkdemandmonitoring,assettracking,informationservices(whereisthenearest?)·50m(67%)·150m(95%)U.S.FCCmandate(99-245)forwirelessemergencycallsusinghandsetbasedpositioningmethods·10m-50mAssetLocation,routeguidance,navigation不同的精度可以對(duì)應(yīng)不同的業(yè)務(wù)(TS22.071)：定位的QOS屬性響應(yīng)時(shí)間：對(duì)于立即位置請(qǐng)求，定義了以下的時(shí)延要求?！皀odelay”：要求服務(wù)器返回當(dāng)前有的任何位置估計(jì)信息。如初始或上次所知的位置信息，如果不存在將返回失敗?！發(fā)owdelay”：要求把滿足定位響應(yīng)時(shí)間放在比滿足定位精度高的地位來考慮，也就是要首先滿足定位響應(yīng)時(shí)間的QOS?！癲elaytolerant”：要求把滿足定位精度放在比滿足定位響應(yīng)時(shí)間高的地位來考慮，也就是要首先滿足定位精度的QOS。如對(duì)緊急業(yè)務(wù)，就應(yīng)該盡可能快的作出響應(yīng)。幾個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)差距離距離＝(媒質(zhì)的速度)*(δt)時(shí)間精度定位精度1chip的誤差可引入的路徑長度差可達(dá)78米(光速/碼片速率，即(3.0*108m/s)/3.84M(chip/s)≈78m)。定位目標(biāo)的精度參照系的精度(時(shí)空參考系統(tǒng))測時(shí)差原理獲取時(shí)差的兩種基本方法：測量信號(hào)具有特征的某一點(diǎn)的時(shí)間，直接將不同接收點(diǎn)的特征時(shí)間相減。接收點(diǎn)的跟蹤信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，得到時(shí)間差。坐標(biāo)系的選擇：根據(jù)相對(duì)論，同時(shí)是相對(duì)的，在一個(gè)坐標(biāo)系鐘同時(shí)的兩個(gè)事件，在另一個(gè)與之相對(duì)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中不一定同時(shí)。因此，需要確定一套公認(rèn)的坐標(biāo)系。即包括時(shí)間坐標(biāo)系統(tǒng)，也包括空間坐標(biāo)系統(tǒng)。坐標(biāo)系統(tǒng)----空間坐標(biāo)系統(tǒng)天球坐標(biāo)系：為天球(以地球質(zhì)心為M原點(diǎn)半徑無窮大的球，在天文上稱之為天球，天球的極軸與地球的自轉(zhuǎn)軸重合)所定義的坐標(biāo)系(Z軸指向天球的北極，X軸選擇為由M點(diǎn)指向春分點(diǎn)Г，Y軸過M點(diǎn)垂直于XMZ平面)。與地球自傳無關(guān)，是一種空間固定坐標(biāo)系。用于表述GPS衛(wèi)星的軌道地球坐標(biāo)系：固聯(lián)于地球上隨同地球轉(zhuǎn)動(dòng)的坐標(biāo)系(原點(diǎn)O與地球質(zhì)心M重合，Z軸指向地球北極，X軸指向地球赤道面與格林威治子午圈的交點(diǎn)E，Y軸在赤道平面與XOZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系)。用于表述觀測站的位置WGS-84坐標(biāo)系歲差和章動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)----WGS-84坐標(biāo)系目前最高精度水平的世界大地參考系統(tǒng)WGS-84定義了一個(gè)地球形狀的平均橢球模型、一個(gè)地球重力模型以及與其它大地參考系之間的變換參數(shù)?；緟?shù)如下：地球自轉(zhuǎn)角速度＝7.2921151467*10-5(rad/s)地球橢圓長半軸a＝6378137(m)

