华为-定位业务.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课程目标,LCS具体业务介绍,LCS定位方法的基本原理,LCS的所涉及的主要概念,WCDMA中LCS主要定位方法,几类导航定位系统的简要介绍,学习完本课程，帮助您了解：,课程内容,T,第一部分 定位业务,第二部分 背景知识,第三部分 定位算法,第四部分 定位方法,第五部分 导航系统,定位业务说明,LCS,：,LoCation,Service,的简称。,LBS,：,Location-Based Service,，与,LCS,是同一个概念。,运营商越来越需要差异性的业务来提高竞争力，而,LCS,是被普遍看好的一种,Killer,级别的移动业务。,所谓位置业务，是指利用定位技术确定移动终端的位置，并据此提供各种基于位置相关应用的业务。目前,2G,系统中已经可以提供简单的基于位置的服务，随着,3G,网络的商用进程的加快，位置业务将可以依托,3G,网络的宽带、高速以及测距码精确等特性，变得更加丰富多彩。,典型的LCS业务基于位置计费业务,基于位置计费业务,：,可以按照所处的位置或者地理区域，对用户区别收费或分级收费。,不同费率既可应用于一个呼叫过程的整个过程或者某个时段，或者不同的时间段。,不同费率可以基于单个用户设计：不同费率可以根据用户的日常路线和生活习惯来设计，对用户常去的那些区域降低费率：如度假区购物中心、工作地点等。,不同费率可以一个用户群来设计：如校园、工作区、商务区等。,典型的LCS业务-跟踪业务,跟踪业务,：,该业务可以跟踪一个具体业务群用户的位置和状况。,物流管理：企业用于跟踪物流位置,(,如汽车、卡车等设备,),，从而优化资产业务配置。,人员管理：用于对特定人员位置的跟踪和管理。如投递业务的主管需要知道雇员的位置和状况；家长需要知道孩子在哪儿。,资产管理：监控可移动资产的位置，如被盗可进行告警等。,交通监控：,1),在高速公路上车载的移动终端随机采样确定交通工具的平均速度，路面的随机速率，并可以进行拥塞检测和报告；,2),可以进行从路边的遥测传感器、辅助机构、单个司机的报告等所搜集的数据中对拥塞、平均流速、交通工具路面的覆盖率以及相关的交通信息进行处理。,典型的LCS业务-增强呼叫路由业务,增强呼叫路由业务,(,Enhanced Call Routing,),用户可以有选择的拨打特定的业务码而触发相应的业务,(,如拨打,GAS,用于最近的加油站等,),，并基于主叫或者被叫用户的位置信息，允许用户可以被路由到最近的业务客户受理点，而获得相关援助。,基于位置的路由业务，可以发送相关的位置信息到相应的业务客户。,基于位置的路由业务，可以根据业务的不同类型，允许用户交互的形式来选择。,典型的LCS业务-基于位置信息业务,基于位置信息业务,：,该业务允许用户依据需要访问根据用户位置而进行过滤和剪裁的信息。业务请求可以按照用户的要求发起，或当触发条件满足时自动发起。,导航：其目的是将手机用户引导到所要求的目的地。目的地信息可以输入到终端中，以指明如何到达目的地。引导信息可以是纯文本、带文字说明的符号信息、地图显示等形式，并且允许用户通过菜单驱动的交互操作来完成。,城市观光：可以向观光者发送位置相关的信息，可以向观光者介绍历史遗址、提供景点间导航、还可以方便用户找到最近的餐厅、银行、机场、宾馆、公交车站等。,典型的LCS业务-基于位置信息业务,基于位置信息业务,基于位置的内容广播：该业务的主要特征是网络自动广播给用户特定区域的信息。可以有选择的广播给特定的群组，或者该区域的所有用户。,移动黄页：可以以文本或者图形的格式，提供用户最近的服务点的位置信息和联系电话。如可以查询在,5km,内的宾馆、餐厅相关的信息。,与位置相关的互联网信息,典型的LCS业务-网络增强业务,网络增强业务,网络规划应用：,1),对特定区域呼叫用户的定位，可以估计呼叫的分布和移动状况，而可以改进用于网络规划。,2),也可以用于热点区域的监测和用户行为建模出来。,改善网络,QOS,：通过用于跟踪掉话的位置而可以识别信号覆盖盲区，以及信号差的区域。,提高网络无线资源管理：可以用于更加智能的切换和更加有效率信道分配技术。,课程内容,T,第一部分 定位业务,第二部分 背景知识,第三部分 定位算法,第四部分 定位方法,第五部分 导航系统,定位的QOS属性,定位业务的,QoS,主要包括两个方面：一是定位精度；二是定位请求的响应时间。