GSM手机定位技术
【文章摘要】GSM手机定位方式通常可分为基于网络方式和基于终端方式两种。从技术上可分为到达时间 （TOA）、增强测量时间差（E－OTD）和GPS辅助（A－GPS）3种方式。
GSM手机定位方式通常可分为基于网络方式和基于终端方式两种。从技术上可分为到达时间 （TOA）、增强测量时间差（E－OTD）和GPS辅助（A－GPS）3种方式。
1、TOA定位技术
TOA定位方式可在现有的任何手机上实现，手机无需作任何改动。
具体实现步骤：
（1）要定位的手机发出一已知信号，三个或多于三个LMU同时接收该信号，已知信号是手机执行异步切换时发 出的接入突发信号；
（2）各LMU得到信号到达时的绝对GPS时间后，可得到相对时间差（RTD）；
（3）根据前两步的信息，SMLC进行两两比较，计算突发信号到达时间差（TDOA），得出精确位置， 并回到应用中。要通过三角计算得出手机精确位置，必须知道另外两个参数：LMU的地理位置和各 LMU之间的时间偏移量。例如各LMU必须提供的绝对GPS时间，或在已知位置的地点放置参考LMU可得到实际时间差（RTD）参数。
LMU用接入突发信号确定TOA。当定位请求发出时，LMU被选定，且配置正确的频率，以便接收 接入突发信号。此时，手机在业务信道（可能会处于跳频方式）上，以特定功率发送达70个接入脉 冲（时长320ms）。各LMU通过多种方式实现和改善TOA的测量结果。利用收到的突发信号可提高测 量成功概率和测量精度。采用分集技术（如天线分集和跳频），可降低多径效应的影响，提高测量 精度。当某个应用需要知晓手机位置时，该应用向SMLC发出请求，同时告知手机号码和定位精度 要 求。被测量的TOA参数及其误差值一同被采集并发送到SMLC，根据该数据，SMLC可计算出应用所需 要的手机位置，再将位置信息和误差范围发送回应用。
TOA定位方式需要附加硬件（LMU），以达到精确计算突发信号到达时间的目的。实现方式有 多 种：LMU既可集成在BTS内，也可作为单独设备。LMU作为单独设备时，既可有单独的天线，也可与 BTS共享天线，通过空中接口实现网络间通信。
2、E－OTD定位技术
E－OTD定位方式是从测量时间差（OTD）发展而来的，OTD指测量所得的时间量，E－OTD指测 量 的方式。手机无需附加任何硬件便可得到测量结果。对于同步网，手机测量几个BTS信号的相对到 达时间；对于非同步网，信号同时还需要被一个位置已知的LMU接收。确定了BTS到手机的信号传输时间，则可确定BTS与手机之间的几何距离，然后再根据此距离进行计算，最终确定手机的位置。
实现步骤如下：
1) 手机收到各基站发来信号，得到TOA参数；LMU得到RTD参数；
2) 手机将TOA和RTD参数 传送到GSM网。
3) OTD测量需要用同步、标准且模拟的脉冲。当BTS发送的帧未被同步时，网络需要测量BTS之间 的RTD。为了进行精确的三角测量，OTD测量和RTD测量（非同步BTS时）均需要3个BTS。获得OTD 参 数后，手机位置既可在网络中计算，也可在终端计算（要求手机具备各种必要信息）。前者称为手 机辅助方式，后者称为手机自主方式。
通过手机或网络中的位置计算功能模块，实现位置计算。
3、A－GPS原理
GPS辅助定位方式实现步骤如下：GSM网收到GPS辅助信息；GSM网将辅助信息发送到手机；手机得到GPS信息，计算并得出自身精确位置；手机将位置信息发送到GSM网。
该方式有手机辅助方式和手机自主方式两种：
（1）手机辅助GPS定位方式
这种解决方案是将传统GPS接收器的大部分功能转移到网络处理器上实现。该方式需要天线、 RF单元和数据处理器等设备。GSM网向手机发送一串极短的辅助信息，包括时间、可视卫星清单、卫星信号多普勒参数和码相位搜索窗口。这些参数有助于内置GP S模块减少GPS信号获得时间。辅 助数据来自经手机GPS模块处理后产生的伪距离数据，且可持续数分钟。收到这些伪距离数据后， 相应的网络处理器或定位服务器能大致估算出手机的位置。GSM网增加必要的修正后，可提高定位精度。
（2）手机自主GPS定位方式
这种手机包含一个全功能的GPS接收器，具有（1）方式中手机的所有功能，再加上卫星位置 和手机位置计算功能。运算开始时，需要的数据比手机辅助方式要多，这些数据能够持续4小时以 上或根据需要进行更新，通常包括时间、参考位置、卫星星历和时间校验参数等。如果某些应用 需要更高的精度，则必须持续（间隔约30s）向手机发差分GPS（DGPS）信号。DGPS信号在非常宽 的地域范围有效，以一个参考接收器为中心可服务于较宽的地域范围。最终位置信息由手机本身 计算得到，若需 要，此定位信息可发送到其它任何应用中。