地球橢圓第一偏心率e=0.08181919131087地球引力參數(shù)GM＝3986005*108(m3/s2)光速值c=299792458(m/s)ljhYXZ坐標(biāo)系統(tǒng)----WGS-84坐標(biāo)系參照于WGS-84橢球的任何地點(diǎn)的大地坐標(biāo)系(經(jīng)度λ、緯度Φ和高度h)與三維直角坐標(biāo)系(x、y和z)可以進(jìn)行互換。文中所說的高度概念，不是指海拔高度，而是WGS坐標(biāo)中的垂直球面的高度。WGS84坐標(biāo)系中的高度vs海拔高度H：海拔高度h：WGS84高度N：起伏(Undulation)坐標(biāo)系統(tǒng)----時(shí)間參考系統(tǒng)

恒星時(shí)(ST,SiderealTime)：春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時(shí)間間隔稱為一個(gè)恒星日，含24個(gè)恒星時(shí)。原點(diǎn)定義為春分點(diǎn)通過本地子午圈的瞬時(shí)。平太陽時(shí)(MT,MeanSolarTime)：平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈時(shí)間間隔為一個(gè)平太陽日，含24個(gè)平太陽時(shí)。原點(diǎn)定義為平太陽通過觀察者所在子午圈的瞬時(shí)。平太陽：由于黃道平面與赤道平面并不重合，真太陽日一年四季是變化的(最長最短可相差51s)；因此定義天球上的一個(gè)假想點(diǎn)，它在赤道上運(yùn)行的速度是均勻的，且與真太陽的平均速度一致，稱為平太陽。真太陽日：太陽兩次通過觀測者(或所在子午圈)所用的時(shí)間。

日晷測量世界時(shí)(UT,UniversalTime)：基于地球自傳這一物理現(xiàn)象的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。零經(jīng)度子午圈所對(duì)應(yīng)的平太陽時(shí)且以平子夜為零時(shí)起算的時(shí)間系統(tǒng)。坐標(biāo)系統(tǒng)----時(shí)間參考系統(tǒng)原子時(shí)(AT,AtomicTime)：位于海平面上的銫133原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)在零磁場中躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時(shí)間。銫原子鐘是目前最精確的計(jì)時(shí)儀器，通常每天可準(zhǔn)確到1*10-13秒(30萬年差1秒)。量子力學(xué)：原子能量只能取某些特定的離散的數(shù)值(能級(jí))，當(dāng)原子由于某種原因從一個(gè)能級(jí)跳到另一個(gè)能級(jí)，所發(fā)射或者吸收兩個(gè)能級(jí)差的能量，以某一頻率(f)的電磁波的形式表現(xiàn)出來：f=（Em

–En）/h。其中原子能級(jí)是高度確定的，因此原子躍遷時(shí)發(fā)射或吸收的電磁波頻率也就確定了。(h

普朗克參數(shù))。時(shí)間

固定的振動(dòng)頻率世界協(xié)調(diào)時(shí)(UTC,CoordinatedUniversalTime)：UTC的秒長嚴(yán)格等于AT的秒長，采用閏秒的方法使UTC和UT的時(shí)刻接近(當(dāng)UTC與UT的時(shí)刻相差超過±0.9s時(shí)，便在UTC中引入1閏秒，閏秒一般在12月31日或6月30日的最后1秒加入。定位地理區(qū)域的表示方式TS23.032協(xié)議中定義了一下幾種地理區(qū)域的表示方法：EllipsoidPoint;

經(jīng)度+緯度Ellipsoidpointwithuncertaintycircle;

經(jīng)度+緯度+不確定半徑長Ellipsoidpointwithuncertaintyellipse;

經(jīng)度+緯度+主半軸長+次半軸長+主軸方位角Polygon;[經(jīng)度+緯度](3～15個(gè)點(diǎn))ebcad定位地理區(qū)域的表示方式Ellipsoidpointwithaltitude;

經(jīng)度+緯度+高程Ellipsoidpointwithaltitudeanduncertaintyellipsoid;