两者某种程度上是对立的，因此所提供的定位业务需要在这两者之间做一个权衡，两者都是可协商的,QOS,参数。,定位精度：可分为两个方向的精度：水平位置和垂直位置。水平位置用经纬度来表示，而垂直位置用地球椭球曲面高度来表示。,TS 22.071,：在定位业务能够提供,25,米到,200,米范围的定位精度时，其带来的增殖业务和价值具有较大的吸引力。,定位精度是由应用驱动的，与网络设计有关的，根据不同的情况在网络中的不同位置也可以有不同的精度要求。,U.S.A FCC,定义的两个定位精度要求（基于网络和基于终端的），事实上已作为一个业界的标准被采用。,定位的QOS属性,Location-independent,Most existing cellular services,Stock prices,sports reports,PLMN or country,Services that are restricted to one country or one PLMN,Regional(up to 200km),Weather reports,localized weather warnings,traffic information(pre-trip),District(up to 20km),Local news,traffic reports,Up to 1 km,Vehicle asset management,targeted congestion avoidance advice,500m to 1km,Rural and suburban emergency services,manpower planning,information services(where are?),100m(67%),300m(95%),U.S.FCC mandate(99-245)for wireless emergency calls using network based positioning methods,75m-125m,Urban SOS,localized advertising,home zone pricing,network maintenance,network demand monitoring,asset tracking,information services(where is the nearest?),50m(67%),150m(95%),U.S.FCC mandate(99-245)for wireless emergency calls using handset based positioning methods,10m-50m,Asset Location,route guidance,navigation,不同的精度可以对应不同的业务,(TS 22.071),：,定位的QOS属性,响应时间：对于立即位置请求，定义了以下的时延要求。,“,no delay”,：要求服务器返回当前有的任何位置估计信息。如初始或上次所知的位置信息，如果不存在将返回失败。,“,low delay”,：要求把满足定位响应时间放在比满足定位精度高的地位来考虑，也就是要首先满足定位响应时间的,QOS,。,“,delay tolerant”,：要求把满足定位精度放在比满足定位响应时间高的地位来考虑，也就是要首先满足定位精度的,QOS,。,如对紧急业务，就应该尽可能快的作出响应。,几个对应关系,时差,距离,距离,(,媒质的速度,)*(,t),时间精度 定位精度,1chip,的误差可引入的路径长度差可达,78,米,(,光速,/,码片速率，即,(3.0*108,m/s,)/3.84M(chip/s)78m),。,定位目标的精度 参照系的精度,(,时空参考系统,),测时差原理,获取时差的两种基本方法：,测量信号具有特征的某一点的时间，直接将不同接收点的特征时间相减。,接收点的跟踪信号与发射信号进行对比，得到时间差。,坐标系的选择：根据相对论，同时是相对的，在一个坐标系钟同时的两个事件，在另一个与之相对运动的坐标系中不一定同时。因此，需要确定一套公认的坐标系。即包括时间坐标系统，也包括空间坐标系统。,坐标系统-空间坐标系统,天球坐标系：为天球,(,以地球质心为,M,原点半径无穷大的球，在天文上称之为天球，天球的极轴与地球的自转轴重合,),所定义的坐标系,(Z,轴指向天球的北极，,X,轴选择为由,M,点指向春分点,，,Y,轴过,M,点垂直于,XMZ,平面,),。