ＷＣＤＭＡ位置服務平臺建設策略

Construction Strategy of WCDMA Location Service Platform

摘要：WCDMA規范中主要有3種定位技術：基于小區識別(CELLID)的定位技術、可觀測不同到達時間(OTDOA)定位技術和網絡輔助的全球定位系統(GPS)定位技術?；贑ELLID的定位方法可以在定位精度要求較低時使用；OTDOA方法可以在定位精度要求較高并且終端和網絡無GPS接收裝置時使用；而基于應用層的全球定位系統(A-GPS)定位方法則適宜定位精度要求高且終端和網絡有GPS接收裝置時使用。在WCDMA發展初期，位置服務平臺的建設應考慮2G/3G混合組網的實際情況，平臺應能同時支持2G和3G用戶，技術上應能夠支持A-GPS定位技術。

關鍵詞:定位技術；位置服務；基于應用層的全球定位系統

Abstract:There are 3 positioning technologies in the WCDMA norms. One is the cell ID-based technology， another is the Observed Time Difference of Arrival (OTDOA) technology， and the third is the network-assisted Global Positioning System (GPS) technology. The positioning technology based on cell ID is used for low precision. The OTDOA method is used for a higher precision and with no GPS receiving devices. The Assisted GPS (A-GPS) method is fit for high precision and with GPS receiving devices. In the initial stage of WCDMA development， the current mixed 2G/3G network situation should be considered in the construction of location service platforms. The platform is required to support both 2G and 3G network users and it should also be able to support the Assisted GPS positioning technology based on the application layer.

Key words:positioning technology; location service;application-layer-based GPS

位置服務業務是指通過移動通信網絡為移動終端用戶提供的與位置相關的服務的一種增值業務。通常所說的位置服務是指與定位相關的業務，即通過移動通信網絡獲取移動終端用戶的位置信息(經緯度坐標)，在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應服務的增值業務^[1]。

1 WCDMA定位技術介紹

WCDMA R99規范中定義了3種定位技術：基于小區識別(CELLID)的定位技術、可觀測不同到達時間(OTDOA)定位技術和網絡輔助的全球定位系統(GPS)定位技術，下面分別對幾種技術進行介紹。

(1)基于CELLID的定位技術

這是一種最基本的定位方法，適用于所有的蜂窩網絡。它不需要移動臺提供任何定位測量信息，也無須對現網進行改動，只需要在網絡側增加簡單的定位流程處理即可，因而最容易實現，目前這種定位技術已經在各移動網絡中廣泛使用。

由于CELLID定位不需要移動臺的定位測量，并且空中接口的定位信令傳輸很少，所以定位響應時間較短，一般在3 s以內。

(2)OTDOA技術

OTDOA是一種應用于3G網絡下的定位方式。在全球移動通信系統(GSM)網絡中也有類似的定位方法，稱為增強可觀測不同到達時間(E-OTD)。

這種定位方法的基本原理是：移動臺測量不同基站的下行導頻信號，得到不同基站下行導頻的到達時刻(TOA)，即所謂的導頻相位測量。根據該測量結果并結合基站的坐標，采用合適的位置估計算法，就能夠計算出移動臺的位置。

使用這種方法，需要移動臺所測量的基站同時發出下行導頻信號。因此，網絡中的所有基站必須實現時間同步。一般可通過在基站安裝GPS接收機或連接到時間同步網來實現基站的同步。

OTDOA的定位精度相比CELLID方法要高，但它的精度受到環境的影響，在郊區和農村可以將移動臺定位在10～20 m范圍內；在城區由于高大建筑物較多，電波傳播環境不好，信號很難直接從基站到達移動臺，一般要經過折射或反射，下行導頻信號的TOA也就出現了誤差，因此定位精度會受到影響，定位范圍約100～200 m。一般情況下OTDOA定位響應時間約在3～6 s左右。

(3)網絡輔助的GPS定位

基于應用層的全球定位系統(A-GPS)是網絡輔助的GPS定位。這種方法需要網絡和移動臺都能夠接收GPS信息。它的基本原理是：網絡向移動臺提供輔助GPS信息，包括GPS偽距測量的輔助信息(例如GPS捕獲輔助信息、GPS定位輔助信息、GPS靈敏度輔助信息、GPS衛星工作狀況信息等)和移動臺位置計算的輔助信息(如GPS歷書以及修正數據、GPS星歷、GPS導航電文等)，利用這些信息，移動臺可以很快地捕獲衛星信號，并接收到測量信息，然后將測量信息發送給網絡中的定位服務中心，由它計算出移動臺當前所處的位置。由于位置計算是在網絡完成的，移動臺的GPS接收實現復雜度大大降低，并能夠降低功耗。

