GSM手機(jī)定位技術(shù)
(1)雙曲線方式
與E-OTD計算相關(guān)的基本時間量有3個:
•OTD:即手機(jī)得到GSM網(wǎng)絡(luò)上兩個不同BTS發(fā)來脈沖的時間間隔。t1時得到BTS1的脈沖,t2
時
得到BTS2的脈沖,則OTD=t2-t1。兩個脈沖同時得到,則OTD=0。
•RTD:即GSM網(wǎng)上兩個BTS的相對同步時間差。若BTS1在t3時刻發(fā)送脈沖,BTS2在t4時刻發(fā)
送
脈沖,則RTD=t4-t3。若GSM網(wǎng)同步,則BTS在同一時刻發(fā)送,RTD不需要計算,此時RTD=0。
• GTD(幾何時間差):幾何距離不等,導(dǎo)致手機(jī)接收兩個不同BTS發(fā)來的脈沖存在時間差。
如果手機(jī)到BTS1的傳播距離為d1,BTS2到手機(jī)的距離為d2,則GTD=(d2-d1)/C(C為電磁波
傳
播速度)。若兩個BTS到手機(jī)的距離相等,GTD=0。
上述參數(shù)之間的關(guān)系為:OTD= RTD+GTD。
位置信息從GTD計算出來,由OTD和RTD可用前面的公式推導(dǎo)。手機(jī) GTD中的d2-d1值為恒
量,
這時可能的位置信息為雙曲線。手機(jī)位置則位于由三個基站和兩個GTD得到的兩條雙曲線交界處。
測量結(jié)果存在誤差,灰色區(qū)域為OTD測量結(jié)果可能的位置。雙曲線交叉得到的黑色區(qū)域為手機(jī)的位
置。
(2)圓弧方式
圓弧方式不測量手機(jī)和 LMU接收不同 BTS信號的時間差值,只測量那些信號各自到達(dá)的時
間。以下參數(shù)與E-OTD圓弧方式相關(guān):
•MOT:BTS信號到達(dá)手機(jī)的時間,以手機(jī)內(nèi)部時鐘為準(zhǔn);
•LOT:BTS信號到達(dá) LMU的時間,以 LMU內(nèi)部時鐘為準(zhǔn)。通常手機(jī)與LMU的內(nèi)部時鐘之間有
一
個偏移量ε;
•DMB:手機(jī)與 BTS之間的幾何距離;
•DLB:LMU與BTS之間的幾何距離。
參數(shù)之間的關(guān)系:DMB-DLB=c,(MOT-LOT+ε)(c為電磁波傳播速度)。
以手機(jī)和LMU同時觀察的BTS為圓心畫圓,交叉就可得到手機(jī)的位置。由于存在3個未知量,即
手機(jī)位置的X、Y坐標(biāo)和偏移量ε,所以與雙曲線方式相同,至少需要3個BTS,才能得到手機(jī)的位
置和偏移量ε值。圓弧方式與雙曲線方式的主要區(qū)別在于手機(jī)測量誤差區(qū)和手機(jī)相對于BTS的幾何
位置,其它實現(xiàn)方式一致。
E-OTD計算與手機(jī)能收到足夠多的BTS信息密切相關(guān)。通常說來,GSM網(wǎng)覆蓋性能越好,定位
精度越高。手機(jī)在空閑和業(yè)務(wù)模式(通話時)下均可實現(xiàn)定位,且可選擇持續(xù)定位或單個定位。
持續(xù)定位更適合于手機(jī)自主方式,該方式不需要上行信令。若BTS能采用類似于短消息小區(qū)廣播
(SMS-CB)的功能來發(fā)送位置坐標(biāo)和RTD信息,在空閑模式時手機(jī)就有足夠的信息計算自己的位
置。采用E-OTD定位方式時,LMU和BTS的比例為1:3到1:5之間。
2.3 A-GPS原理
GPS輔助定位方式實現(xiàn)步驟如下:GSM網(wǎng)收到GPS輔助信息;GSM網(wǎng)將輔助信息發(fā)送到手機(jī);手
機(jī)得到GPS信息,計算并得出自身精確位置;手機(jī)將位置信息發(fā)送到GSM網(wǎng)。
該方式有手機(jī)輔助方式和手機(jī)自主方式兩種:
(1)手機(jī)輔助GPS定位方式
這種解決方案是將傳統(tǒng)GPS接收器的大部分功能轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)處理器上實現(xiàn)。該方式需要天線、
RF單元和數(shù)據(jù)處理器等設(shè)備。GSM網(wǎng)向手機(jī)發(fā)送一串極短的輔助信息,包括時間、可視衛(wèi)星清單、