与地球自传无关，是一种空间固定坐标系。,用于表述,GPS,卫星的轨道,地球坐标系：固联于地球上随同地球转动的坐标系,(,原点,O,与地球质心,M,重合，,Z,轴指向地球北极，,X,轴指向地球赤道面与格林威治子午圈的交点,E,，,Y,轴在赤道平面与,XOZ,构成右手坐标系,),。,用于表述观测站的位置,WGS-84,坐标系,岁差和章动,坐标系统-,WGS-84 坐标系,目前最高精度水平的世界大地参考系统,WGS-84,定义了一个地球形状的平均椭球模型、一个地球重力模型以及与其它大地参考系之间的变换参数。基本参数如下：,地球自转角速度,7.2921151467*10,-5,(,rad/s,),地球椭圆长半轴,a,6378137(m),地球椭圆第一偏心率,e=0.08181919131087,地球引力参数,GM,3986005*10,8,(m,3,/s,2,),光速值,c=299792458(,m/s,),l,j,h,Y,X,Z,坐标系统-,WGS-84 坐标系,参照于,WGS-84,椭球的任何地点的大地坐标系,(,经度,、纬度,和高度,h),与三维直角坐标系,(x,、,y,和,z),可以进行互换。,文中所说的高度概念，不是指海拔高度，而是,WGS,坐标中的垂直球面的高度。,WGS84坐标系中的高度vs海拔高度,H,：海拔高度,h,：,WGS84,高度,N,：起伏,(Undulation),坐标系统-时间参考系统,恒星时,(ST,Sidereal Time),：春分点连续两次经过本地子午圈的时间间隔称为一个恒星日，含,24,个恒星时。原点定义为春分点通过本地子午圈的瞬时。,平太阳时,(MT,Mean Solar Time)平太阳连续两次经过本地子午圈时间间隔为一个平太阳日，含,24,个平太阳时。原点定义为平太阳通过观察者所在子午圈的瞬时。,平太阳：由于黄道平面与赤道平面并不重合，真太阳日一年四季是变化的,(,最长最短可相差,51s),；因此定义天球上的一个假想点，它在赤道上运行的速度是均匀的，且与真太阳的平均速度一致，称为平太阳。,真太阳日：太阳两次通过观测者,(,或所在子午圈,),所用的时间。,日晷测量,世界时,(UT,Universal Time),：基于地球自传这一物理现象的时间标准。零经度子午圈所对应的平太阳时且以平子夜为零时起算的时间系统。,坐标系统-时间参考系统,原子时,(AT,Atomic Time),：位于海平面上的铯,133,原子基态两个超精细能级在零磁场中跃迁辐射,9192631770,周所持续的时间。铯原子钟是目前最精确的计时仪器，通常每天可准确到,1*10,-13,秒,(30,万年差,1,秒,),。,量子力学：原子能量只能取某些特定的离散的数值,(,能级,),，当原子由于某种原因从一个能级跳到另一个能级，所发射或者吸收两个能级差的能量，以某一频率,(f),的电磁波的形式表现出来：,f=,（,E,m,E,n,）,/h,。其中原子能级是高度确定的，因此原子跃迁时发射或吸收的电磁波频率也就确定了。,(h,普朗克参数,),。,时间,固定的振动频率,世界协调时,(UTC,Coordinated Universal Time),：,UTC,的秒长严格等于,AT,的秒长，采用闰秒的方法使,UTC,和,UT,的时刻接近,(,当,UTC,与,UT,的时刻相差超过,0.9s,时，便在,UTC,中引入,1,闰秒，闰秒一般在,12,月,31,日或,6,月,30,日的最后,1,秒加入。,定位地理区域的表示方式,TS,23.032,协议中定义了一下几种地理区域的表示方法：,Ellipsoid Point;,经度,+,纬度,Ellipsoid point with uncertainty circle;,经度,+,纬度,+,不确定半径长,Ellipsoid point with uncertainty ellipse;,经度,+,纬度,+,主半轴长,+,次半轴长,+,主轴方位角,Polygon;,经度,+,纬度,(,3,15,个点,),e,b,c,a,d,定位地理区域的表示方式,Ellipsoid point with altitude;,经度,+,纬度,+,高程,Ellipsoid point with altitude and uncertainty ellipsoid;,(,经度,+,纬度,+,高程,)+(,主半轴长,+,次半轴长,+,主轴方向角,+,椭球高度,),Ellipsoid Arc,.,(,经度,+,纬度,+,内径长,+,不确定径长,+,方位角,+,张角,),定位方法,解析几何方法,+,概率分布,定位过程，就是根据可能得到的子集而求取最有可能的目标位置的过程。