在開闊的環境中，如城郊或鄉村，多徑和遮擋是可以忽略的，A-GPS的定位精度能夠達到10 m左右甚至更優；如果移動臺處于城區環境，無遮擋并且多徑不嚴重，定位精度將在30～70 m左右；如果移動臺在室內或其他多徑和遮擋嚴重的區域，此時移動臺難以捕獲到足夠的衛星信號，A-GPS將無法完成定位，這是它的最大局限性。

與前兩種定位技術相比，A-GPS定位方法的響應時間稍長，在冷啟動情況下，A-GPS的定位響應時間為10～30 s；正常工作狀態下，響應時間為3～10 s左右。

表1所列為各種定位方式的技術，由表1可以看出基于CELLID和基于應用層A-GPS的定位方式無需對現有網絡改造就能夠提供位置服務。CELLID定位方式與其他技術相比，其精度較低，定位精度取決于小區的大小。由于在城市中小區較小，精度已經足以提供信息服務了。CELLID的最大優點是它確定位置信息的響應時間十分快(3 s左右)，而且不用對手機和網絡進行升級就可以直接向現網用戶提供各種基于位置的服務。

而基于應用層的A-GPS定位方式盡管不需要對現有網絡作改動，但是需要終端對GPS的支持。隨著支持A-GPS的商用終端的推出，基于應用層的GPS定位方式由于其定位精度高，越來越受到運營商的青瞇。

表1所列的各種定位技術，可以在不同情況下使用：基于CELLID的定位方法可以在定位精度要求較低時使用，OTDOA方法可以在定位精度要求較高并且終端和網絡無GPS接收裝置時使用，而A-GPS定位方法則適宜定位精度要求高且終端和網絡有GPS接收裝置時使用。另外，這幾種方法可以混合使用，以彌補彼此的不足。例如同時使用CELLID和OTDOA技術，就可以在農村和密集城區多獲得較好的定位效果。在寬帶碼分多址(WCDMA)網絡商用初期，多數終端沒有GPS設備，而且位置服務(LCS)業務種類不豐富，網絡將主要利用前兩種方法提供定位業務。隨著網絡的發展和成熟，A-GPS定位技術的應用將會有所增加，網絡將同時使用多種定位技術在不同情況下為不同的應用和不同的用戶提供LCS服務。

2 WCDMA定位系統網絡結構

3GPP規定的實現LCS業務的網絡結構如圖1所示，無線接入網側的LCS功能實體是位置測量單元(LMU)和服務移動位置中心(SMLC)，其中LMU可以單獨設置或與在節點B(NodeB)合設，SMLC可以是單獨設備或作為無線網絡控制器(RNC)的一個功能塊和RNC在一起，取決于廠家的實現方式。核心網側的LCS功能實體主要是網關移動位置中心(GMLC)，作為LCS服務器，它與LCS客戶機(LCS Client)相連；其他核心網網元歸屬位置寄存器(HLR)、移動交換中心/移動交換中心服務器(MSC/MSC Service)、業務控制點(SCP)和服務通用分組無線業務支持節點(SGSN)需要具有支持位置業務的能力。

上述功能實體各負其責，LMU負責無線信號測量，其結果供SMLC計算位置信息使用；SMLC根據業務的服務質量(QoS)選擇適當的定位技術，并將用戶設備(UE)的位置信息以經緯度的形式通過電路域的移動交換中心(MSC)或分組域的SGSN送到GMLC；GMLC是外部應用獲取UE位置信息的網關，其功能包括對用戶以及客戶端的鑒權、授權，將SMLC送來的經緯度的位置信息轉換為地理坐標，對客戶端和用戶的計費，接受客戶端的請求并作出相應的響應等。

LCS客戶端是為了獲取移動臺位置信息而與LCS服務器進行交互的功能實體，它可以在移動網內實體上，也可以在移動網絡外部，一般情況LCS客戶是網絡運營商或其他第三方提供的位置相關應用，它可以通過兩種方式接入到GMLC，一種是通過采用移動定位協議(MLP)的Le接口接入，MLP是開放移動聯盟(OMA)推薦的GMLC和具體應用之間的協議；另一種接入方式是通過開放式業務架構(OSA)提供的標準的應用編程接口(API)接口接入，這種方式是分層次網絡發展的趨勢，但目前統一業務平臺建設還有一定難度，OSA API協議也有待完善，因此這種方式不如前一種方法易于實現。

根據不同應用的需要，LCS客戶端可以向GMLC發出兩種位置請求，即時位置請求(LIR)和延時位置請求(LDR)，其中包括目標UE的信息、客戶端的信息、業務類型以及QoS等業務相關信息。相應的GMLC將回復即時響應、延時響應消息，其中包含目標UE的地理坐標，LCS客戶端根據這個結果提供不同應用。

WCDMA系統支持對漫游用戶的位置業務，它是通過GMLC和HLR之間的Lh接口以及GMLC之間的Lr接口來實現的，簡單來說，當客戶端向接受請求的GMLC(R-GMLC)提出請求后，R-GMLC通過Lh和Lr接口找到歸屬GMLC(H-GMLC)和拜訪GMLC(V-GMLC)，并將位置請求轉到V-GMLC，由拜訪網絡對漫游用戶進行定位，然后將返回結果經R-GMLC送到客戶端。