(經(jīng)度+緯度+高程)+(主半軸長+次半軸長+主軸方向角+橢球高度)EllipsoidArc.(經(jīng)度+緯度+內(nèi)徑長+不確定徑長+方位角+張角)定位方法解析幾何方法+概率分布定位過程，就是根據(jù)可能得到的子集而求取最有可能的目標(biāo)位置的過程。目標(biāo)位置位置可能軌跡的物理空間，是全空間的某個(gè)子集：一個(gè)平面、一個(gè)曲面、一條或數(shù)條直線或一條或者數(shù)條曲線等。通過測量可獲得空間的子集。由一個(gè)或者多個(gè)空間子集來確定目標(biāo)的坐標(biāo)位置：1.子集間有交集，但不能彼此沖突而沒有交集存在；2.隨著子集數(shù)目的增加，交集的區(qū)域在縮小，子集之間不應(yīng)該基本相同。改善幾何特性的原則：實(shí)際測量誤差(如時(shí)差)引起的子集邊界誤差盡可能的小；不同子集相交時(shí)，在空間形成的交角盡可能地接近垂直；多個(gè)子集盡量不對(duì)同一對(duì)稱軸或同一面呈對(duì)稱，確保兩個(gè)子集有多個(gè)交集區(qū)域時(shí)，所有子集的總交集是唯一的。在3GPP中只是靜態(tài)的定位，不要求對(duì)動(dòng)態(tài)速度和姿態(tài)進(jìn)行測量和計(jì)算。小區(qū)定位主要配置信息小區(qū)天線經(jīng)度、緯度和高度小區(qū)天線最大覆蓋距離：小區(qū)公共導(dǎo)頻信號(hào)的覆蓋范圍，大致表示該小區(qū)的覆蓋半徑即可。小區(qū)天線主瓣方向角：表示小區(qū)天線主瓣方向角(即從小區(qū)天線主瓣方向逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)到正北方向所經(jīng)過的角度)。小區(qū)天線覆蓋張角小區(qū)區(qū)域平均高度小區(qū)區(qū)域高度標(biāo)準(zhǔn)差：表示小區(qū)的高低起伏的狀況。小區(qū)發(fā)射和接收通道時(shí)延：用于補(bǔ)償NodeB測量RTT時(shí)的不足(NodeB在基帶作測量，而沒有轉(zhuǎn)換到協(xié)議要求的天線口)小區(qū)定位主要配置信息小區(qū)區(qū)域環(huán)境類型：表示小區(qū)的多徑狀況。NLOS：多徑嚴(yán)重、遮擋嚴(yán)重，如城區(qū)；LOS：單徑或者徑很少，一般指開闊地帶，如鄉(xiāng)野；Mixed：混合地帶，如郊區(qū)。應(yīng)根據(jù)實(shí)際取值來定確定具體類型。無線電波在移動(dòng)環(huán)境中傳播時(shí)，經(jīng)反射、衍射和繞射，到達(dá)接收天線時(shí)，已成為各個(gè)路徑的合成波，使得到達(dá)的信號(hào)能量形成多徑時(shí)延的分布，即多徑傳播模式。各傳播路徑分量的幅度和相位各不相同，因此合成信號(hào)起伏很大，稱為多徑衰落。無線電波途經(jīng)建筑物、樹木等時(shí)候受到阻擋被衰減，這種陰影遮蔽對(duì)陸地衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的電波傳播影響很大。直放站(Repeater)標(biāo)識(shí)：直放站的存在，會(huì)降低定位精度。直放站會(huì)引入額外的延時(shí)和頻偏，如果直放站沒有特殊設(shè)計(jì)，無法補(bǔ)償這種延時(shí)，會(huì)對(duì)定位算法性能產(chǎn)生影響。其引入的延時(shí)分為兩部分：一部分是其自身處理上的延時(shí)；另一部分是在信號(hào)傳播路徑上增加的延時(shí)。[注]：配置的小區(qū)地理信息，應(yīng)該是小區(qū)的天線中心所對(duì)應(yīng)的經(jīng)度、緯度和高度，絕對(duì)不是小區(qū)中心。定向小區(qū)的概念信號(hào)呈扇區(qū)帶狀的覆蓋，并具有確定的天線主瓣方向角和張角的分布，稱為全向小區(qū)(如左圖所示的一個(gè)典型三扇區(qū)覆蓋基站)。信號(hào)呈360度范圍內(nèi)的覆蓋小區(qū)稱為全向小區(qū)；課程內(nèi)容 T第一部分定位業(yè)務(wù)第二部分背景知識(shí)第三部分定位算法第四部分定位方法第五部分導(dǎo)航系統(tǒng)基本的定位算法目前業(yè)界使用比較廣泛的定位技術(shù)，如下四種：TOA：TimeOfArrival，到達(dá)時(shí)間TDOA：TimeDifferenceOfArrival，到達(dá)時(shí)間差A(yù)OA：AngleofArrival，到達(dá)角度FPT：RFFingerPrintTechnology，射頻指紋技術(shù)但是在WCDMA系統(tǒng)中，基于系統(tǒng)特性使用前兩種方式，即基于時(shí)間的測量算法：TOA/TDOA。CELLID+RTTTOA類型OTDOATDOA類型A-GPSTOA類型一、基于時(shí)間的定位算法---TOA終端與基站之間信號(hào)傳播時(shí)間為δt，則終端臺(tái)與基站的距離應(yīng)該為R＝c*δt，移動(dòng)臺(tái)應(yīng)該位于以基站為中心，以R為半徑的圓上。TOA的方程組如下：其中：(x,y)為移動(dòng)臺(tái)的坐標(biāo)位置；(xi,yi)為基站的坐標(biāo)位置；ti為移動(dòng)臺(tái)接收到第i個(gè)基站信號(hào)的時(shí)間，t為基站發(fā)送信號(hào)的時(shí)間。