,目标位置位置可能轨迹的物理空间，是全空间的某个子集：一个平面、一个曲面、一条或数条直线或一条或者数条曲线等。,通过测量可获得空间的子集。,由一个或者多个空间子集来确定目标的坐标位置：,1.,子集间有交集，但不能彼此冲突而没有交集存在；,2.,随着子集数目的增加，交集的区域在缩小，子集之间不应该基本相同。,改善几何特性的原则：实际测量误差,(,如时差,),引起的子集边界误差尽可能的小；不同子集相交时，在空间形成的交角尽可能地接近垂直；多个子集尽量不对同一对称轴或同一面呈对称，确保两个子集有多个交集区域时，所有子集的总交集是唯一的。,在,3GPP,中只是静态的定位，不要求对动态速度和姿态进行测量和计算。,小区定位主要配置信息,小区天线经度、纬度和高度,小区天线最大覆盖距离：小区公共导频信号的覆盖范围，大致表示该小区的覆盖半径即可。,小区天线主瓣方向角：表示小区天线主瓣方向角,(,即从小区天线主瓣方向逆时钟旋转到正北方向所经过的角度,),。,小区天线覆盖张角,小区区域平均高度,小区区域高度标准差：表示小区的高低起伏的状况。,小区发射和接收通道时延：用于补偿,NodeB,测量,RTT,时的不足,(,NodeB,在基带作测量，而没有转换到协议要求的天线口,),小区定位主要配置信息,小区区域环境类型：表示小区的多径状况。,NLOS,：多径严重、遮挡严重，如城区；,LOS,：单径或者径很少，一般指开阔地带，如乡野；,Mixed,：混合地带，如郊区。应根据实际取值来定确定具体类型。,无线电波在移动环境中传播时，经反射、衍射和绕射，到达接收天线时，已成为各个路径的合成波，使得到达的信号能量形成多径时延的分布，即多径传播模式。各传播路径分量的幅度和相位各不相同，因此合成信号起伏很大，称为多径衰落。,无线电波途经建筑物、树木等时候受到阻挡被衰减，这种阴影遮蔽对陆地卫星移动通信系统的电波传播影响很大。,直放站,(Repeater),标识：直放站的存在，会降低定位精度。直放站会引入额外的延时和频偏，如果直放站没有特殊设计，无法补偿这种延时，会对定位算法性能产生影响。其引入的延时分为两部分：一部分是其自身处理上的延时；另一部分是在信号传播路径上增加的延时。,注,：配置的小区地理信息，应该是小区的天线中心所对应的经度、纬度和高度，绝对不是小区中心。,定向小区的概念,信号呈扇区带状的覆盖，并具有确定的天线主瓣方向角和张角的分布，称为全向小区,(,如左图所示的一个典型三扇区覆盖基站,),。,信号呈,360,度范围内的覆盖小区称为全向小区；,课程内容,T,第一部分 定位业务,第二部分 背景知识,第三部分 定位算法,第四部分 定位方法,第五部分 导航系统,基本的定位算法,目前业界使用比较广泛的定位技术，如下四种：,TOA,：,Time Of Arrival,，到达时间,TDOA,：,Time Difference Of Arrival,，到达时间差,AOA,：,Angle of Arrival,，到达角度,FPT,：,RF Finger Print Technology,，射频指纹技术,但是在,WCDMA,系统中，基于系统特性使用前两种方式，即基于时间的测量算法：,TOA/TDOA,。,CELLID+RTT,TOA,类型,OTDOATDOA,类型,A-GPSTOA,类型,一、基于时间的定位算法-TOA,终端与基站之间信号传播时间为,t,，则终端台与基站的距离应该为,R,c*,t,，移动台应该位于以基站为中心，以,R,为半径的圆上。,TOA,的方程组如下：,其中：,(x,y),为移动台的坐标位置；,(x,i,y,i,),为基站的坐标位置；,t,i,为移动台接收到第,i,个基站信号的时间，,t,为基站发送信号的时间。,若测得信号在移动台与,3,个基站的传播时间，那么,3,个圆的相交即为终端的位置。,二、基于时间的定位算法-TDOA,定位系统中两个参考点（如两个基站）的位置已确定，并且以这两个参考点的某一个信号发射位置作为真正参考点，通过一系列测量，获得移动台距离这两个参考点的无线信号传输的时间差,TDOA,，这个时间差乘上光速就是移动台距离这两个参考点的距离差。