CDMA移动定位技术及其精度分析

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摘要　本文在介绍CDMA网络定位技术的基础上，分析了CDMA网络不同硬件对定位精度的影响，并给出了解决方法。
关键词　CDMA　位置业务　GPS
1、引言
　　随着移动通信网络逐渐从第二代向第三代演进，CDMA系统依靠其大容量、高速率等特点为越来越多的移动运营商所青睐，中国联通所使用的cdma1x系统就是其中之一。时至今日，移动通信网络提供给用户的不仅仅是简单的语音通信服务，在经历短消息服务的巨大变革之后，移动运营商相继推出了越来越多的移动增值业务：WAP、位置业务、流媒体等。
　　现有的CDMA移动通信网络部署初衷是完成语音通信功能，并没有充分考虑到以后会出现的各种增值业务，导致一些移动增值业务在发展过程中受到网络性能的制约。位置业务作为CDMA移动增值业务的亮点之一，其定位精度就受到了移动网络部件的影响。
2、CDMA移动定位简介
　　移动位置业务(Location Based Services-LBS)，是移动通信网所提供的一种新型的增值业务。该业务通过无线定位技术来获得移动台的位置信息(经纬度、移动速度等)，提供给用户本人、移动通讯网络或者其它外部实体，实现各种与位置相关的业务。
　　位置业务是CDMA系统的特色业务之一。它利用了CDMA系统的几个关键特性，包括由网络提供GPS信息、利用码片时延来确定距离等，这些都是CDMA系统独有的优势。
　　(1)定位算法
　　●三边定位算法：是把用户当前所在位置定义为一个未知点，通过确定三个(也可以用三个以上来提高精度)地理位置已知点，把这些已知点到达未知点的距离作为参数并且获得这些参数。以每个已知点为圆心，通过以这个已知点到达未知点(用户位置)的距离为半径画圆，求得这些圆的交点即为唯一确定的用户位置。采用这种算法最重要的两点就是确定已知点的地理位置和计算出已知点到达未知点的距离。
　　●基于无线信号强度匹配算法：首先采集某地区的无线场强数据，当用户在该地定位时，将用户接收到的场强参数和数据库中以往采集的数据相匹配，确定相关性最大的点为用户位置。
　　(2)定位技术
　　CDMA网络采取的定位技术主要有以下几种：
　　●Cell ID定位技术：根据CDMA蜂窝小区概念，由网络侧获取用户当前所在的Cell信息，然后根据用户上报的自身所处小区号等参数，获取用户当前位置。一般采用的方法是将用户所处小区的中心点位置估算为用户当前位置。
　　●AGPS定位技术：获取GPS卫星信号作为定位算法计算参数，确定用户位置的定位技术。用户将GPS卫星作为地理位置已知点，把获得的GPS伪距作为已知点到达未知点的距离来计算自身地理位置。
　　●AFLT定位技术：使用用户接收到的CDMA基站信号来作为参数计算用户位置的定位技术。CDMA网络中，用户的导频集中有多个基站导频信号，只要用户可以接收到3个或者3个以上的基站信号，就可以把这些基站作为地理位置已知点，把由基站信号到达时间计算出来的信号传播距离作为已知点到未知点的距离，根据三边定位算法确定用户位置。
　　●混合定位技术：混合定位技术同时使用GPS卫星信号和CDMA基站信号参与计算用户位置。
3、影响CDMA定位精度的要素概述
　　根据以上介绍的CDMA定位算法和定位技术，可见很多因素都有可能影响到定位精度：
　　(1)环境因素：定位算法普遍采取的参数如GPS信号、基站信号都是通过无线信道传输，无线信道时变的传输特性在一定程度上会影响信号传输。例如天气因素，大气层折射等因素会严重影响GPS卫星信号的传输；多径传播和非视距传播等因素会严重影响基站信号的到达。
　　(2)算法因素：根据三边算法，需要获得已知点到达未知点的距离，往往这种距离是根据测量已知点发出信号到达未知点的时间，然后用这个时间乘以光速来获取。在获得距离以后，根据画圆获取交点确定为用户位置。由于接收到无线信号的不稳定性和将信号到达时间转化为信号传播距离并且用信号传播距离代替两点间直线距离的不准确性，会导致计算出来的已知点到达未知点距离并不是正确的两点间直线距离。进行三边计算时会出现几个圆没有交点或者有多于一个交点的情况，会在一定程度上影响定位精度。
　　(3)硬件因素：在计算位置时要用到基站信号和GPS卫星信号，还要用到固定点的地理位置，所以如果作为地理位置已知点的基站、GPS卫星的位置存在偏差，会引入误差。移动网络部件对定位精度的影响就属于硬件因素。
　　(4)其它因素：各种噪声和硬件对于无线信号的处理时间、信号在硬件中的传输时间等同样都会影响定位精度。
4、移动网络部件对定位精度的影响
　　移动网络设计的最初目的是完成语音通信功能，在设计和规划移动网络部件初期并没有充分考虑到对以后出现的增值服务的支持，例如对位置业务的支持。现有移动通信网络中实现位置业务出现了一些问题，某些移动网络部件的使用会降低定位精度。
