移動通信網絡定位技術及應用論文

　　摘要：社會經濟的不斷發展進步，人們之間的交流日益密切和頻繁，同時人們活動范圍的不確定性也越來越大。于是對用戶的位置信息進行定位顯得愈發重要。目前，伴隨著移動通信網絡技術的不斷發展，位置服務開始得到重視并得到應用。移動通信網絡中的移動臺（MS）定位則是移動通信網絡中開展位置服務的重要前提。因此，文章重點就移動通信網絡的移動臺定位技術及應用進行略述。

　　關鍵詞：移動通信網絡；移動臺定位技術；應用

　　1 無線定位的概念

　　無線定位主要指的是運用無線電波信號，來對移動臺所處實際位置進行確定的一種技術。通常來說，位置信息主要包含了和移動臺相關的坐標，諸如移動臺所在位置的經緯度以及高度等相關信息。對于無線定位而言，其最為重要的質量指標就是定位系統的精度，其可以理解為位于準確區域周圍的不確定區域，采用多次定位測量之后而最終得到的一個百分比值。例如67%的定位測量則表示其可以定位移動臺到實際位置50m范圍的距離，而95%的定位測量則可以定位移動臺到實際位置150m范圍的距離。實際生活中，不同的定位服務需要不同的定位精度。諸如天氣預報、交通信息等需達到200km，但是導航以及設備定位則需要達到10-50m。

　　2 定位方法及應用

　　定位移動通信網絡中的移動臺，可以采取如下兩種定位方法，也可以將二者進行混合使用。以下將詳細予以論述。2.1利用無線電波信號的特征參數進行定位該定位方法主要是將已知位置基站和移動臺之間所傳播的無線電波信號的特征參數通過檢測，以便于對移動臺的實際距離、方向以及其他要素等進行確定。現階段，蜂窩網絡是移動通信網絡最為常用的網絡形式，對其進行移動臺定位，主要包括了基于方向和基于距離兩種定位方法。（1）基于方向的定位技術。到達角（AOA）定位技術主要是基站借助接收機天線陣列來對移動臺發射電波的入射角進行測量，也就是信號的方向，從而構成基站到移動臺的徑向連線，也就是方位線。若需要測量的方向的精度為±s，則可以限定移動臺的角度在2s的視線路徑上。通過兩個基站的AOA測量，則可以對目標移動臺的位置進行確定。該定位方法原理簡單，但是實際應用中還存在一些缺陷，因此較少應用到目前的移動臺定位中。（2）基于距離的定位技術。估計移動臺和基站之間的實際距離，可以利用接收信號的強度、到達時間、到達時間差以及信號的相位來獲取。在二維空間中，對于移動臺位置的的測量需要3次，在三維空間中，則需要進行4次測量。例如如果預估基站和移動臺間的距離為d，則第一次測量時可以定位移動臺在以基站為中心、半徑為d的圓上。第二次測量則定位其在2個圓相交的圓弧里；第三次測量則可以對移動臺的位置進行鎖定。2.2利用移動臺接收的GPS導航電文進行定位GPS測量技術的定位原理主要為三角測量。其運用多星高軌測距體制，并將接收機和GPS衛星之間的實際距離作為基本的觀測量。如果地面的用戶利用GPS接收機可以同時接收到3顆以上衛星的信號，再合理運用偽距測量或者是載波相位測量，則可以對衛星信號到接收機的實際時間、距離等進行測算，然后再綜合考慮各個衛星所處的實際位置，相交衛星和用戶等多個等距離球面后，方可準確定位用戶的三維（經度、緯度、高度）坐標以及速度、時間等相關參數。現階段，常用的移動臺定位技術包括單純的GPS定位技術、A-GPS技術以及GAPONE定位技術。前者主要運用于專用的GPS定位終端中，例如車載臺燈。后兩者則應用于移動通信和聯通的相關位置服務中。

　　3 定位誤差

　　通常而言，定位的精度取決于多種因素，諸如電波的傳播環境、接收器的具體設計狀況、噪聲以及干擾特性等。在目前的蜂窩信息系統之中，TDOA/TOA測量誤差則包括以下兩部分內容：第一，因基站自身檢測設備帶來的誤差。諸如移動臺和基站的時鐘之間存在的同步誤差，檢測設備自身的精度，檢測設備在具體檢測時由于時延問題所帶來的誤差等。不過這部分誤差因素，會隨著定時技術和信號檢測技術的日趨完善而不斷降低。第二，來自于信道，也就是多徑效應和非視距傳播所造成的誤差。該方面誤差產生的原因在于信道自身的環境，具體可以運用相應的算法來降低其對于定位精度的不良影響。（1）多徑傳播。無線信號的多徑傳播也會干擾到移動臺和基站間的實際距離和方位的直射路徑信號的具體角度和時延，進而直接威脅到角度以及時間測量的定位方法。一般來說，窄帶系統之中，一旦出現多徑分量的相互重疊，勢必導致相關峰的位置出現偏差。而在寬度系統之中，則可以有效分離多徑分量，從而實現定位更為精準。不過，如果反射的分量比直達的分量大，則也會對定位精度產生不良的影響。目前通常可以采取高階譜估計、最小均方估計等辦法來有效對抗多徑傳播。（2）非視距傳播。無線定位中最為主要的誤差源當屬非視距傳播，即便不存在多徑效應或者選用了精度較高的定時辦法，其也會導致TOA或TDOA測量出現誤差現象。然而由于目前尚未有一個統一的認知關于非視距傳播模型以及其所能夠帶來的誤差概率。因此目前尚不存在完全有效的辦法來應對該誤差源。通常可以采取如下措施來最大限度的降低該誤差源帶來的誤差現象：第一，運用測距誤差統計中的先驗信息，來有效調節一段時間范圍內的NLOS測量值，使其更為接近LOS的測量值；第二，將LOS測量值的權重進行適當的下調，并增加一定的約束項在LS算法中。目前，很多定位產品都選用了適宜的算法，來對多徑、非視距誤差等進行抵消，進而全面提升整個定位精度。

　　總之，位置服務已經成為當前非常時髦的一種服務類型，也成為了一動運營商新的利潤增長點。其不僅更加便捷人們的生活，還能夠帶給人們生活中的樂趣。當然了，我們也必須看到位置服務也會在一定程度上泄漏個人的隱私，對其安全防護則是目前以致未來各大運營商需重點考慮的問題。

　　作者:趙明信 單位:沈陽電信工程局（有限公司）

　　參考文獻：

　　[1]孫晶.基于并行計算的移動通信網絡定位研究[D].北京郵電大學,2013.

　　[2]張軍.基于3G網絡的移動設備定位技術研究[D].南京理工大學,2011.

　　[3]丁浩洋.移動通信系統中射線追蹤技術及定位技術的研究[D].北京郵電大學,2014.

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