移动位置服务的技术原理及市场前景

1、 邮电规划2003年第1期 移动通信移动位置服务的技术原理及市场前景信息产业部电信规划研究院 贾 颖 摘 要 位置服务作为移动通信网提供的一种增值业务正悄然兴起。本文综述了实现位置服务的系统体系、定位技术及实现方案，并比较了各种实现方案的特点，介绍了位置服务的应用范围及目前国内外移动定位业务的开展情况，展望了移动定位业务的市场前景。关键词 位置服务、无线网络、定位技术191 移动位置服务的概念及起源随着社会的发展，人们的活动范围越来越大，而且越来越不确定。这种移动性和不确定性给移动通信带来市场和挑战的同时，也为位置服务的开展和扩大带来了无限商机，作为移动通信网提供的增值业务，移动位置服务正在悄

2、然兴起。移动位置服务（LBS）又称定位服务，是通过一定的技术从移动网络获取移动终端用户的位置信息（经纬度坐标），提供给该用户本人或通信系统，或者提供给其它请求得到该用户位置的机构或个人，为用户提供相应服务的一种增值业务。移动位置服务首先从美国发展起来。移动位置服务的提出源于用户在紧急呼叫时，用户无法知道自己所处的位置，给救援工作带来很多不变。调查表明，约有25%的移动用户在发起紧急呼叫时不知道所处的确切位置，因而1996年美国联邦通信委员会(FCC)公布了E911(Emergency call 911)定位需求，其中要求在2001年10月1日前，各种无线蜂窝网络必须能对发出E911紧急呼叫的移

3、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%；并在2001年以后，提供更高的定位精度及三维位置信息。由于定位业务影响深远，GSM的标准化组织ETSI也委托美国的TIPI为GSM指定Phase 2+的LCS标准，并已纳入到ETSI的标准当中。与此同时，AMPS、CDMA等移动通信系统都在积极开发定位业务，许多厂商已经开发出了许多定位设备，提供精度越来越高的定位业务。从世界范围来看，欧洲和日本也作了相应的要求，表明提供E911定位服务将是今后蜂窝网络必备的基本功能。该需求颁布以来，由于政府的强制性要求和市场本身的驱动，各国公司就GSM、IS95和3G等网络制定了各自的

4、实施方案，取得了一定成果，但和E911定位需求相比还有一定差距。目前我国对基于蜂窝网络的无线定位技术的研究还很有限，因此对这一新技术的研究应引起我们的高度重视。2 移动位置服务的技术原理运营商提供移动位置服务要依赖于移动定位技术的发展，从移动通信领域的发展来看，利用手机进行地理位置定位是近年来移动通信应用发展的新方向，也是第三代移动通信研究的一个重要方面。这项技术是利用移动通信特有的定位功能，配合短消息服务确定手机用户所在的地理位置，并可根据用户的位置提供相关地理信息服务。2.1 移动定位服务的系统组成移动位置应用服务的主要技术手段是依据现代地理信息处理技术（GIS）和移动通信技术，主要方法是

5、利用GSM网络的可定位功能、短消息服务功能以及城市地图信息数据库，由应用服务系统来完成。在系统实现上，由移动位置服务器、短消息服务中心和城市地图与信息数据库及服务器三部分共同组成，协调分工。移动位置服务器（SMLC：Serving Mobile Location Center）：给出GSM网上指定终端的当前位置信息，即地理坐标。位置测量单元（LMU：Location Measurement Unit）：捕获、分析无线信号，从中获取测量数据，将测量数据交给SMLC，由SMLC进行位置确定。短消息服务中心(SMSC)：提供移动用户之间文字信息传递通路，用户完成移动用户查询请求及查询结果的接收与发送

6、工作。城市地图与信息数据库及服务器：存储有关城市的地理信息，包括城市矢量地图、相关的可查询检索信息，例如主要建筑物信息、街道路口信息、宾馆饭店信息、娱乐场所信息。所有信息均与城市地图相关联，通过给定的地图坐标可以查询到相关信息。移动位置应用服务器是整个系统的核心，主要完成短消息服务中心、城市地图信息数据库、移动位置服务器之间的数据传递与数据协调以及整个协调的控制工作。2.2 无线定位服务的技术原理无线定位技术是指用来判定移动用户位置的测量方法和计算方法，即定位算法。目前，有许多方法可以用来进行位置计算，最常用的定位技术主要有：时差定位技术（TDOA）、信号到达角度测量（AOA）技术、全球定位系

