PHS定位技术及业务应用研究

PHS定位技术及业务应用研究《电信技术》摘要介绍了移动定位技术的种类，讨论了适合PHS网的几种定位业务应用，探讨了PHS定位技术选择、业务开发与价值链建设及用户隐私权保护等问题。1前言移动定位服务（LBS，LocationBasedService）是指通过移动运营商的无线网络，如GSM网、CDMA网、PHS网（也称为小灵通网络）等，获取移动终端用户的位置信息（经纬度坐标数据），并在电子地图平台的支持下为用户提供相应服务的一种移动增值业务。PHS定位业务就是基于PHS无线网络开放的一种移动定位业务。目前，国内PHS定位业务刚刚起步，实现技术及业务管理、内容提供等产业链各环节均还有待完善。由于PHS终端价格便宜、资费低廉，因而它有与技术较先进但成本较高的AGPS定位业务错位经营的空间，主攻中低端客户群，具有一定的市场发展前景。尤其是PHS定位系统将来可以和3G网络共用一个定位平台，让PHS运营商可以通过开展PHS定位业务来培育3G定位业务产业链、积累移动定位业务发展经验，从而保证PHS定位业务的可持续发展。目前，广东、江苏、辽宁等省均已在PHS网上进行了部分定位业务测试，估计近期就会有商业应用推出。2PHS定位技术研究2.1移动定位技术的种类目前，在移动网络上使用的定位技术主要有基于移动网络、基于移动终端和联合定位等几类。（1）基于移动网络的定位技术，主要有CellID、TOA／TDOA和AOA等。CellID：根据移动终端所处的蜂窝小区标识号ID来确定用户的位置。它无须对网络和手机进行修改，响应时间短，定位精度取决于小区的半径，也可通过场强或时间提前量来辅助提高定位精度。TOA／TDOA：TOA基于测量信号从移动终端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，TDOA则是通过检测信号到达两个基站的时间差来定位，其定位精度较高，实现容易，但为了保证定时精度需要改造基站设备。AOA：通过测量一个移动终端到两个基站的信号到达角度来定位，其定位精度较差，需复杂的天线，一般只是作为辅助手段。（2）基于移动终端的定位技术，主要有GPS手机定位和E-OTD等；GPS手机定位：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信号的多用途天线来接收GPS数据进行定位，其精度与CPS一样。E-OTD：通过手机对服务小区基站和周围几个基站的测量数据之间的时间差实现定位，需对手机软件进行改造。（3）联合定位技术，目前主要有A-GPS。A-GPS：需要在手机内增加GPS接收机模块并改造手机天线，但对于位置信息的计算却并不在手机本身而是由移动通信网络的定位服务器进行，其GPS信号首次捕获时间仅需几秒钟，精度也仅为几米，高于GPS的精度。理论上讲，上述移动定位技术大部分都可以用于PHS网，但由于技术、成本、标准和设备厂商支持等因素，目前PHS网上还是以简单实用的CellID定位技术为主。至于进一步的改进，几个主流厂商都已经提出了各自的多基站定位技术，但具体定位效果还有待实践检验。2.2PHS定位技术PHS（小灵通）网络总体上采用500mW基站组网，属微蜂窝网络，虽然在移动话音服务质量上存在一定劣势，但其基站半径小而更有利于开展基于CellID定位技术的位置业务。而GSM基站间距较大，使用CellID定位精度不如PHS；TOA等多基站定位技术因手机同时进入两个以上基站覆盖范围的概率不高而商用难度较大。CDMA网的A-GPS定位技术先进，定位精度高，但投入也较大，需要建设相应的GPS参考网，cdma1x手机也需内置GPS功能，高昂的终端价格使其难于普及。为了扩大客户群体，CDMA网在一些地方也考虑使用CellID定位技术，但和GSM一样，因站间距相对较大而定位精度不如PHS。综上分析，城区PHS基站分布密集，基站半径一般要小于GSM或CDMA，采用技术简单、投资成本低、对终端无特殊要求的CellID定位技术，性能指标基本能满足业务需求，其定位误差即为用户和PHS终端所登记基站之间的距离。