　　虽然CDMA信号和GPS信号的不准确都有可能降低定位精度，但是与CDMA基站信号相比，GPS卫星信号相当稳定，而且GPS卫星并不属于移动运营商可以控制的部件，所以在这篇文章中不作进一步的探讨。Cell ID定位技术不使用三边定位算法，它一般只是把用户所处小区中心位置作为用户位置，而且它本身就是一个相对低精度的定位技术，受到网络部件影响不大。以下主要讨论基于三边定位算法的AFLT定位技术、AGPS定位技术、混合定位技术等受到移动网络部件因素的影响和解决方案。
　　(1)基站
　　采用AFLT定位技术和混合定位技术都要用到基站数据，具体的方法就是将参与位置计算的基站作为地理位置已知点处理，在位置计算过程中需要用到准确的基站地理位置经纬度信息。移动运营商需要有一个庞大的基站地理位置信息库，其中包含所有可能用于位置计算的基站的信息。
　　在移动运营商的众多基站中，只要有任何一个地理位置改变，或者任何一个基站的地理位置在基站数据库中不正确，都会影响到附近用户的位置计算，导致定位精度下降。然而由于当前CDMA网络的复杂性，移动运营商几乎每天都需要对网络进行优化，基站位置的改变、新基站的开通、旧基站的废弃等情况经常发生。
　　这种问题较好的解决方法是移动运营商一定要在建立完整可靠的基站数据库的基础上，保证对其及时更新，改变网络优化只是关注覆盖和容量等问题的概念，必须注意到任何对基站数据的修改都可能会影响到定位系统精度这个问题。
　　(2)移动通信车
　　当前移动网络中，存在相当多使用移动通信车的情况，比如当某地要举行大型集会，出现当地移动网络资源缺乏，就要使用移动通信车来弥补。但是根据三边定位算法的原理，一旦用户使用移动通信车的信号参与位置计算，而网络不知道移动通信车的准确位置，会导致定位精度下降甚至无法获得定位结果。所以这种现网中较普遍出现的用移动通信车增加覆盖、增加容量的方式，虽然有优化当地无线网络的优点，却也相应存在着降低当地定位精度的缺点。
　　这种情况较好的解决方法是：保证移动通信车在抵达目的地后不会频繁的变更位置，并且立刻派遣维护人员精确确定出当前移动通讯车停放的地理位置并及时更新基站数据库，将新开通的移动通信车地理位置信息加进基站数据库；当通信车停止使用时，同样更新基站数据库，将移动通信车的位置信息从其中删除。
　　(3)直放站
　　现网中普遍使用直放站的目的是增加覆盖范围、减少覆盖盲区等，由于直放站价格比较低廉，布置方便、灵活而得到了广泛的应用。但是CDMA网络中直放站的使用并没有充分考虑到对定位系统的影响。直放站一般通过光纤和所归属的基站相连，由于没有属于自身的标识，它发射的信号中所使用的是与其相连的基站信号标识，所以当用户接收到这种信号后，并没有办法区分出这个信号是由直放站发射出来的还是由直放站所归属的基站发射出来的。
　　根据以上对直放站工作原理的分析和三边定位算法，可见由于直放站的使用而带来的这种用户对于接收信号来源模糊的问题虽然不会影响通信性能，却会严重影响定位性能。因为用户对于接收信号来源的模糊，会导致定位精度下降。幸好直放站多数是在室外使用，尤其是使用在郊区用来增加信号覆盖范围，而这种地区一般较开阔，相对容易获得GPS信号，所以定位时并不经常需要无线信号辅助。
　　使用直放站这个问题，当前采取的解决方法是在基站数据库中作出标识，如果发现用户在位置计算中使用到了有下属直放站的基站信号，那么会判定这个基站信号不可用，这种解决方法导致定位精度下降甚至有些时候无法取得定位结果。虽然这个解决方法比较消极，但是当前还没有切实可行的更好的解决方法。采用对直放站作出标识的方法可以轻易解决这个问题，但需要修改CDMA的规范。在对现网最小改动的前提下，提出以下几种解决思路：
　　●模糊匹配思路：终端接收到无线信号后，将此信号传送给网络，由网络侧判断是基站信号还是直放站信号(在终端处理能力较强的情况下，也可由终端判断)。如果判断结果是基站信号，那么直接进行位置计算，否则通过特殊算法消除直放站带来的影响。
　　●直放站发射特殊信号思路：由直放站发射一种特殊信号，当终端发现收到这种特殊信号后，即知道是直放站所发射信号，在定位计算中作出对此信号的特殊处理。这种实现方法需要对终端和直放站作出改动，实现较困难。
5、结束语
　　由于CDMA移动网络的特殊性和CDMA移动定位算法的特殊性，导致定位精度波动较大，而且很容易受到外界因素的影响而降低精度，本文讨论了由于不同硬件的使用会导致定位精度下降的问题，但毕竟现有的移动网络首先要保证的是基本业务通信性能的良好，因此增值业务只有在现有网络的基础上谋求自身的发展壮大。目前位置业务是移动运营商力推的杀手锏业务，而重要的技术保证就是定位精度问题，所以文中所讨论的问题是移动运营商必须关注并需解决的问题。