若測得信號(hào)在移動(dòng)臺(tái)與3個(gè)基站的傳播時(shí)間，那么3個(gè)圓的相交即為終端的位置。二、基于時(shí)間的定位算法---TDOA定位系統(tǒng)中兩個(gè)參考點(diǎn)（如兩個(gè)基站）的位置已確定，并且以這兩個(gè)參考點(diǎn)的某一個(gè)信號(hào)發(fā)射位置作為真正參考點(diǎn)，通過一系列測量，獲得移動(dòng)臺(tái)距離這兩個(gè)參考點(diǎn)的無線信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間差TDOA，這個(gè)時(shí)間差乘上光速就是移動(dòng)臺(tái)距離這兩個(gè)參考點(diǎn)的距離差。這個(gè)距離差的數(shù)學(xué)含義是，移動(dòng)臺(tái)所處位置的可能軌跡是以這兩個(gè)參考點(diǎn)為焦點(diǎn)，以這個(gè)距離差為定差的一條雙曲線。如果對(duì)另外一對(duì)參考點(diǎn)(可以有一個(gè)參考點(diǎn)與上面的相同)做相同的測量與計(jì)算，那么，這時(shí)就可以得到另外一條軌跡雙曲線。顯然，這兩條雙曲線的交點(diǎn)就是移動(dòng)臺(tái)的兩維位置坐標(biāo)。二、基于時(shí)間的定位算法---TDOATDOA示意圖(具體算法可參考OTDOA定位方法一節(jié))三、基于方向角的定位算法---AOA到達(dá)角交匯定位：在兩個(gè)以上的位置點(diǎn)設(shè)置方向性天線或陣列天線，獲取終端發(fā)射的無線電波信號(hào)角度信息，然后通過交匯法估計(jì)終端的位置。只需利用兩個(gè)天線陣列就能完成目標(biāo)的初始定位，與TDOA等技術(shù)的定位體制相比，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但要求天線陣具有高度靈敏度和高空間分辨率。建筑物分別密集、高度和地形地貌對(duì)AOA的定位精度影響較大，在室內(nèi)、城區(qū)及鄉(xiāng)村地區(qū)，AOA的典型值分別為360度、20度和1度。隨著基站與終端之間的距離增加，基站定位角度的微小偏差會(huì)導(dǎo)致定位線距離的較大誤差。AOA定位誤差主要由城市的多徑傳播及系統(tǒng)誤差造成，可通過預(yù)先校正來抵消系統(tǒng)誤差的影響，而建筑物密集地區(qū)的多徑效應(yīng)一直是困擾天線通信的難題，智能天線可在一定程度上減小多徑干擾的影響。由于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜和設(shè)備成本的問題，尚未廣泛應(yīng)用。AOA技術(shù)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是在城市蜂窩定位系統(tǒng)中并未得到應(yīng)用。四、基于信號(hào)模式的定位算法---FPT由于多徑干擾的模式完全取決于反射環(huán)境，所以特定地區(qū)的干擾模式具有自己的特征。終端發(fā)射的無線電波經(jīng)建筑物和其它障礙物的反射和折射，產(chǎn)生與周圍環(huán)境密切相關(guān)的特定模式多徑信號(hào)?；咎炀€陣列檢測信號(hào)的幅度和相位特性，提取多徑干擾特征參數(shù)，將該參數(shù)與預(yù)先存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的模式進(jìn)行匹配，找出最相似的結(jié)果，然后結(jié)合地理信息系統(tǒng)，找出與該模式相匹配的地區(qū)范圍，以街道和城區(qū)的圖形化形式輸出定位結(jié)果?；静皇芊且暰鄠鬏斝?yīng)(NLOS)影響，系統(tǒng)獨(dú)立性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單。但該技術(shù)實(shí)施的高度復(fù)雜性是推廣應(yīng)用的最大障礙，因?yàn)樵贔PT定位系統(tǒng)投入實(shí)際使用前，必須建立龐大完整的位置指紋數(shù)據(jù)庫，詳細(xì)記錄城市每個(gè)可分辯最小區(qū)域的特征，并保持與城市建設(shè)同步更新，以保證指紋樣本的有效性、可靠性和準(zhǔn)確性，所以該項(xiàng)技術(shù)尚處于試運(yùn)行階段，沒有大規(guī)模應(yīng)用。課程內(nèi)容 T第一部分定位業(yè)務(wù)第二部分背景知識(shí)第三部分定位算法第四部分定位方法第五部分導(dǎo)航系統(tǒng)WCDMA定位體系結(jié)構(gòu)MSCRNC(SMLC)UuIubLCSClientNodeB(LMU-B)LMU-AGMLCIuNodeB(LMU-B)NodeB(LMU-B)UEGPSsatellitesystemAGPSreceiverAGPSreceiverWCDMA中的標(biāo)準(zhǔn)定位方法三種定位技術(shù)基于CELLID的方法OTDOA(ObservedTimeDifferenceOfArrival)方法網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS方法定位步驟定位信號(hào)測量基于測量的位置計(jì)算兩種定位方式：OTDOA-IPDL法和A-GPS法都有兩種定位方式，即UE-Based方法和UE-Assisted方法。兩者的區(qū)別是定位計(jì)算功能單元PCF被安排在何處。如果PCF被安排在UE側(cè)，則稱之為UE-Based方法。如果PCF被安排在RNC側(cè)，則稱之為UE-Assisted方法。

