基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的原理及應(yīng)用

王曉 李卓琳 錢(qián)阿朝

摘 要：隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展和普及，基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)越來(lái)越來(lái)越受到人們的普遍重視，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ幕ヂ?lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)之一。本文通過(guò)對(duì)基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的基本原理和應(yīng)用的分析介紹，系統(tǒng)地描述了該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，展現(xiàn)出了該技術(shù)廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)通信 無(wú)線(xiàn)定位技術(shù) 移動(dòng)臺(tái) 定位系統(tǒng)

引 言

無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)電波的傳輸時(shí)間、相位、到達(dá)角等參數(shù)的測(cè)量分析，結(jié)合特定的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)的定位、追蹤和位置監(jiān)測(cè)。目前來(lái)說(shuō)，位置服務(wù)可以說(shuō)是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵信息服務(wù)之一，有著廣闊的發(fā)展前景，正逐漸應(yīng)用于我們生活的方方面面。無(wú)論我們身在何處，通過(guò)全球覆蓋的通信和定位系統(tǒng)可以快速獲取被測(cè)目標(biāo)的相關(guān)信息，因此，無(wú)線(xiàn)定位在醫(yī)療監(jiān)護(hù)、資產(chǎn)管理、物流等方面都有著十分重要的意義。

一、無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的原理

1996年美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）頒布了E-911法規(guī)，要求移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商必須為移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)發(fā)出的緊急呼叫提供精度不大于125m的定位服務(wù)，并在之后1999年，對(duì)此服務(wù)的要求進(jìn)一步提高。這些法規(guī)有效促進(jìn)了移動(dòng)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)定位及相關(guān)服務(wù)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展普及，同時(shí)推動(dòng)了新型技術(shù)的研究進(jìn)步。接下來(lái)，我們就對(duì)無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的四大方法原理進(jìn)行分析，進(jìn)一步全方面的認(rèn)識(shí)了解基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)。

（一）SKT方法。SKT是一種執(zhí)行增值業(yè)務(wù)命令的編程語(yǔ)言，它通過(guò)為SIM卡提供了一個(gè)簡(jiǎn)潔易操作的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使得SIM卡可以順利運(yùn)行自身應(yīng)用軟件，包括其中的GPS定位等增值業(yè)務(wù)服務(wù)，同時(shí)保證手機(jī)的應(yīng)用性能。

SKT技術(shù)的應(yīng)用主要是通過(guò)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)臺(tái)，對(duì)被測(cè)目標(biāo)周邊環(huán)境及建筑的CGI碼和場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量接受并生成報(bào)告，以短消息形式發(fā)回后臺(tái)進(jìn)行分析處理。而這個(gè)數(shù)據(jù)分析過(guò)程是通過(guò)這些參數(shù)與已有數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)的對(duì)比來(lái)得到此時(shí)移動(dòng)臺(tái)的位置。但由于數(shù)據(jù)庫(kù)信息過(guò)于龐大，不能完全保證實(shí)時(shí)及時(shí)有效的更新，因此存在一定誤差。

（二）電波傳播時(shí)間定位法?；陔姴▊鞑r(shí)間的定位法即TOA（TimeOfArrival）定位，依據(jù)電磁波在空間以光速傳播這一原理計(jì)算移動(dòng)臺(tái)與接受基站之間的時(shí)間、距離，在“三位一體”——三個(gè)基站所在圓的交點(diǎn)定位移動(dòng)臺(tái)。不可避免，因?yàn)闀r(shí)間精確度會(huì)對(duì)實(shí)際位置監(jiān)測(cè)產(chǎn)生誤差，較快的電磁波帶來(lái)的是較大的誤差。為了減小誤差，新的技術(shù)——TDOA，基于多個(gè)基站接收到的電磁波的相對(duì)時(shí)間差來(lái)確定移動(dòng)臺(tái)的位置。對(duì)比SKT、TOA方法，TDOA具有更高的精確度，可以將位置范圍精確到50-125米之間。由于計(jì)算量的增加和同步GSM網(wǎng)絡(luò)代價(jià)的高昂使得這種定位方法的使用受到了較大的限制。

（三）電波入射角定位法。電波入射角實(shí)際上通俗講就是測(cè)量信號(hào)的到達(dá)角度，這就意味著我們需要有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的天線(xiàn)陣列來(lái)接受這些測(cè)量信號(hào)的到達(dá)方向、具體角度。我們通過(guò)兩個(gè)以上的基站接收到的測(cè)量方向，延伸交于一點(diǎn)，即可得到移動(dòng)臺(tái)所在位置。這種方法原理十分簡(jiǎn)單易懂，但在實(shí)際操作過(guò)程，這種定位方法要求我們得到的測(cè)量信號(hào)是在視線(xiàn)內(nèi)傳輸?shù)?，非視線(xiàn)內(nèi)傳輸無(wú)疑會(huì)帶來(lái)一些不可測(cè)量的誤差；即使是視線(xiàn)傳輸?shù)那闆r下，為了保證精確度，我們通常使用的是射頻信號(hào)的多徑技術(shù)，但這就對(duì)定位帶來(lái)了較大的干擾；除了這些，電線(xiàn)設(shè)備的分辨率、角測(cè)量誤差等因素使得這種定位方法并沒(méi)有什么實(shí)際意義，通常是與其他定位技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于較短距離，可以提高定位的精確度。

