移動定位技術的發(fā)展歷程

　　如今智能手機已經(jīng)在整個社會普及，數(shù)量眾多的手機應用成為了人們生活當中不可或缺的一部分。越來越多的手機應用都用到了手機定位技術，無論是本地搜索類應用，還是各種商業(yè)信息發(fā)布類應用，更不用說眾多的交通導航類應用?？梢哉f定位服務（LBS）的應用已經(jīng)是當下最為流行的移動應用之一。

　　移動定位技術的發(fā)展經(jīng)歷了多個階段。最初的基于服務蜂窩小區(qū)的定位技術（如CELL-ID）可以快速定位，但是不夠精確。之后的基于衛(wèi)星信號的GNSS（全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)）定位技術可以精確地定位，然而由于需要搜星使初次定位時間（TTFF）過長而略顯不便。這其中用得最為廣泛的就是美國的GPS全球定位系統(tǒng)。直到后來，將兩者融合產(chǎn)生了A-GNSS（輔助GNSS）技術，手機終端首先通過移動網(wǎng)絡獲取定位輔助數(shù)據(jù)來實現(xiàn)快速搜星，然后通過GNSS信號計算出位置。相對于純粹的GNSS定位，A-GNSS能夠更快地實現(xiàn)定位，因此，它成為了最主要的移動定位解決方案。

　　然而在移動通信方面，LTE正在到來。在一些發(fā)達國家（例如美國），LTE已經(jīng)開始商用。雖然中國目前還處于3G時代，但對LTE的研究和實驗進行得如火如荼，可以說LTE已經(jīng)是大勢所趨。LTE對終端定位的要求也進一步提高。

　　3GPP LTE Release 9規(guī)范定義了3種手機定位技術：ECID、A-GNSS和OTDOA。相對來說，OTDOA是一個比較新的技術，它不需要使用GNSS信號，而是利用類似于GNSS的定位原理，通過測量兩個或更多的基站參考信號（RS）的到達時間差（RSTD），在已知各基站位置的情況下計算出手機所在位置（圖1）。

　　實際上，在WCDMA中就已經(jīng)有了OTDOA，但是WCDMA并不是一個同步系統(tǒng)。各基站之間的時鐘誤差導致部署OTDOA需要高昂的成本，因而無法商用。LTE由于是同步系統(tǒng)，有利于OTDOA的使用。由于OTDOA不依賴于GNSS信號，彌補了GNSS在室內(nèi)無法定位的缺陷，OTDOA成為了GNSS之外各運營商另一個強制要求的LTE定位技術。

　　圖1：OTDOA定位。

　　LPP定位協(xié)議

　　3GPP Release 9除定義了LTE的定位技術，還定義了一種全新的定位協(xié)議LPP（LTE定位協(xié)議）（圖2）。LPP能夠全面支持LTE中用到的定位技術（包括ECID、A-GNSS和OTDOA），它還支持A-GNSS+OTDOA的混合定位技術。

　　圖2：LPP通用定位協(xié)議。

　　基于4個球面確定一個點的原理，手機在定位時需要4個參考點。在LPP協(xié)議的支持下，在衛(wèi)星可見性較好的地區(qū)（如市郊），手機可以通過測量4顆衛(wèi)星信號進行定位；在衛(wèi)星可見性較不好的地區(qū)（如市中心），手機可以通過測量2顆可見衛(wèi)星信號及2個LTE基站信號進行定位；而在衛(wèi)星不可見的室內(nèi)，手機則通過OTDOA實現(xiàn)定位（圖3）。LPP的優(yōu)勢在于能夠保證手機終端在各種環(huán)境下都能實現(xiàn)定位。

　　圖3：LPP支持A-GNSS、OTDOA以及A-GNSS+OTDOA混合定位。

　　LPP作為通用定位通信協(xié)議，主要功能在于在網(wǎng)絡與終端之間交互定位輔助數(shù)據(jù)和定位信息。實際上它既可以在控制平面也可以在數(shù)據(jù)平面使用。相對來說，控制平面的實現(xiàn)方式需要用到專用控制信道并且會顯著地增加移動網(wǎng)絡成本，因為多個網(wǎng)元需要在軟件和硬件上升級，才能支持這些定位相關的控制平面信令。因此，用戶平面的實現(xiàn)方式更容易被用于商業(yè)應用。