衛(wèi)星信號多普勒參數(shù)和碼相位搜索窗口。這些參數(shù)有助于內(nèi)置GP S模塊減少GPS信號獲得時間。輔
助數(shù)據(jù)來自經(jīng)手機(jī)GPS模塊處理后產(chǎn)生的偽距離數(shù)據(jù),且可持續(xù)數(shù)分鐘。收到這些偽距離數(shù)據(jù)后,
相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)處理器或定位服務(wù)器能大致估算出手機(jī)的位置。GSM網(wǎng)增加必要的修正后,可提高定位
精度。
(2)手機(jī)自主GPS定位方式
這種手機(jī)包含一個全功能的GPS接收器,具有(1)方式中手機(jī)的所有功能,再加上衛(wèi)星位置
和手機(jī)位置計算功能。運算開始時,需要的數(shù)據(jù)比手機(jī)輔助方式要多,這些數(shù)據(jù)能夠持續(xù)4小時以
上或根據(jù)需要進(jìn)行更新,通常包括時間、參考位置、衛(wèi)星星歷和時間校驗參數(shù)等。如果某些應(yīng)用
需要更高的精度,則必須持續(xù)(間隔約30s)向手機(jī)發(fā)差分GPS(DGPS)信號。DGPS信號在非常寬
的地域范圍有效,以一個參考接收器為中心可服務(wù)于較寬的地域范圍。最終位置信息由手機(jī)本身
計算得到,若需要,此定位信息可發(fā)送到其它任何應(yīng)用中。
3 3種定位方式比較
3.1TOA
(1)優(yōu)點
•100%兼容現(xiàn)有手機(jī)。全球在用的數(shù)億個手機(jī)不必作任何改動就可一步到位實現(xiàn)定位,最大
限度保護(hù)現(xiàn)有手機(jī)用戶的利益,是當(dāng)前情況下實現(xiàn)GSM手機(jī)定位的一種理想實現(xiàn)方式;
•支持漫游,各種接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一;
•定位精度可單獨優(yōu)化。通過提高LMU性能,可局部提高定位精度。
(2)缺點
初始投資高。整個網(wǎng)需要建立大量LMU,投資較大。現(xiàn)有GSM網(wǎng)要實現(xiàn)同步還需進(jìn)行改造;
•業(yè)務(wù)量大時網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)增加。當(dāng)定位需求增多時,手機(jī)需頻繁強(qiáng)制執(zhí)行切換命令,使GSM網(wǎng)的
信令傳輸量增加。
3.2 E-OTD
(1)優(yōu)點
•LMU數(shù)量遠(yuǎn)少于 TOA方式,可減少網(wǎng)絡(luò)初始投資;
•不需要增加手機(jī)的額外費用?,F(xiàn)有手機(jī)無需增加硬件模塊和附件,只需要進(jìn)行軟件更新。
(2)缺點
•現(xiàn)有手機(jī)不能適用于E-OTD定位方式,需要更新軟件或全部替換;
•精度低。由于同時受RTD和幾何距離參數(shù)的影響,定位精度較低。此外,多徑效應(yīng)將影響
定位精度(尤其是城市區(qū)域)。
3.3 A-GPS
(1)優(yōu)點
•網(wǎng)絡(luò)改動少。GSM網(wǎng)基本不用增加其它設(shè)備,無需建立LMU。網(wǎng)絡(luò)投資少,將受 GSM網(wǎng)運營
商的青睞;
•定位精度高。由于采用了GPS系統(tǒng),定位精度較高,理論上可達(dá)到5~10m。
(2)缺點
•需更換手機(jī)?,F(xiàn)有手機(jī)均不能實現(xiàn)A-GPS定位方式,必須更換;
•手機(jī)成本、體積和功率增加。手機(jī)中增加GP S定位功能,則必須增加相應(yīng)的硬件,致使手
機(jī)成本增加。增加GPS的功能后,必然會增加功耗和體積。
•安全風(fēng)險。由于GPS受美國政府控制,存在一定的安全風(fēng)險。某些領(lǐng)域(如軍事、國家安
全等)的定位應(yīng)用應(yīng)避免選用A-GPS定位方式。本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/156470.htm
評論