3 對位置服務平臺建設的考慮

在WCDMA網絡中，為了實現CELLID定位業務需在網絡側增加SMLC和GMLC兩個網絡實體，GMLC是WCDMA網絡中提供移動位置業務的核心實體，其可以是單獨的物理設備，也可以集成在MSC中來實現。SMLC功能是集成在RNC中的，由RNC對各種位置信息進行收集和計算，并把位置評估的結果通過Iu接口向MSC報告。

位置服務平臺與GSM/WCDMA網絡設備之間交互信息的承載可通過7號信令網實現，由于信令網在2G、3G網絡中可以共用，因此，為了實現對3G用戶的定位業務，需要各地市新增的RNC、MSC、HLR、GMSC軟件從功能上支持3GPP TS23.171(R99)規定的定位業務操作方式，同時也需要對LSP進行軟件升級，增加相應的業務處理和管理模塊，用以支持能夠從3G GMLC獲得位置信息，并以標準格式發送給相應的服務提供商/內容提供商(SP/CP)。因此可以維持現有基于位置的服務業務平臺(LSP)結構不變，同時在2G、3G網絡中共用。通用數據存放在數據業務管理平臺(DSMP)，特性數據存放在LSP業務平臺?；谖恢玫姆?LBS)系統混合組網結構如圖2所示。

目前實現位置業務時，GMLC需要通過短消息中心來通知用戶正在被定位，用戶使用特殊格式的短消息返回短消息中心響應，短消息再將響應返回GMLC，響應中指示允許定位還是不允許。如果允許定位，則繼續定位，如果不允許，則返回SP失敗。3GPP規定的幾類標準的位置業務如表2所示。

在標準化的應用中，基于位置的信息服務是比較典型的位置業務，也是比較容易實現的業務。目前這類業務的業務請求和響應都是以短消息的方式實現的，在2.5G網絡中，已經有一些簡單的應用，例如查找某個終端的位置，附近的飯店、銀行、加油站等。在WCDMA系統中，由于網絡承載能力的提高、終端顯示的改進，位置業務信息將不局限于文本形式，圖像、文本、聲音以及媒體流等都可能成為信息載體，這不僅使信息提供更準確，也將吸引更多的用戶使用位置業務。

作為一項有廣闊發展前景的業務，移動運營商在進行位置服務系統的建設時應遵循各集團公司統一制訂的技術規范，同時結合技術發展趨勢和現網條件，以用戶需求為基礎，針對企業級應用和個人定位應用不同的定位要求選擇相應的技術，以滿足企業級用戶和個人用戶的多樣性需求；同時應該保證應用平臺的開放性和通用性，這樣就能充分調動第三方應用開發商和內容提供商的創造性和資源，不斷推出滿足消費者需要的新型定位增值業務，鞏固運營商的差異競爭優勢，提高用戶忠誠度。

目前移動運營商已經基于GSM網絡建設了LBS位置服務平臺，多數采用基于CELLID(ATI)的定位技術，業務覆蓋省內各地市個人和部分行業用戶。但是現有的位置服務平臺無論從容量上還是功能上都不能滿足3G網絡建設后業務發展的需求，因此應根據市場需要和技術演進趨勢對定位平臺系統增加新的網元并進行軟件升級，使其同時支持2G和3G用戶。

如果3G初期定位業務發展良好，可考慮新建一套定位業務系統，主要為3G用戶提供高精度定位服務，系統應能夠支持A-GPS定位技術，同時如果初期3G用戶業務量較小，新建設的定位平臺也可以考慮同時為2G用戶提供服務。系統硬件處理能力可以按照滿足未來2年峰值處理能力進行建設，軟件可以較小，隨著業務的發展，可以方便地進行軟硬件垂直或水平擴容。

在業務的推廣過程中，除了不斷引入實力強、內容豐富的SP/CP外，移動運營商還需要根據技術手段的發展，不斷完善業務管理、業務流程，加強設備的客戶化能力，規避對客戶隱私權侵犯的風險。

總之，隨著3G網絡的商用進程的加快，位置服務作為特有的與移動性相關的業務，將可以依托WCDMA網絡的寬帶、高速的特性，給行業集團客戶提供一個新的有效的選擇，給個人用戶提供相關的娛樂應用和帶來極大的便利，必將深入滲透到全社會的方方面面，給人們提供豐富多彩的應用。

4 參考文獻

[1] 余暉， 邢燕霞. WCDMA網絡中的位置業務[R]. 北京:中國電信集團北京研究院， 2003.

收稿日期：2006-07-15

作者簡介

劉超清，畢業于北京郵電大學。京移通信設計院有限公司第4設計所項目經理，主要從事IP數據網絡和移動數據業務平臺項目的工程設計和規劃工作。已發表論文5篇。