TOA=(RTT-UeRxTx)/2在軟切換時(shí)，存在多個(gè)活動(dòng)集小區(qū)，每條無線鏈路可以多個(gè)TOA基于CELL-ID方法----示意圖基于CELL-ID方法----基本原理一種最基本的定位方法，適用于所有的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。分為兩種方法：CELL-CENTER方法：不需要移動(dòng)臺(tái)提供任何定位測量信息，也無須改動(dòng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，只需要在網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加簡單的定位流程處理即可。定位原理很簡單，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)UE當(dāng)前的服務(wù)基站的位置和小區(qū)覆蓋來定位移動(dòng)臺(tái)。

若小區(qū)為全向小區(qū)，則UE的位置是以服務(wù)基站中所接入的小區(qū)為中心，半徑為小區(qū)覆蓋半徑的一個(gè)圓內(nèi)；若小區(qū)分扇區(qū)，則可以進(jìn)一步確定UE處于某扇區(qū)覆蓋的范圍內(nèi)。CELLID+RTT方法：需要UE處于CELL-DCH狀態(tài)并提供UERx-TxtimeDifferenceType2測量能力，以及NODEB的RTT測量，同時(shí)參考各個(gè)小區(qū)覆蓋配置，通過一個(gè)或多個(gè)以活動(dòng)集小區(qū)為中心的圓形區(qū)域(由TOA確定)交匯來定位區(qū)域。地理位置表示形式之間的轉(zhuǎn)換：SAI