7、统（GPS）等。 CELL_ID+TA定位技术CELL_ID+TA定位是一种最简单的定位方法，它根据移动台所处的小区ID 号和信号到达的时间提前量来确定用户的位置。移动台所处的小区ID 号是网络中已有的信息，移动台在当前小区注册后，在系统的数据库中就会将该移动台与该小区ID 号对应起来。结合信号到达的时间提前量，在小区的覆盖半径内得出粗略的位置。 基于电波传播时间(TOA或TDOA)的定位技术到达时间和时间差定位是根据不同基站所接受到的同一移动终端信号在传播路径上的时间或时延差异实现端定位的。在该方法中，处于不同位置的多个基站同时接受由移动终端发出的普通消息分组或随机接入分组，各基站将收到上述

8、分组的时间传送到移动终端定位中心（MLC），MLC根据信号到达各基站的时间差异来完成判定该终端位置的一系列计算。 增强观测时间差分（EOTD）定位增强观测时间差分（EOTD）定位技术是通过布置位置接收器或参考点实现的。这些参考点分布在较广的区域内的许多站点上，作为位置测量单元。每个参考点都有一个精确的定时源，当具有EOTD功能的移动台和位置测量单元接收到来自至少3个基站信号时，从每个基站到达移动台和位置测量单元的时间差将被计算出来，这些差值可以被用来产生几组交叉双曲线，由此估计移动台的位置。 辅助GPS（A-GPS）定位技术GPS 定位精度非常高，但它的响应时间比较长。这对于一些紧急应用(如E

9、-911)是无法接受的。将GPS 与通信网结合起来，实现一种精度高、定位快的方式辅助GPS 定位。其基本思想是建立一个GPS 参考网络，该网络与移动通信网相连，通信网的移动台内置一个GPS 接收机。通信网将GPS 参考网络产生的辅助数据如差分校正数据、卫星运行状况传送给移动台，并将通信网数据库中移动台的近似位置或小区基站位置传送给移动台。移动台得到这些信息以后，根据自己所处的近似位置和当前的卫星状态，可以很快地捕获到卫星信号。 表1 几种不同定位方法的比较定位方法CELL_ID+TATOAA-GPS精度100-1100m50-200m5-50m是否需要更换手机否否是可用范围任意GSM覆盖区郊区

10、限制市内、室内限制费用低高高响应速度快慢慢2.3无线定位系统实现方案定位系统的物理结构主要有3种：（1）基于移动台的定位自主定位系统，有两类：一是将GPS接收机集成于MS中，另一类是MS接收不同BTS的信号，通过进行运算定位。（2）基于网络的定位远程定位系统，是由不同的BTS接收MS发射的信号，进行参数测量，实现对MS的定位。（3）混合定位系统自定位系统与远程定位系统相结合，是将测算位置所需要的定位函数放置在移动台中，将混合函数放置于网络系统中，测定计算过程由移动台和网络共同完成。 表2 基于MS、基于网络和混合方式的定位系统比较基于MS基于网络混合方式系统要求同步同步、LC(置于MSC)、定

11、位接收器(改进的BTS)同步、LC定位现有MS不可以可以不可以参数测量位置MS定位接收器(BTS)MS自主定位可以通过SMS间接定位通过SMS间接定位远程定位通过SMS间接定位可以可以同时定位的容量无限制(与蜂窝网MS容量同)取决于蜂窝网的数据传输能力和LC的信息处理能力较大，主要决定于从MS采集TOA测量值的能力连续定位可以可以，但有很大局限性可以，但对定位容量有影响对跳频和功率控制的敏感性不敏感敏感不敏感附加于蜂窝网的数据信息量少多多3 移动定位服务的市场前景31移动定位服务的应用领域 紧急救援用户在不知道自己位置的情况下，只要其手机支持位置服务，用户在拨打救援中心的电话（如我国的110、

12、美国的911、日本的411 电话）后，移动通信网络就会在将该紧急呼叫发送到救援中心的同时，启动支持位置服务的网元，得到用户的具体位置，将该位置信息和用户的语音信息一并传送给救援中心。救援中心接到呼叫后，根据得到的位置信息，就能快速、高效地开展救援活动，大大提高了救援的成功率。 移动电话防盗打管理据估计，世界电信运营部门每年因移动电话盗打造成的损失高达数十亿美元。移动电话盗打对用户和运营商都是一个困扰已久的问题。开展移动电话定位业务，对制止移动电话盗打非常有利。电信运营部门在发现盗打号码后，可以不必禁止移动电话使用，而利用无线网络自动记录盗打的准确时间和地点，为司法机关破案提供有力的证据。 车辆

13、导航和智能交通系统(ITS) 智能运输系统（ITS）中涉及到大量对车辆的定位处理，过去专门设计了AVL 系统，为此要占用宝贵的频带资源，花费大量的硬件投资。移动通信网提供的位置服务能满足山区和城市商业区的车辆导航和跟踪，只要为每一辆或每一列需要导航和跟踪的汽车或列车安装一个移动车载台，并提供较好的基站覆盖。然后，通信网再为这些车载台提供位置信息，并将这些信息通过通信网本身传输给负责交通管理的调度中心，就可以快速地在车和调度中心之间建立协调的运行管理和导航,从而取代AVL 系统。 移动黄页查询互联网的黄页查询是一项发展比较迅速的网络增值业务。用户可以在互联网查询自己所在区域范围内的相关信息，包括