一般来说，基于CellID的PHS定位精度，密集城区最优，精度可达100-200m；市郊次之，精度可达200-300m，个别高塔达500m；高速公路和乡村较差，精度在500m。至于多基站定位技术，因城区PHS基站比较密集，一般可以满足3基站定位要求，所以其技术实际应用有效性要比CDMA和GSM网强。但就定位精度而言，因其精度除受基站密度影响外，也与所处的无线环境有非常大的关系。从部分城市测试的情况来看，其定位精度与单基站的CellID定位技术相比差异并不特别明显，一些地区精度有较大提高，也有些地区精度反而降低，具体如何改善，还需要在以后的实践中慢慢摸索。由于使用多基站定位技术也会消耗一定的网络或终端资源，因此这一点对于目前无线资源还比较紧张的PHS网来说必须予以重视。当然，由于PHS网是微蜂窝网络，实现全覆盖比较困难，在局部的区域覆盖不连续，室内覆盖难度大，而且限于政策原因目前还不能漫游，这些都会给业务的使用带来一定的负面影响。目前，国内主要应用的PHS定位技术有单基站定位技术、单基站定位+修正技术、不需要手机修改的多基站定位技术和需要手机支持的多基站定位技术几种。2.2.1单基站定位技术该定位技术对网络和终端均无特殊要求，只是通过网络获得需定位的PHS终端所登记的基站号码，定位中心使用该基站的经纬度作为需定位PHS终端的位置估计。该技术简单、投资成本低、对终端无特殊要求，可帮助运营商在现有PHS网的基础上快速开展定位服务，使业务受众范围快速覆盖到所有的PHS用户，充分发挥当前PHS用户群庞大的优势，尽快形成业务规模效益。基于CellID的单基站定位精度主要取决于本地区的基站分布情况及其无线环境。根据目前国内PHS网建设情况来看，密集城区最优，市郊次之，高速公路和乡村较差。只要因地制宜开发好适当的业务，单基站定位技术基本可以满足大部分定位业务开展的需要。但从长远角度看，其精度对于开展一些要求较高；的深度定位业务还是有些问题。另外，如何提高每次定位的成功率也是部分厂商还需努力的。2.2.2单基站定位+修正技禾理论上说，在单基站定位的基础上，采用手机场强等方法对位置估量值进行修正可使定位的精度小于单个基站的覆盖半径。但是，由于无线通信存在多径干扰、阴影效应等影响，手机信号的强度经常变化，因此其最终定位精度改善并不大，甚至在某些区域可能出现比简单的单基站定位技术的定位精度还差的情况。2.2.3不需要手机修改的多基站定位技术此方法主要由中兴公司提出，其基本定位流程如下：（1）由网管发出用户定位请求；（2）接入网关向用户当前所在基站控制器发起定位请求；（3）基站控制器接收到用户定位请求后，向基站发送定位寻呼请求；（4）基站寻呼用户；（5）用户接收到寻呼消息后，向基站发送链路建立请求；（6）基站接收到用户的链路建立请求后，将接收的用户信号强度和自己的基站标识上报给网管，同时向用户发送建链拒绝消息；（7）用户收到基站的建链拒绝消息后，会寻找另外的基站发送链路建立请求；（8）重复步骤（5）和（6），直到用户链路建立请求被拒绝的次数超过阈值；（9）网管根据多个基站上报的基站标识（在网管中需要保存每个基站的精确地理位置，该地理位置可通过基站标识进行索引）和接收的用户信号强度，按照一定的加权算法，计算用户的位置。此方法的优点是投资成本低，对终端无特殊要求。在此基础上提供的各种新业务也可用软件升级的方式低成本地实现，使每个PHS用户都用得起。其缺点是定位过程中会占用较多的网络资源，这在目前PHS网络资源非常紧张的情况下，运营商要采用该方法会有较大顾虑。2.2.4需要手机支持的多基站定位技术此方法主要由UT斯达康公司提出。PHS网根据手机是否支持用户对用户接口（UUI），定位业务中心（LSC）对目标手机的定位请求发送不同的反馈信息：如果手机不支持UUI，则LSC以CellID的方式获得手机登记的基站ID，并以该基站的位置（经纬度）作为目标手机的位置估计；如果手机支持UUI，LSC不仅可知道手机登记的基站，还能获得一组所有与该手机有信号联系的基站信息，包括每个基站的号码以及信号强度。