GAI基于CELL-ID方法----測量TOA：單程傳播時(shí)間(DPCH信道)NodeB

RTT(RoundTripTime)測量UERx-TxtimedifferenceType2測量基于CELL-ID方法----定位流程RTTRspCNSRNCNODEBUELocationReportControlUE狀態(tài)遷移(如需要)UE狀態(tài)遷移完成定位測量控制(UERx-TxTimeDifferenceType2)RTTReq定位測量報(bào)告(UERx-TxTimeDifferenceType2)LocationReportRTT＋CELLID方法基于CELL-ID方法----特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)簡單，成本低無須修改手機(jī)定位響應(yīng)時(shí)間短對(duì)微蜂窩小區(qū)，其定位精度能滿足FCC規(guī)定在GSM系統(tǒng)中已經(jīng)商用缺點(diǎn)定位精度依賴UE所處小區(qū)大小局限在小蜂窩小區(qū)以及微蜂窩小區(qū)定位不能適用郊區(qū)以及鄉(xiāng)村區(qū)域無法適應(yīng)告警以及交通調(diào)度業(yè)務(wù)CELLID+RTT定位方法精度惠州城區(qū)CELLID+RTT定位方法精度惠陽和大亞灣(郊區(qū))OTDOA方法----示意圖LMU-A(LMU-B)NODEB測量：GPS小區(qū)幀定時(shí)測量、RTT測量以及IPDL機(jī)制。LMU測量：SFN-SFNobservedtimedifference測量。UE：SFN-SFNobservedtimedifferenceType2測量、UERx-TxtimedifferenceType2測量和GPS小區(qū)幀定時(shí)測量。OTDOA方法----基本原理UE測量分屬不同NODEB的不同小區(qū)的小區(qū)廣播信道信號(hào)(PCCPCH)，得到下行導(dǎo)頻的TDOA（TimeDifferenceofArrival，到達(dá)時(shí)刻），即所謂的導(dǎo)頻相位測量偏差。根據(jù)該測量結(jié)果并結(jié)合不同基站下的坐標(biāo)，采用合適的位置估計(jì)算法(兩對(duì)NODEB構(gòu)成雙曲面(線)相交)，就能夠計(jì)算出UE的位置。如上圖，假定以NODEBa為參考，根據(jù)移動(dòng)臺(tái)提供的導(dǎo)頻相位測量結(jié)果，能夠得到NODEBb相對(duì)于NODEBa的下行導(dǎo)頻信號(hào)接收時(shí)間差，記為TDOAab，(c*TDOA)即為NODEB到達(dá)移動(dòng)臺(tái)的傳播距離差，可由這兩個(gè)NODEB為基準(zhǔn)得到一個(gè)雙曲線。同樣，根據(jù)TDOAac能夠得到NODEBa和NODEBb為基準(zhǔn)的另一雙曲線，兩個(gè)雙曲線交點(diǎn)即為UE的位置區(qū)域。SRNC還可以通過NodeB做RTT相關(guān)測量和UE做Rx-TxtimedifferenceType2測量，以便利用更多信息來估計(jì)移動(dòng)臺(tái)的位置區(qū)域。一般而言，移動(dòng)臺(tái)測量的基站數(shù)目越多，測量精度越高，定位性能改善越明顯。最好NODEB均衡環(huán)繞UE。OTDOA方法----測量OTDOA測量：UESFN-SFNobservedtimedifferenceType2測量和UTRANSFN-SFNobservedtimedifference測量。GPS小區(qū)幀定時(shí)測量：在OTDOA中，其附帶的作用是可以計(jì)算RTD。OTDOA方法----LMULMU(LocationmeasurementUnit)：只是邏輯，而不是物理功能實(shí)體，分為如下兩種類型。Type-A(Standalone)：Uu接口Type-B(Associated)：集成在NodeB內(nèi)部，Iub接口LMU的定位功能(完成公共測量)UTRANGPS小區(qū)幀定時(shí)測量：在小區(qū)天線口的PCCPCH幀頭打GPS絕對(duì)時(shí)間時(shí)戳。UTRANSFN-SFNtimedifference測量(UTRANOTDOA測量)：與前述的UEOTDOA測量類似，只是它由LMU完成。OTDOA方法----LMURTD(RelativeTimeDifference)：相對(duì)時(shí)間差，是WCDMA系統(tǒng)中各個(gè)小區(qū)的不同步發(fā)射時(shí)間差。在FDD模式下，基站之間的同步方式是異步。這時(shí)，僅有一個(gè)移動(dòng)臺(tái)對(duì)于兩個(gè)基站的觀測時(shí)間差是不夠的，還需要知道兩個(gè)基站在天線發(fā)射口的時(shí)間差，按照3GPP規(guī)范的說法，稱之為相對(duì)RTD。RTD的測量由位置測量單元LMU測量并保持不斷的更新。已知：a、b、c.