,这个距离差的数学含义是，移动台所处位置的可能轨迹是以这两个参考点为焦点，以这个距离差为定差的一条双曲线。,如果对另外一对参考点,(,可以有一个参考点与上面的相同,),做相同的测量与计算，那么，这时就可以得到另外一条轨迹双曲线。,显然，这两条双曲线的交点就是移动台的两维位置坐标。,二、基于时间的定位算法-TDOA,TDOA,示意图,(具体算法可参考OTDOA定位方法一节),三、基于方向角的定位算法-AOA,到达角交汇定位：在两个以上的位置点设置方向性天线或阵列天线，获取终端发射的无线电波信号角度信息，然后通过交汇法估计终端的位置。只需利用两个天线阵列就能完成目标的初始定位，与,TDOA,等技术的定位体制相比系统结构简单，但要求天线阵具有高度灵敏度和高空间分辨率。,建筑物分别密集、高度和地形地貌对,AOA,的定位精度影响较大，在室内、城区及乡村地区，,AOA,的典型值分别为,360,度、,20,度和,1,度。随着基站与终端之间的距离增加，基站定位角度的微小偏差会导致定位线距离的较大误差。,AOA,定位误差主要由城市的多径传播及系统误差造成，可通过预先校正来抵消系统误差的影响，而建筑物密集地区的多径效应一直是困扰天线通信的难题，智能天线可在一定程度上减小多径干扰的影响。,由于实现复杂和设备成本的问题，尚未广泛应用。,AOA,技术虽然结构简单，但是在城市蜂窝定位系统中并未得到应用。,四、基于信号模式的定位算法-FPT,由于多径干扰的模式完全取决于反射环境，所以特定地区的干扰模式具有自己的特征。终端发射的无线电波经建筑物和其它障碍物的反射和折射，产生与周围环境密切相关的特定模式多径信号。基站天线阵列检测信号的幅度和相位特性，提取多径干扰特征参数，将该参数与预先存储在数据库中的模式进行匹配，找出最相似的结果，然后结合地理信息系统，找出与该模式相匹配的地区范围，以街道和城区的图形化形式输出定位结果。,基本不受非视距传输效应,(NLOS),影响，系统独立性强，结构简单。但该技术实施的高度复杂性是推广应用的最大障碍，因为在,FPT,定位系统投入实际使用前，必须建立庞大完整的位置指纹数据库，详细记录城市每个可分辩最小区域的特征，并保持与城市建设同步更新，以保证指纹样本的有效性、可靠性和准确性，所以该项技术尚处于试运行阶段，没有大规模应用。,课程内容,T,第一部分 定位业务,第二部分 背景知识,第三部分 定位算法,第四部分 定位方法,第五部分 导航系统,WCDMA定位体系结构,MSC,RNC,(SMLC),Uu,Iub,LCS Client,NodeB,(LMU-B),LMU-A,GMLC,Iu,NodeB,(LMU-B),NodeB,(LMU-B),UE,GPS satellite system,AGPS receiver,AGPS receiver,WCDMA中的标准定位方法,三种定位技术,基于,CELL ID,的方法,OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival),方法,网络辅助的,GPS,方法,定位步骤,定位信号测量,基于测量的位置计算,两种定位方式：,OTDOA-IPDL,法和,A-GPS,法都有两种定位方式，即,UE-Based,方法和,UE-Assisted,方法。两者的区别是定位计算功能单元,PCF,被安排在何处。如果,PCF,被安排在,UE,侧，则称之为,UE-Based,方法。如果,PCF,被安排在,RNC,侧，则称之为,UE-Assisted,方法。,TOA=(RTT-UeRxTx)/2,在软切换时，存在多个活动集小区每条无线链路可以多个,TOA,基于,CELL-ID,方法,-,示意图,基于CELL-ID方法-基本原理,一种最基本的定位方法，适用于所有的蜂窝网络。分为两种方法：,CELL-CENTER,方法：不需要移动台提供任何定位测量信息，也无须改动现有网络，只需要在网络侧增加简单的定位流程处理即可。定位原理很简单，网络根据,UE,当前的服务基站的位置和小区覆盖来定位移动台。,若小区为全向小区，则,UE,的位置是以服务基站中所接入的小区为中心，半径为小区覆盖半径的一个圆内；若小区分扇区，则可以进一步确定,UE,处于某扇区覆盖的范围内。,CELLID+RTT,方法：需要,UE,处于,CELL-DCH,状态并提供,UE Rx-,Tx,time Difference Type2,测量能力，以及,NODEB,的,RTT,测量，同时参考各个小区覆盖配置，通过一个或多个以活动集小区为中心的圆形区域,(,由,TOA,确定,),交汇来定位区域。