如果基站信息中的基站数量少于3个，那么系统将使用信号最强的基站位置（经纬度）作为目标手机的位置估计；如果基站信息的数目大于3个，LSC将选出信号最强的3个基站。由于10mW基站的信号覆盖范围小，定位精度最高，LSC将首先判断信号最强的是否为10mW基站而其余2个是否都不是10mW基站：如是,LSC将使用信号最强的10mW基站的经纬度作为手机的位置估计；如不是，还需根据基站的功率（10mW、200mW、500mW）、高度、是否安装在室内等情况对每个基站的信号强度进行增减调整，最后选择信号最强的3个基站进行3点定位，计算结果作为目标手机的位置估计。LSC的定位计算流程如图1所示。该技术的优点是对手机和网络侧改动都不大，缺点是必须要手机侧支持UUI，原有用户只能以CellID技术来得到定位服务，而且定位精度的实际提高需要大量、准确的网络数据采集作为支撑，这个工作量和成本可能会很高。对于多基站定位技术来说，无论是UT斯达康公司还是中兴公司的技术解决方案，从理论上来讲都要比单基站定位技术先进，但由于其技术过于复杂，受无线环境影响较大，实际应用效果一般很难达到理想的状况。例如，某地利用多基站定位方法所得实测定位精度有时就比单基站定位精度好很多，有时却要比单基站定位精度差很多。因此，虽然近年来定位技术发展很快，但就目前的情况看，如何为PHS网选择一种合适的定位方案仍然是一个令运营商感到棘手的问题。所以初期开展PHS定位业务，为了快速开放业务，可以优先考虑选用投资成本低、应用简单、无须改造终端的CellID定位技术，将来再充分考虑本地基站密度和实际无线环境两个主要因素的影响，通过大量的现场实验测试数据来最终选择适合本地的PHS定位技术。2.3PHS定位平台实现目前，由于PHS位置业务没有统一的标准规范，各厂商均按照各自的业务流程和接口规范提供业务，这给定位业务平台和PHS网络设备互通带来了很多困难，客观上需要大型PHS运营商尽快制定业务标准。通过建立一个类似OSA的开放定位平台架构，运营商可以在网络发展的不同时期平滑地引入各种业务快速，也可以向用户提供第三方开发的业务，从而使业务种类极其丰富。典型的PHS定位业务平台由LCS客户、LSMC、GLC和CIS组成，如图2所示。下面，对PHS定位业务平台中主要网络实体加以简要说明。LCS客户（LocationClientService）：用户用以访问位置业务的功能实体，既可以是PHS终端内置的功能，也可以是SP提供的定位应用程序。LSMC（LocationServiceManagementCenter）：定位业务的管理和流程控制执行中心，向LCS客户提供统一的定位服务接口，完成LCS客户的管理、认证、定位用户管理和隐私保护、CIS封装、基于位置业务的计费等功能的服务系统。建设LSMC的目的是屏蔽不同PHS网实现定位业务的差异，对外提供统一接口，避免LCS客户访问不同系统位置业务出现兼容性问题，降低SP接入门槛。GLC（GatewayLocationCenter）：定位网关功能实体，根据定位业务请求的精度要求，结合网络具有的定位技术能力，采取特定的定位技术，将定位结果按要求的格式转换成用户的位置信息并返回LSMC。SCP（ServiceControlPoint）：智能网的服务控制点，从定位平台获得位置信息，提供位置相关的智能网业务。计费结算中心：获取位置业务相关的计费信息，进行综合计费。运营支撑系统：综合业务运营支撑系统，包括网管和其他后台支撑系统。GIS（GeographicInformationSystem）：地理信息中心，管理数字地图和其他地理信息，向业务平台、位置业务客户提供相关的地理信息服务。图3示出了由一个LCS客户发起定位请求处理过程中和LSMC、GLC及目标终端之间相互作用的处理流程。LSMC保存LCS客户和目；标终端的签约信息，控制LC