(通過四個(gè)已知坐標(biāo)獲得)已知：OTDOA12、OTDOA13(LMU測得)求?。篟TD12=OTDOA12-(b-a)RTD13=OTDOA13-(c-a)OTDOA方法----IPDL機(jī)制可聽性問題(Hearability)：解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，當(dāng)UE距離某個(gè)NODEB太近的時(shí)候，將會(huì)有可能收不到其他相鄰小區(qū)的信號(hào)，以至于無法完成相應(yīng)的測量。此時(shí)如要繼續(xù)使用OTDOA方法，就必須引入其他的一些機(jī)制。在3GPP規(guī)范中，引入了一種叫做IPDL(IdlePeriodDownlink)的機(jī)制。它在某個(gè)預(yù)定的偽隨機(jī)時(shí)刻，關(guān)閉一個(gè)基站內(nèi)所有信道的發(fā)射，以便讓移動(dòng)臺(tái)能夠有效地測量相鄰基站的信號(hào)。代價(jià)：IPDL機(jī)制需要基站側(cè)與移動(dòng)臺(tái)側(cè)同時(shí)支持。增加了基站的信令開銷，導(dǎo)致系統(tǒng)容量的降低。另外，與壓縮模式相比，在整個(gè)IPDL期間，所有本該在該期間發(fā)射的信號(hào)都將會(huì)被全部丟失，這給糾錯(cuò)編碼方案帶來了一定的額外壓力，在某種程度上也將降低部分傳輸質(zhì)量，比如增加了誤碼率進(jìn)而導(dǎo)致話音質(zhì)量的下降或數(shù)據(jù)傳輸速率的降低等。OTDOA方法----IPDL機(jī)制IPDL主要參數(shù)IP_SPACING：典型值為10幀IP_LENGTH：典型值為10個(gè)符號(hào)IP_OFFSET：=TCell，使同基站各個(gè)小區(qū)同時(shí)關(guān)閉發(fā)射SEED：偽隨機(jī)數(shù)種子，決定了IPDL相對(duì)幀頭的位置OTDOA方法----定位流程OTDOA與Rx-TxtimedifferenceType2測量實(shí)際上是在同一個(gè)定位測量控制消息中下發(fā)，其結(jié)果也是在相同的測量報(bào)告消息中返回。CNSRNCNODEBUELocationReportControlUE狀態(tài)遷移(如需要)UE狀態(tài)遷移完成定位測量控制(SFN-SFNtimedifferenceType2)RTTReq定位測量報(bào)告(SFN-SFNtimedifferenceType2)LocationReportRTTRspLMU公共測量/定位測量控制公共測量報(bào)告/定位測量報(bào)告。。。OTDOA方法----特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)一定環(huán)境下精度較高對(duì)手機(jī)改動(dòng)較小，只需增加相應(yīng)的軟件。對(duì)網(wǎng)絡(luò)改動(dòng)較小，需要添加LMU以及IPDL機(jī)制系統(tǒng)性價(jià)比較高OTDOA是標(biāo)準(zhǔn)必選，IPDL、A-GPS可選缺點(diǎn)LMU的使用增加了網(wǎng)絡(luò)成本完成定位至少需要3個(gè)基站的信號(hào)，少于此數(shù)目時(shí)，不能完成定位不支持GSM手機(jī)定位比A-GPS定位方法的精度低A-GPS方法----示意圖A-GPS方法----基本原理通過定位測量控制，SRNC向UE提供輔助GPS信息：1).UE可以大大縮短初始捕獲衛(wèi)星擴(kuò)頻信號(hào)的時(shí)間，降低定位過程的時(shí)延。2).降低了移動(dòng)臺(tái)的功耗，在不需要定位時(shí)關(guān)掉其內(nèi)部的GPS接收機(jī)，等到有定位請(qǐng)求時(shí)再打開GPS接收機(jī)，從而延長移動(dòng)臺(tái)的待機(jī)時(shí)間。GPS偽距測量的輔助信息：如GPS捕獲輔助信息、GPS定位輔助信息、GPS靈敏度輔助信息、GPS衛(wèi)星工作狀況信息等。UE位置計(jì)算的輔助信息：如GPS歷書以及修正數(shù)據(jù)、GPS星歷、GPS導(dǎo)航電文等。利用這些信息，UE可以很快的捕獲衛(wèi)星，并接收到GPS的測量信息。GPS定位特點(diǎn)：時(shí)間同步、單程測距A-GPS方法----GPS衛(wèi)星信號(hào)的構(gòu)成GPS衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)包括三部分：數(shù)據(jù)碼D(t)：即導(dǎo)航電文編碼，包括衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星星鐘鐘差改正參數(shù)、測距時(shí)間標(biāo)志、大氣折射參數(shù)以及由C/A碼捕獲P碼等導(dǎo)航信息。測距碼：C/A(CoarseAcquisition