,地理位置表示形式之间的转换：,SAI,GAI,基于CELL-ID方法-测量,TOA,：单程传播时间,(DPCH,信道,),NodeB,RTT(Round,Trip Time),测量,UE Rx-,Tx,time difference Type2,测量,基于CELL-ID方法-定位流程,RTT Rsp,CN,SRNC,NODEB,UE,Location Report Control,UE状态迁移(如需要),UE状态迁移完成,定位测量控制(UE Rx-Tx Time Difference Type2),RTT Req,定位测量报告(UE Rx-Tx Time Difference Type2),Location Report,RTTCELLID方法,基于CELL-ID方法-特点,优点,实现简单，成本低,无须修改手机,定位响应时间短,对微蜂窝小区，其定位精度能满足,FCC,规定,在,GSM,系统中已经商用,缺点,定位精度依赖,UE,所处小区大小,局限在小蜂窝小区以及微蜂窝小区定位,不能适用郊区以及乡村区域,无法适应告警以及交通调度业务,CELLID+RTT定位方法精度,惠州城区,CELLID+RTT定位方法精度,惠阳和大亚湾,(,郊区,),OTDOA方法-示意图,LMU-A,(LMU-B),NODEB测量：GPS小区帧定时测量、RTT测量以及IPDL机制。,LMU测量：SFN-SFN observed time difference测量。,UE：,SFN-SFN observed time difference Type2测量、UE Rx-Tx time difference Type2测量和GPS小区帧定时测量。,OTDOA方法-基本原理,UE,测量分属不同,NODEB,的不同小区的小区广播信道信号,(PCCPCH),，得到下行导频的,TDOA,Time Difference o f Arrival,，到达时刻），即所谓的导频相位测量偏差。,根据该测量结果并结合不同基站下的坐标，采用合适的位置估计算法,(,两对,NODEB,构成双曲面,(,线,),相交,),，就能够计算出,UE,的位置。,如上图，假定以,NODEB a,为参考，根据移动台提供的导频相位测量结果，能够得到,NODEB b,相对于,NODEB a,的下行导频信号接收时间差，记为,TDOA,ab,，,(c*TDOA),即为,NODEB,到达移动台的传播距离差，可由这两个,NODEB,为基准得到一个双曲线。同样，根据,TDOA,ac,能够得到,NODEB a,和,NODEB b,为基准的另一双曲线，两个双曲线交点即为,UE,的位置区域。,SRNC,还可以通过,NodeB,做,RTT,相关测量和,UE,做,Rx-,Tx,time difference Type2,测量，以便利用更多信息来估计移动台的位置区域。,一般而言，移动台测量的基站数目越多，测量精度越高，定位性能改善越明显。最好,NODEB,均衡环绕,UE,。,OTDOA方法-测量,OTDOA,测量：,UE SFN-SFN observed time difference Type2,测量和,UTRAN SFN-SFN observed time difference,测量。,GPS,小区帧定时测量：在,OTDOA,中，其附带的作用是可以计算,RTD,。,OTDOA方法-LMU,LMU(,Location,measurement Unit,),：只是逻辑，而不是物理功能实体，分为如下两种类型。,Type-,A(Stand,alone),：,Uu,接口,Type-,B(Associated,),：集成在,NodeB,内部，,Iub,接口,LMU,的定位功能,(,完成公共测量,),UTRAN GPS,小区帧定时测量：在小区天线口的,PCCPCH,帧头打,GPS,绝对时间时戳。,UTRAN SFN-SFN time difference,测量,(UTRAN OTDOA,测量,),：与前述的,UE OTDOA,测量类似，只是它由,LMU,完成。,OTDOA方法-LMU,RTD(Relative,Time Difference),：相对时间差，是,WCDMA,系统中各个小区的不同步发射时间差。在,FDD,模式下，基站之间的同步方式是异步。