移动通信网络无线定位技术的原理及应用

移动通信网络无线定位技术的原理及应用

摘要：借助无线定位技术，人们可随时查询各类信息、位置。主要对移动通信系统中的无线定位技术及其应用进行了分析和讨论，以期促进无线定位技术的进一步发展。

关键词：无线定位技术；移动通信系统

引言

随着移动通信技术的迅猛发展，对于移动台的定位需求也越来越受到人们的普遍重视。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日起移动通信网络必须能对发出紧急呼叫的移动台提供精度在125m内的定位服务，而且满足此定位精度的概率应不低于67%。1999年FCC对定位精度提出新的要求：对基于网络定位要求提供精度为100m内的定位的概率应不低于67%，精度为300m内的定位概率应不低95%；对基于移动台的定位为精度50m 内的概率应不低于67%，精度150m以内的定位的概率应不低于95%。欧洲同样也提出了相应的E112规定，规定提供定位服务应为移动通信网络的基本功能之一。随着移动通信技术的不断发展，很多安全部门以及移动用户为了保证安全和便捷，都要求移动通信系统提供无线定位业务，这也是第三代移动通信中的一个核心技术。无线定位技术有着重要意义，主要体现在灵活收费、智能交通系统、增强网络性能、个人定位服务等方面。网络管理中心和计算费用时会根据移动用户所在的地理位置进行判断；当蜂窝中提供了网络无线定位技术后，智能交通系统就会利用这个功能替代传统的AVL系统，即时的提供路况信息或旅客位置等；通过对移动台的精确定位可以更好的对蜂窝进行分配，决定小区间的切换；在人们出外游玩时，可以通过服务中心获得游玩地点附近的宾馆信息，并通过MS对特定的移动目标进行定位跟踪监视。

一、无线定位的技术原理

1.1 SKT方法

SKT属于开发增值业务的命令，是一种应用范围较小的编程语言，它可以让SIM卡无阻碍的运行自身应用软件。SKT技术的核心优势在于它为SIM卡的增值业务提供了一个简便易操作的开发平台。一般的SIM卡手机只有电话簿等基本功能，让手机中插入STK的SIM卡时，功能性能得到极大提升，手机中可以提供信息点播、位置服务、手机银行等多种增值服务。

在GSM移动通信网络中的移动台，会对服务对象小区以及附近的小区进行测量，并生成报告。报告中包括服务对象小区以及相邻6个小区的CGI码和接受场强，这些信息是移动台进行无限定位的信息基础。根据相关技术，可以让移动台将测量报告通过短消息的形式发送，在接收到数据后进行分析处理，并在数据库中进行比对，最终确定位置。根据目前我国各个城市的基站数量，市区内的基站较为密集，移动台完全可以覆盖一个小区。但是这种方法也有一定的缺点，就是精确度难以保证。为了提高定位的精确度，可以通过路测获取效应的数据，并建立实际路测数据库，将测量后的报告和数据库中的数据进行比对，这样得出的移动台位置较为精确，市区内一般误差在150米之内。

1.2电波传播时间定位法

电波传播时间定位法的原理是电磁波以光速在空间中传播，将移动台和接收

基站A、B、C，分别将其之间电磁波的传输时间设备ta、tb、tc。得出以下公式：（xa-x）2+（ya-y）2-cta=0

（xb-x）2+（yb-y）2-ctb=0

（xc-x）2+（yc-y）2-ctc=0

公式中（xa，ya）、（xb，yb）、（xc，yc）分别是A、B、C基站的坐标。

三个基站结合可以产生三个圆，而移动台就处于三个圆的交点位置。电波传播时

间定位法是对其技术改进产生的，原理是根据多个不同基站所接受到的移动台发

射电磁波所耗费的相对时间来确定移动台的位置。此技术测量要求较高，要保证MS发射和全部BTS的接收保证同步，一旦出现失误，将会出现较大的误差。并

且在发射信号时，还要进行时间标记，便于当信号到达接收基站后确定传播距离。

在该测量方法中，主要的对象是传播的时间差，而不是传播时间，因此在

MS和BTS之间不需要精确同步，在进行时间信号发射时也不需要进行标记等操作。因此在MS的定位方面，该测量方法起到了重要作用，和SKT方法相比，精

确度更高，但是回应时间较慢。另一方面，该方法还有着一定局限性，在基站较

多的市区中，精确度不一定比SKT更高，而且应答时间更长，再加上GSM网络成本较高，因此要根据实际情况进行选择。

1.3电波入射角定位法

该方法目前在雷达追踪、车辆导航系统中被广泛运用，其原理是根据接收基

站对电磁波的方法进行判定，从而确定移动台的位置，通过两个接收基站就能进

行定位。这种方法的主要问题在于，想要检测出信号传播的方法，必须要在接收

基站上配备方向性较强的监测天线排列，需要对现有的基站进行一定程度的改善。

1.4混合定位法

每个测量值都能确定目标的一条轨迹，通过多个测量值，对轨迹交点进行分析，就能确定移动台的位置。如何难以获得足够多的参数测量值，轨迹的交点就

较为繁杂，定位点难以确定，要通过一些方法进行改善。例如通过移动目标运动

轨迹的连续性或额外测量点确定定位等。

1.5场强定位法

信号场强（signal strength）定位法通过检测接收信号的场强值，利用已知的

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，通过求解收

发信机之间的距离方程组，即能确定目标移动台位置。对于基于信号场强的定位，主要的误差源是多径衰落和阴影效应。此外，由于在CDMA网络采用的功率控制

技术来消除远近效应，TDMA系统中采用功率控制以增强电池使用时间，因而信

号强度定位系统必须知道MS的发送功率，并且需要合理的精度控制。

二、无线定位技术的两种应用方案

根据定位估计的位置以及数据用途的不同，可以分为两种定位方案：基于移

动台的定位系统。这种系统时移动台的自主定位系统，也叫前向定位系统。通过MS接收到BTS的信息，进行信号参数测量，通过测量值分析出MS的位置；另一种是基于网络的定位系统。目前移动通信网络中的无线定位技术主要就是这种。

和前者相比，后者有着多种特点：第一，不需要对现存的设备进行改动，大多数

附加设备都可以在网络上完成，用户通过移动终端便能获取定位信息；第二，网

络运营部门可以对移动用户进行监督，便于实施移动终端盗打防范以及网络资源

的管理；第三，可以对特定的地区进行话务统计，为网络的更新和设计奠定基础。

三、无线定位技术中的误差因素

无线定位技术受到环境的影响较大，导致在定位时精确度存在较大问题，其