)碼和P(Precise)碼載波：L1和L2基本頻率10.23MHzL11575.42MHzC/A碼1.023MHzP碼10.23MHzD碼50bpsL21227.6MHzP碼10.23MHzD碼50bps/204600/10*154*120A-GPS方法----GPS的測量方法GPS接收機(jī)的觀測量：L1載波上的C/A碼偽距；L1載波上的P碼偽距；L2載波上的P碼偽距；L1載波和L2載波的相位；L1載波和L2載波的多普勒頻移?；诓煌挠^測量，可以衍生非常多的定位方法。C/A碼：服務(wù)對(duì)象為民間普通用戶P碼：服務(wù)對(duì)象為美國軍方或美國盟國及得到特許的民間用戶多普勒頻移：在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中，可用于計(jì)算運(yùn)動(dòng)速度對(duì)于定位業(yè)務(wù)，主要是圍繞偽距來進(jìn)行測量和計(jì)算，主要有測碼偽距和測相偽距兩類方法。測距碼：C/A碼，碼元寬帶為293m

測距精度為2.93m；P碼，碼元寬度為29.3m測距精度為0.29m。載波相位：L1載波波長19cm

測距精度為0.19cm；L2載波波長24cm0.24cm。利用載波相位進(jìn)行定位，比測碼偽距定位高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，可用于精密定位和載體姿態(tài)測量中。A-GPS方法----GPS衛(wèi)星的星歷相對(duì)于某一參考?xì)v元(toe)的一組描述