（四）混合定位法。結(jié)合以上描述，單純的移動(dòng)通信基站技術(shù)和衛(wèi)星GPS定位都存在著定位精確度不高、反應(yīng)慢等各種問(wèn)題，同時(shí)他們也有著不同的特點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)所在，因此我們考慮將兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，這就是混合定位技術(shù)?；旌隙ㄎ患夹g(shù)的測(cè)量信號(hào)是來(lái)自GPS和移動(dòng)基站兩種結(jié)構(gòu)，通過(guò)終端中GPS系統(tǒng)持續(xù)跟蹤衛(wèi)星發(fā)來(lái)的定位數(shù)據(jù)，將這些信息作為一部分輔助信息更快更精確的通過(guò)基站定位獲得的被測(cè)目標(biāo)的地理定位數(shù)據(jù)。相較其他定位方法，混合定位技術(shù)減少了衛(wèi)星接收信號(hào)后收集解碼的時(shí)間，較大程度的提高了定位系統(tǒng)的精確度，通過(guò)輔助信息數(shù)據(jù)的提供加快位置結(jié)算速度，可以說(shuō)，該技術(shù)是當(dāng)前環(huán)境技術(shù)下最適合最適宜的定位技術(shù)。

二、無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)的應(yīng)用根據(jù)實(shí)際的環(huán)境情況和不同的定位需求主要分為兩種系統(tǒng)實(shí)施方案：移動(dòng)臺(tái)自主定位和網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)定位。前者基于移動(dòng)臺(tái)終端，通過(guò)終端設(shè)備接受移動(dòng)臺(tái)的測(cè)量信號(hào)來(lái)對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行定位，這種實(shí)施方案要求所在地區(qū)環(huán)境在移動(dòng)終端信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，較低的精確度往往僅適用于手機(jī)相關(guān)增值業(yè)務(wù)的拓展；而后者是基于網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合GPS輔助定位，較快的定位被測(cè)目標(biāo)，但同樣成本較高，適用于需要高精度的定位服務(wù)。

（一）安全求助和緊急救援。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）自1996年起就不斷對(duì)網(wǎng)絡(luò)定位業(yè)務(wù)的精度提出更高的要求，使得當(dāng)用戶(hù)發(fā)出緊急救援信號(hào)后，同時(shí)將該用戶(hù)語(yǔ)音信息、位置信息發(fā)送到對(duì)應(yīng)救援中心，從而得到快速、高效的救援活動(dòng)。該應(yīng)用目前已經(jīng)覆蓋幾乎所有移動(dòng)用戶(hù)，對(duì)用戶(hù)安全提供了較高保障。

（二）追蹤技術(shù)。追蹤技術(shù)包括對(duì)汽車(chē)導(dǎo)航、天網(wǎng)系統(tǒng)、艦隊(duì)追蹤等多個(gè)方面，可以說(shuō)不動(dòng)聲色的就貫穿了我們生活的方方面面，小到隨手開(kāi)啟一輛共享單車(chē)，出門(mén)地圖導(dǎo)航，大到案件追蹤，戰(zhàn)爭(zhēng)定位等，無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)給我們的生活帶來(lái)翻天覆地的變化。

（三）手機(jī)應(yīng)用拓展。無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)與移動(dòng)通信的結(jié)合也給移動(dòng)手機(jī)用戶(hù)帶來(lái)了較大便捷，你如移動(dòng)黃頁(yè)查詢(xún)、手機(jī)防盜等。將位置信息與其他地圖信息、通信信息結(jié)合，共享數(shù)據(jù)，從而為用戶(hù)生活，違法監(jiān)管等提供便利。

三、結(jié)語(yǔ)

目前來(lái)說(shuō)，基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步發(fā)展，各種新型技術(shù)的混合研究和應(yīng)用對(duì)其發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用，通過(guò)對(duì)其各種應(yīng)用的總結(jié)概括，我們可以看到該技術(shù)帶來(lái)的基于位置信息的附加業(yè)務(wù)的市場(chǎng)潛力和商業(yè)價(jià)值仍處于起步階段，尚帶進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，從而為人們帶來(lái)更大的便利。

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作者簡(jiǎn)介：王曉，1987年8月，中國(guó)人民解放軍32152部隊(duì)。

錢(qián)阿朝，1989年1月，中國(guó)人民解放軍32152部隊(duì)。

李卓琳，1989年9月，中國(guó)人民解放軍32152部隊(duì)。