这时，仅有一个移动台对于两个基站的观测时间差是不够的，还需要知道两个基站在天线发射口的时间差，按照,3GPP,规范的说法，称之为相对,RTD,。,RTD,的测量由位置测量单元,LMU,测量并保持不断的更新。,已知：a、b、c.(通过四个已知坐标获得),已知：OTDOA12、OTDOA13(LMU测得),求取：,RTD12=OTDOA12-(b-a),RTD13OTDOA13-(c-a),OTDOA方法-IPDL机制,可听性问题,(,Hearability,),：解决远近效应问题，当,UE,距离某个,NODEB,太近的时候，将会有可能收不到其他相邻小区的信号，以至于无法完成相应的测量。此时如要继续使用,OTDOA,方法，就必须引入其他的一些机制。在,3GPP,规范中，引入了一种叫做,IPDL(Idle,Period Downlink),的机制。它在某个预定的伪随机时刻，关闭一个基站内所有信道的发射，以便让移动台能够有效地测量相邻基站的信号。,代价：,IPDL,机制需要基站侧与移动台侧同时支持。增加了基站的信令开销，导致系统容量的降低。另外，与压缩模式相比，在整个,IPDL,期间，所有本该在该期间发射的信号都将会被全部丢失，这给纠错编码方案带来了一定的额外压力，在某种程度上也将降低部分传输质量，比如增加了误码率进而导致话音质量的下降或数据传输速率的降低等。,OTDOA方法-IPDL机制,IPDL,主要参数,IP_SPACING,：典型值为,10,帧,IP_LENGTH,：典型值为,10,个符号,IP_OFFSET,：,=,TCell,，使同基站各个小区同时关闭发射,SEED,：伪随机数种子，决定了,IPDL,相对帧头的位置,OTDOA方法-定位流程,OTDOA,与,Rx-,Tx,time difference Type2,测量实际上是在同一个定位测量控制消息中下发，其结果也是在相同的测量报告消息中返回。,CN,SRNC,NODEB,UE,Location Report Control,UE状态迁移(如需要),UE状态迁移完成,定位测量控制(SFN-SFN time difference Type2),RTT Req,定位测量报告(SFN-SFN time difference Type2),Location Report,RTT Rsp,LMU,公共测量/定位测量控制,公共测量报告/定位测量报告,。,OTDOA方法-特点,优点,一定环境下精度较高,对手机改动较小，只需增加相应的软件。对网络改动较小，需要添加,LMU,以及,IPDL,机制,系统性价比较高,OTDOA,是标准必选，,IPDL,、,A-GPS,可选,缺点,LMU,的使用增加了网络成本,完成定位至少需要,3,个基站的信号，少于此数目时，不能完成定位,不支持,GSM,手机定位,比,A-GPS,定位方法的精度低,A-GPS方法-示意图,A-GPS方法-基本原理,通过定位测量控制，,SRNC,向,UE,提供辅助,GPS,信息：,1).UE,可以大大缩短初始捕获卫星扩频信号的时间，降低定位过程的时延。,2).,降低了移动台的功耗，在不需要定位时关掉其内部的,GPS,接收机，等到有定位请求时再打开,GPS,接收机，从而延长移动台的待机时间。,GPS,伪距测量的辅助信息：如,GPS,捕获辅助信息、,GPS,定位辅助信息、,GPS,灵敏度辅助信息、,GPS,卫星工作状况信息等。,UE,位置计算的辅助信息：如,GPS,历书以及修正数据、,GPS,星历、,GPS,导航电文等。,利用这些信息，,UE,可以很快的捕获卫星，并接收到,GPS,的测量信息。,GPS,定位特点：时间同步、单程测距,A-GPS方法-GPS卫星信号的构成,GPS,卫星发射信号包括三部分：,数据码,D(t,),：即导航电文编码，包括卫星的星历、卫星星钟钟差改正参数、测距时间标志、大气折射参数以及由,C/A,码捕获,P,码等导航信息。,测距码：,C/A(Coarse Acquisition,),码和,P(Precise),码,载波：,L,1,和,L,2,基本频率,10.23MHz,L1,1575.42MHz,C/A码,1.023MHz,P码,10.23MHz,D码,50 bps,L2,1227.6MHz,P码,10.23MHz,D码,50 bps,/204600,/10,*154,*120,A-GPS方法-GPS的测量方法,GPS,接收机的观测量：,L,1,载波上的,C/A,码伪距；,L,1,载波上的,P,码伪距；,L,2,载波上的,P,码伪距；,L,1,载波和,L,2,载波的相位；,L,1,载波和,L,2,载波的多普勒频移。