移动定位技术及其应用前景
DEVEN - IT168 - 2003-5-4
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现在任何人只要拥有一部手机就可以随时随地地实现人与人之间的语音交流和数字信息交互。目前我国的移动通信正在由第二代向第三代过渡，第三代将完全过渡到数字数据通信和分组业务上来，由此推动了移动计算技术的飞速发展。移动计算技术指将有用、准确、及时的信息提供给在任何时间、任何地点需要它的任何客户。人们将通过具有移动计算功能的移动计算机、汽车、手机甚至是手表等新一代的智能化设备，随时随地利用移动数据连接所需的信息系统，获取所需的信息。人类需要的最基本信息是时间、地点和内容。而在人们的移动中，最需要的信息就是“位置信息”，特别是出现紧急情况时更需要“确切的位置信息”。
据预测，到2004年，在各种移动通信业务用户数排名中，定位业务用户数将仅次于语音业务位居第二，高于E-mail、移动电子商务、移动银行等增值业务。移动定位服务无疑代表着一个全新的商机，移动通讯领域的商家都看好这个潜力巨大的市场。
本文向大家介绍正在发展中的移动计算中最热门的领域――定位服务技术及其应用前景。
一、移动定位服务的概念
移动定位服务是指通过无线终端(如手机、PDA等)和无线网络的配合，确定移动用户的实际位置信息(经纬度坐标数据)，从而提供用户所需的与位置和方向相关的增值服务。
定位服务又叫做移动位置服务(LBS--Location Based Service)，它是通过电信移动运营商的网络(如GSM网、CDMA网)获取移动终端用户的位置信息(经纬度坐标)，在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。
移动位置服务最早是从美国开始的。早在1996年，美国联邦通信委员会(FCC)要求移动运营商为手机用户提供紧急求助服务，即提供呼叫者的位置以便及时救援，他们将这种移动位置服务
命名为E911。此后，日本、德国、法国、瑞典、芬兰等国家纷纷推出各具特色的商业化的位置服务。目前，世界许多国家都以法律的形式颁布了对移动位置服务的要求，如美国“US FCC E911”以法律的形式规定了运营商为911用户提供的定位服务精度标准，而欧盟也颁布法律，遵循“US FCC”标准，并于2003-1-1实施。
顺便提及的是，定位服务已引起人们对隐私权的关注。无线通讯公司和监管者必须研究政策允许用户在输入地址信息时，其个人隐私权受到保护。
二、几种常用的移动定位技术
目前技术上实现移动定位的方案可以划分为三大类：基于移动终端的技术方案、基于移动网络的技术方案和两者的结合。
第一类：网络独立定位
a.起源蜂窝小区COO(Cell Of Origin)定位技术
起源蜂窝小区定位技术是根据移动台所处的小区标识号ID来确定用户的位置。移动台在当前小区注册后，在系统的数据库中就会有相对应的小区ID号。只要系统能够把该小区基站设置的中心位置(在当地地图中的位置)和小区的覆盖半径广播给小区范围内的所有移动台，这些移动台就能知道自己处在什么地方，查询数据库即可获取位置信息。该定位方案的优点是无需对网络和手机进行修改，响应时间短。但它的定位精度取决于小区的半径。
b.抵达时间TOA(Time Of Arrival)定位技术
它是基于测量信号从移动台发送出去并到达消息测量单元(3个或更多基站)的时间来定位。移动台位于以基站为圆心、移动台到基站的电波传播距离为半径的圆上。通过多个基站进行计算，移动台的二维位置坐标可由3个圆的交点确定。但是，与下面要介绍的增强型观测时间差定位技术E-OTD不同的是，它没有使用位置测量单元，因此，必须通过与在基站上安装了全球卫星定位系统(GPS)或原子钟的无线网络之间的同步来实现。
c.角度到达AOA(Arrival Of Angle)定位技术
该技术根据信号到达的角度，确定移动台相对于基站的角度关系，只要测量一个移动台距两个基站的信号到达角度，就可以确定出移动台的位置。信号到达角度测量需要定向天线，虽然理论上这种测量在基站和移动台都可以进行，但为了保证轻便性，并不适宜在移动终端上使用。角度到达定位技术是基于网络的定位方案，优点是可以在话音信道上工作，不需要高精度的系统定时。但缺点是需要复杂的天线，易出现定位盲点，实施成本较高。
d.抵达时间差异TDOA(Time Difference Of Arrival)定位技术
该定位技术是通过检测信号到达两个基站的时间差，而不是到达的绝对时间来确定移动台位置的，降低了对时间的同步要求。移动台定位于以两个基站为焦点的双曲线方程上。确定移动台的二维位置坐标需要建立两个以上双曲线方程，两条双曲线即为移动台的二维位置坐标。由于这种定位技术不要求移动台和基站之间的同步。因此在误差环境下性能相对优越，在蜂窝通信系统的定位技术中备受关注。它也是基于网络的定位方案，优点是精度较高，实现容易。缺点是为了保证定时精度，需要改造基站设备。
e.增强型观测时间差E-OTD(Enhanced-Observed Time Difference)定位技术
该技术的实现原理是：手机对服务小区基站和周围几个基站进行测量，算出测量数据之间的时间差，并用此计算用户相对于基站的位置。增强型观测时间差定位技术是基于网络的定位方案，是目前使用最多的技术，也是欧洲电信标准化组织(ETSI)建议使用的主要技术。
第二类：手机独立定位
该类技术是通过在手机内部加GPS接收机模块，并将普通手机天线换成能够接收GPS信号的多用途天线。手机接收GPS数据进行计算，确定移动台的位置信息(包括经度、纬度、速度、时间、轨迹等参数)并将结果报给移动网络。这种方法，主动权全部决定于手机，其精度与GPS一样，可达5～10米，为了保护个人的隐私权，用户可以关掉手机的GPS功能。为实现此方案需要对手机的软、硬件进行改造。
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