14、附近有哪些饭店、商场、天气情况、附近各公司的电话号码、所在位置等等。移动互联网技术与位置服务相结合，就可以轻而易举地实现移动黄页查询。移动网络首先定位出用户所处的位置，然后再在互联网提供的信息中节选出用户所在地的相关信息供用户查询。固定黄页查询能够得到的信息，移动黄页查询都可以得到。 与位置有关的计费目前，手机计费常常是根据时长和距离来进行的，这对移动用户来说是非常不合理的。因为计费问题的产生本身是由于用户占用了网络的资源，用户所占的网络资源的位置特征（是处于话务比较繁忙的商业区，还是处于相对比较空闲的郊区，是处于高速公路上，正快速的移动，还是在家中）不同，网络为这一次通话提供的服务量就不同。

15、因此，运营商应该根据用户所占的网络资源的位置特征，对用户的通话进行计费。但实际上运营商在这方面的计费还没有考虑，原因在于运营商不知道用户的确切位置，无法判断它所处的位置特征。随着位置服务的发展，与位置有关的计费也将发展起来。 优化蜂窝系统设计和资源管理移动通信网的移动性管理一直是网络的难点问题。主要原因就是移动用户位置的不确定性。如果网络本身知道移动台的精确位置，进行移动性管理就变得相对简单了。另一方面也有助于对移动台进行有效的信道分配，使无线资源的利用程度更高。另外，如果能够实时地得到移动台的位置信息，就可以实现网络资源的动态、智能分配。增强网络性能，提高网络的服务质量。可以相信，随着定位技

16、术的发展，位置服务的其它潜在应用还将不断涌现。32 国外移动定位业务的发展根据爱立信公司的分析，欧洲目前已开始出现移动用户增长率下降的趋势。运营公司在用户普及率高的情况下，必需力求增加每个用户的收入、以及通过费率的降低刺激业务量的增加，最重要的是要不断设法推出一些新的增值业务，增加收入。位置业务就是具有潜在市场的一项新业务，定位服务正在成为增值业务的一个新的亮点。目前国外已经开展了许多基于GSM的移动定位业务。如美国通用汽车公司的全资子公司OnStar公司使用GPS技术和无线通信方式，研发了第一个“智能驾驶”的安全、保障及信息系统。在三年时间里，用户从2万个发展到180万。在欧洲，移动位置业务

17、正在兴起发展。爱立信的移动定位系统（MPS）可以在手机上指出目标的经度和纬度，利用GIS（地理信息系统）获得的信息可以给出不同准确度的位置。MPS的核心是移动定位中心，该中心是设置在网络上的定位网关，可支持大多数的电信标准，如GSM、AMPSTDMA及下一代的WCDMA等。MPS可以兼容各种GSM手机。1999年爱沙利亚无线运营者EMT公司和瑞典的Telia公司利用爱立信MPS系统推出的商用业务，并对网络进行升级。2000年，EMT公司与紧急救援部门签订了MOU（谅解备忘录），把MPS业务引入到爱沙尼亚市场，增加居民的安全保障，使救缓工作更有效、及时。例如该业务使紧急救缓部门能确定拨打112紧

18、急求救呼叫者的位置。当高速公路发生车祸，脑部受伤者不能说出所在位置时，MPS可准确定位在500米范围内。EMT公司还打算开发寻找ATM（自动提款机）、加油站、医院等位置服务。2000年，法国电信、英国VodafoneAirTouch公司，以及澳大利亚的Telstra公司完成了MPS系统的试验。西班牙的Amina、Telefonia和Airtel等三家公司，以及中国台湾的FarEasTone公司等也进行了MPS系统的试验。Benefon公司推出的MPTP（移动电话通信协议）位置业务，由芬兰Radiolinja公司试验，该系统需要对网络进行改造，以及配备具有GPS（全球定位系统）功能的手机。Radiolinja公司首先在芬兰和爱沙尼亚推出该业务。33国内移动定位业务的发展面对发展迅猛的全球移动定位业务市场，中国的定位业务今年来发展也较为迅速。根据中国移动通信集团公司的总体部署，福建移动与诺基亚公司、华为公司联系，共同努力在召开的2001年中国国际通信设备技术展示会前成功实现LCS业务的外地接入。展示会上，中国移动展台展示的福建移动通信公司正在试验中的LCS业务真实环境的端到端试验成为此次展会上一个引人注目的亮点，引起了众多业内人士和观众的注意，吸引了包括众多业内人士的广泛关注，纷纷驻足了解LCS业务技术实现方案；同时，大批手机用户也表示出了对这两