移动通信网络定位技术及应用

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摘要：社会经济的不断发展进步，人们之间的交流日益密切和频繁，同时人们活动范围的不确定性也越来越大。于是对用户的位置信息进行定位显得愈发重要。目前，伴随着移动通信网络技术的不断发展，位置服务开始得到重视并得到应用。移动通信网络中的移动台（MS）定位则是移动通信网络中开展位置服务的重要前提。因此，文章重点就移动通信网络的移动台定位技术及应用进行略述。

关键词：移动通信网络；移动台定位技术；应用

1无线定位的概念

无线定位主要指的是运用无线电波信号，来对移动台所处实际位置进行确定的一种技术。通常来说，位置信息主要包含了和移动台相关的坐标，诸如移动台所在位置的经纬度以及高度等相关信息。对于无线定位而言，其最为重要的质量指标就是定位系统的精度，其可以理解为位于准确区域周围的不确定区域，采用多次定位测量之后而最终得到的一个百分比值。例如67%的定位测量则表示其可以定位移动台到实际位置50m范围的距离，而95%的定位测量则可以定位移动台到实际位置150m范围的距离。实际生活中，不同的定位服务需要不同的定位精度。诸如天气预报、交通信息等需达到200km，但是导航以及设备定位则需要达到10-50m。

2定位方法及应用

定位移动通信网络中的移动台，可以采取如下两种定位方法，也可以将二者进行混合使用。以下将详细予以论述。2.1利用无线电波信号的特征参数进行定位该定位方法主要是将已知位置基站和移动台之间所传播的无线电波信号的特征参数通过检测，以便于对移动台的实际距离、方向以及其他要素等进行确定。现阶段，蜂窝网络是移动通信网络最为常用的网络形式，对其进行移动台定位，主要包括了基于方向和基于距离两种定位方法。（1）基于方向的定位技术。到达角（AOA）定位技术主要是基站借助接收机天线阵列来对移动台发射电波的入射角进行测量，也就是信号的方向，从而构成基站到移动台的径向连线，也就是方位线。若需要测量的方向的精度为±s，则可以限定移动台的角度在2s的视线路径上。通过两个基站的AOA测量，则可以对目标移动台的位置进行确定。该定位方法原理简单，但是实际应用中还存在一些缺陷，因此较少应用到目前的移动台定位中。（2）基于距离的定位技术。估计移动台和基站之间的实际距离，可以利用接收信号的强度、到达时间、到达时间差以及信号的相位来获取。在二维空间中，对于移动台位置的的测量需要3次，在三维空间中，则需要进行4次测量。例如如果预估基站和移动台间的距离为d，则第一次测量时可以定位移动台在以基站为中心、半径为d的圆上。第二次测量则定位其在2个圆相交的圆弧里；第三次测量则可以对移动台的位置进行锁定。2.2利用移动台接收的GPS导航电文进行定位GPS测量技术的定位原理主要为三角测量。其运用多星高轨测距体制，并将接收机和GPS卫星之间的实际距离作为基本的观测量。如果地面的用户利用GPS接收机可以同时接收到3颗以上卫星的信号，再合理运用伪距测量或者是载波相位测量，则可以对卫星信号到接收机的实际时间、距离等进行测算，然后再综合考虑各个卫星所处的实际位置，相交卫星和用户等多个等距离球面后，方可准确定位用户的三维（经度、纬度、高度）坐标以及速度、时间等相关参数。现阶段，常用的移动台定位技术包括单纯的GPS定位技术、A-GPS技术以及GAPONE定位技术。前者主要运用于专用的GPS定位终端中，例如车载台灯。后两者则应用于移动通信和联通的相关位置服务中。

3定位误差

通常而言，定位的精度取决于多种因素，诸如电波的传播环境、接收器的具体设计状况、噪声以及干扰特性等。在目前的蜂窝信息系统之中，TDOA/TOA测量误差则包括以下两部分内容：第一，因基站自身检测设备带来的误差。诸如移动台和基站的时钟之间存在的同步误差，检测设备自身的精度，检测设备在具体检测时由于时延问题所带来的误差等。不过这部分误差因素，会随着定时技术和信号检测技术的日趋完善而不断降低。第二，来自于信道，也就是多径效应和非视距传播所造成的误差。该方面误差产生的原因在于信道自身的环境，具体可以运用相应的算法来降低其对于定位精度的不良影响。（1）多径传播。无线信号的多径传播也会干扰到移动台和基站间的实际距离和方位的直射路径信号的具体角度和时延，进而直接威胁到角度以及时间测量的定位方法。一般来说，窄带系统之中，一旦出现多径分量的相互重叠，势必导致相关峰的位置出现偏差。而在宽度系统之中，则可以有效分离多径分量，从而实现定位更为精准。不过，如果反射的分量比直达的分量大，则也会对定位精度产生不良的影响。目前通常可以采取高阶谱估计、最小均方估计等办法来有效对抗多径传播。（2）非视距传播。无线定位中最为主要的误差源当属非视距传播，即便不存在多径效应或者选用了精度较高的定时办法，其也会导致TOA或TDOA测量出现误差现象。然而由于目前尚未有一个统一的认知关于非视距传播模型以及其所能够带来的误差概率。因此目前尚不存在完全有效的办法来应对该误差源。通常可以采取如下措施来最大限度的降低该误差源带来的误差现象：第一，运用测距误差统计中的先验信息，来有效调节一段时间范围内的NLOS测量值，使其更为接近LOS的测量值；第二，将LOS测量值的权重进行适当的下调，并增加一定的约束项在LS算法中。目前，很多定位产品都选用了适宜的算法，来对多径、非视距误差等进行抵消，进而全面提升整个定位精度。

总之，位置服务已经成为当前非常时髦的一种服务类型，也成为了一动运营商新的利润增长点。其不仅更加便捷人们的生活，还能够带给人们生活中的乐趣。当然了，我们也必须看到位置服务也会在一定程度上泄漏个人的隐私，对其安全防护则是目前以致未来各大运营商需重点考虑的问题。

作者:赵明信 单位:沈阳电信工程局（有限公司）

参考文献：

[1]孙晶.基于并行计算的移动通信网络定位研究[D].北京邮电大学,2013.

[2]张军.基于3G网络的移动设备定位技术研究[D].南京理工大学,2011.

[3]丁浩洋.移动通信系统中射线追踪技术及定位技术的研究[D].北京邮电大学,2014.