基于不同的观测量，可以衍生非常多的定位方法。,C/A,码：服务对象为民间普通用户,P,码：服务对象为美国军方或美国盟国及得到特许的民间用户,多普勒频移：在动态应用中，可用于计算运动速度,对于定位业务，主要是围绕伪距来进行测量和计算，主要有测码伪距和测相伪距两类方法。,测距码：,C/A,码，码元宽带为,293m,测距精度为,2.93m,；,P,码，码元宽度为,29.3m,测距精度为,0.29m,。,载波相位：,L,1,载波波长,19cm,测距精度为,0.19cm,；,L,2,载波波长,24cm,0.24cm,。利用载波相位进行定位，比测码伪距定位高两个数量级，可用于精密定位和载体姿态测量中。,A-GPS方法-GPS卫星的星历,相对于某一参考历元,(t,oe,),的一组描述卫星轨道的一组数据，反映了卫星的无摄和受摄运动。,无摄运动：只受地球质心引力这一中心力影响，可由开普勒三定律描述。,六个开普勒椭圆轨道参数来表征,受摄摄运动：地球几何形状并非真球体以及质量非均匀分布而引起的非中心引力；月球引力和太阳引力,(,包括地球潮汐作用力,),；太阳的辐射压力；大气阻力等。,九个反映摄动力影响的改正项参数,A-GPS方法-GPS观测量的误差分析,与,GPS,卫星有关的误差,卫星星历误差：由星历给出的卫星位置与实际位置的偏差,星钟误差：频偏和频漂,与,GPS,信号传播有关的误差,电离层折射：与大气电子密度成正比,对流层折射：与大气高度、压力、湿度和温度等相关,多径效应,与观测和接收机相关的误差,观测误差：一般观测的分辨率为信号波长的,1%,接收机钟差：接收机的时钟精度,天线相位中心的位置偏差,载波相位的整周未知数,其它误差,地球自传影响：参照系的转动而引起卫星坐标的变化,相对论效应：狭义,+,广义,SA(Selective,availability),：,技术,(,基准信号上高频抖动,)+,技术,(,人为干扰卫星星历数据,),。,AS(anti,-spoofing),技术：,P,码的加密措施,(P,码,+W,码,Y,码,),。,A-GPS方法-UE GPS伪距测量,伪距的概念：,GPS,卫星到用户观测距离，由于各种误差源的影响，并非真实地反映卫星到用户地几何距离，而含有误差，这种带有误差地,GPS,量测距离，称之为伪距,(Pseudo Range),，其值为,c*(,t,ue,t,i,),。,各个,GPS,卫星的时间精确同步，因此,UE,在同一测量时刻对所有卫星的时钟偏差是相同的,(,即只有一个未知数,),。,UE,的位置,(x,y,z),，加上下述时钟偏差，共,4,个未知数，所以：,GPS,定位至少需要,4,颗以上卫星。,t,j,(GPS),t,j,t,ue,(GPS),t,ue,t,j,t,ue,t,s,卫星钟时,GPS系统时,UE钟时,1.时钟偏差,t=t,ue,t,j,2.,t,j,可从卫星导航电文中获得钟差修正参数，而可认为是常数。,A-GPS方法-UE GPS伪距测量,(x,1,-x),2,+(y,1,-y),2,+(z,1,-z),2,=(,1,c*,t),2,(x,2,-x),2,+(y,2,-y),2,+(z,2,-z),2,=(,2,c*,t),2,(x,3,-x),2,+(y,3,-y),2,+(z,3,-z),2,=(,3,c*,t),2,(x,4,-x),2,+(y,4,-y),2,+(z,4,-z),2,=(,4,c*,t),2,ti=信号从卫星到接收机的时间。,t=时间偏差量，包括接收机与系统时之间的偏差以及系统时与卫星时钟的偏差。c=光速。i=伪距。,(x,y,z),(x1,y1,z1),x2,y2,z3),(x3,y3,z4),(x4,y4,z4),卫星1,卫星2,卫星3,卫星4,经典导航定位算法：通过,4,卫星进行一次观测，得到,4,个伪距观测值，建立起一组四个线性定位方程，经过迭代计算，解算出用户的三维位置,(,x,y,z,),和时钟偏差。,A-GPS方法-定位流程,CN,SRNC,NODEB,UE,Location Report Control,Location Report,GPS信息交换请求,GPS,信息交换结果,GPS,信息交换响应,定位测量控制(GPS测量),UE状态迁移(如需要),UE状态迁移完成,定位测量控制报告(GPS测量),A-GPS方法-特点,优点,