1、TOA定位技术
TOA定位方式可在现有的任何手机上实现，手机无需作任何改动。
具体实现步骤：
（1）要定位的手机发出一已知信号，三个或多于三个LMU同时接收该信号，已知信号是手机执行异步切换时发 出的接入突发信号；
（2）各LMU得到信号到达时的绝对GPS时间后，可得到相对时间差（RTD）；
（3）根据前两步的信息，SMLC进行两两比较，计算突发信号到达时间差（TDOA），得出精确位置， 并回到应用中。要通过三角计算得出手机精确位置，必须知道另外两个参数：LMU的地理位置和各 LMU之间的时间偏移量。例如各LMU必须提供的绝对GPS时间，或在已知位置的地点放置参考LMU可得到实际时间差（RTD）参数。
LMU用接入突发信号确定TOA。当定位请求发出时，LMU被选定，且配置正确的频率，以便接收 接入突发信号。此时，手机在业务信道（可能会处于跳频方式）上，以特定功率发送达70个接入脉 冲（时长320ms）。各LMU通过多种方式实现和改善TOA的测量结果。利用收到的突发信号可提高测 量成功概率和测量精度。采用分集技术（如天线分集和跳频），可降低多径效应的影响，提高测量 精度。当某个应用需要知晓手机位置时，该应用向SMLC发出请求，同时告知手机号码和定位精度 要 求。被测量的TOA参数及其误差值一同被采集并发送到SMLC，根据该数据，SMLC可计算出应用所需 要的手机位置，再将位置信息和误差范围发送回应用。
TOA定位方式需要附加硬件（LMU），以达到精确计算突发信号到达时间的目的。实现方式有 多 种：LMU既可集成在BTS内，也可作为单独设备。LMU作为单独设备时，既可有单独的天线，也可与 BTS共享天线，通过空中接口实现网络间通信。
2、E－OTD定位技术
E－OTD定位方式是从测量时间差（OTD）发展而来的，OTD指测量所得的时间量，E－OTD指测 量 的方式。手机无需附加任何硬件便可得到测量结果。对于同步网，手机测量几个BTS信号的相对到 达时间；对于非同步网，信号同时还需要被一个位置已知的LMU接收。确定了BTS到手机的信号传输时间，则可确定BTS与手机之间的几何距离，然后再根据此距离进行计算，最终确定手机的位置。
实现步骤如下：
1) 手机收到各基站发来信号，得到TOA参数；LMU得到RTD参数；
2) 手机将TOA和RTD参数 传送到GSM网。
3) OTD测量需要用同步、标准且模拟的脉冲。当BTS发送的帧未被同步时，网络需要测量BTS之间 的RTD。为了进行精确的三角测量，OTD测量和RTD测量（非同步BTS时）均需要3个BTS。获得OTD 参 数后，手机位置既可在网络中计算，也可在终端计算（要求手机具备各种必要信息）。前者称为手 机辅助方式，后者称为手机自主方式。
通过手机或网络中的位置计算功能模块，实现位置计算。
3、A－GPS原理
GPS辅助定位方式实现步骤如下：GSM网收到GPS辅助信息；GSM网将辅助信息发送到手机；手机得到GPS信息，计算并得出自身精确位置；手机将位置信息发送到GSM网。
该方式有手机辅助方式和手机自主方式两种：
（1）手机辅助GPS定位方式
这种解决方案是将传统GPS接收器的大部分功能转移到网络处理器上实现。该方式需要天线、 RF单元和数据处理器等设备。GSM网向手机发送一串极短的辅助信息，包括时间、可视卫星清单、卫星信号多普勒参数和码相位搜索窗口。这些参数有助于内置GP S模块减少GPS信号获得时间。辅 助数据来自经手机GPS模块处理后产生的伪距离数据，且可持续数分钟。收到这些伪距离数据后， 相应的网络处理器或定位服务器能大致估算出手机的位置。GSM网增加必要的修正后，可提高定位精度。
（2）手机自主GPS定位方式
这种手机包含一个全功能的GPS接收器，具有（1）方式中手机的所有功能，再加上卫星位置 和手机位置计算功能。运算开始时，需要的数据比手机辅助方式要多，这些数据能够持续4小时以 上或根据需要进行更新，通常包括时间、参考位置、卫星星历和时间校验参数等。如果某些应用 需要更高的精度，则必须持续（间隔约30s）向手机发差分GPS（DGPS）信号。DGPS信号在非常宽 的地域范围有效，以一个参考接收器为中心可服务于较宽的地域范围。最终位置信息由手机本身 计算得到，若需 要，此定位信息可发送到其它任何应用中。
责任编辑：李哲
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