车载GPS定位技术与应用

电气与信息工程学院电子信息工程系车载GPS定位技术与应用车载GPS定位技术与应用§5.1、移动通信的分类§5.2、模拟移动信道上的数据传输（自学）§5.3、A-GPS移动定位§5.4、基于GPRS/GPS的车辆定位系统第五章移动无线数据传输车载GPS定位技术与应用5.1移动通信的分类•5.1.1移动通信的分类方法•1.按工作方式分：单工制、半双工制和全双工制•2.按使用地域分：陆上移动通信、海上移动通信和空中移动通信•3.按基地台的网络组成分：线状、块状和面状•4.按使用性质分：公用移动通信、专用移动通信和特种移动通信也可以分为：民用移动通信和军用移动通信•5.按服务区域分：大区制、小区制、微小区（微微小区）制和混合制；车载GPS定位技术与应用5.1.1移动通信的分类方法（续）•6.按用户容量分：大容量、中容量和小容量，结合服务区则有大区小容量和小区大容量等；•7.按业务种类和性质分为：移动无线电话系统、只会调度系统、也可分为专用电话通信和电话、数据兼有的通信，甚至还包括图像传输；•8.按控制方式分为：集中式控制和分散式控制。车载GPS定位技术与应用5.1.2车辆定位系统中应用的移动通信•根据移动通信的特点与实现方式，在车辆定位系统中应用的移动通信可以归纳为：常规通信、集群通信、蜂窝通信、无线数据广播、专业数据通信、卫星通信等。•1.常规通信网数据传输–最简单的车辆定位系统采用，即建立一个管理中心，M个用户共用一个或多个信道。系统一旦设定完毕，个用户仅能利用自己的信道进行数据传输。–该方式下，移动车辆与管理中心的空中接口方法有两种：•1）TDMA（TimeDivisionMultipleAccess时分多址）方案•2）管理中心顺序查询各车辆的信息，本质上仍为TDMA•前一种方案的实时性比后者强车载GPS定位技术与应用•2.集群通信网数据传输•集群通信系统是专用调度通信系统，其特点是“频率共用”，即系统内用户共同使用一组频率，用户每次建立通话前首先向调度台提出申请，调度台将搜索到的空闲信道分配给该用户。•集群通信为用户提供的基本业务有话音通信、保密话音通信、数据及状态信息传输，并具有多种呼叫接续方式，如移动台到移动台、移动台到调度台双向、有线接续等，呼叫类型有单呼、组呼、全呼、有无线互连呼叫。车载GPS定位技术与应用•目前较为广泛使用的为集中控制方式的模拟集群系统，信令有MPT-1327标准的，也有非公开标准的。–基于MPT1327标准信令的系统，传输车辆定位数据可以在信令信道中进行，也可以在话音信道中进行;–而非公开信令标准的集群系统，车辆定位数据只能在话音信道中进行。相应地，对车辆的数字信息必须进行调制才能在话音信道中传输。车载GPS定位技术与应用3.蜂窝移动通信方式•（1）蜂窝数字分组数据(CDPD)通信•CDPD是蜂窝数字分组数据系统，以800MHz模拟蜂窝AMPS移动网为基础，与AMPS共用一频段，频宽为30KHz。它使用蜂窝系统的空闲话音信道传送业务，也可以指定一个专用信道传送数据业务。其突出特点是采用开放的TCP/IP协议，生产厂家较多，应用软件较易开发，便于用户使用。CDPD适用于短的突发性信息，以及速率低于19200bps的低、中速率业务。•目前，美国ITS联合会己经将CDPD系统确定为提供道路交通信息及为驾驶员进行路径导航的通信网络。车载GPS定位技术与应用（2）GSM短消息业务•短消息是GSM网所提供的电信业务之一。而短消息是GSM中唯一不要求建立端到端路径的业务，即使移动台已处于通话(或数据传输)过程中时亦可进行短消息传输。这样不需要使用其他的通信方式或占用另外的信道就可以同时进行车辆消息的传送和通话。这是其他通信方式所不能的。•点对点的短消息每次发送的信息量限制在160个字符以内，广播式短消息限93个字符以内。由于短消息传输用的是信令信道，采用的是存储转发的方式而不是象话音和数据那样建立电路连接，不占用业务信道，因此短消息服务费用低，传输延时较数据长而且不固定，一般时延在5秒左右。车载GPS定位技术与应用（3）通用分组无线业务(GPRS)•通用分组无线业务(GPRS)是在GSM网上开发的针对突发性数据分组传送的一种新业务，其业务种类与短信息业务类似，提供两类业务:点到点业务和一点到多点业务。GPRS采用四种信道编码方案以支持不同的数据传输速率，如表5.1所示。•若干个GPRS用户可以共享一个无线信道，而一个移动数据用户也可同时利用多个信道，因此GPRS用户的实际通信速率非常灵活，可以低于100bps，也可能高于100kbps。如果以后采用GSM上的增强数据速率EDGE或宽带码分多址WCDMA技术，改变现有的无线调制方式8PSK/QAM,则可以实现300kbps至2Mbps的数据通信速率。车载GPS定位技术与应用车载GPS定位技术与应用4.专用无线数据通信网•国际上较流行的无线数据通信还有采用Mobitex和Datatac技术的专用分组无线网络。–Mobitex技术由Ericcson公司和瑞典电信联合开发，用于美国的RAM网以及挪威、芬兰、比利时、荷兰、澳大利亚、加拿大、法国、韩国等的移动数据网，工作在900MHz或450MHz频段，理论传输速率为8kbit/s，实际有效吞吐量为2.4kbit-4.8kbit/s。–Datatac技术由Motorola公司开发，在美国的Ardis网及德国、英国、加拿大等的移动数据网中应用其理论传输率达到9.6kbps和19.2kbps，实际的吞吐量为2^-8kbps.车载GPS定位技术与应用5.广播数据通信(RDS)•RDS首先由欧洲广播联盟和各个欧洲广播公司，尤其是瑞典的TelecomRadio(STR)和BBC所定义，是在调频立体声广播(VHF/FM)中利用附加信道来传送数据信息，是对调频广播的重大发展。RDS以57KHz为副载波，带宽为4.8KHz,数据率为1.1875Kbit/s。•目前，RDS在欧洲已经广泛地应用于交通信息的广播发送，在国内，清华大学GPS研究室成功地开发了基于RDS的DGPS系统。车载GPS定位技术与应用6.卫星通信方式•卫星通信是利用通信卫星提供转发功能，实现远距离、覆盖面广的通信。目前，INMARSAT-A.B.C.M.D+等地面站己经建立，组建大范围的车辆监控系统可以选用卫星通信方式。其中，基于INMARSAT-C的Ctrack系统已经被广泛采用。另外，美国高通公司的OmniTRACS系统应用领域也非常广泛。•利用卫星通信作为车辆定位的数据传输方式，适用于监控全国乃至全球范围的车辆。但是，该系统的车载终端价格较高，通信费用也较高，因此，对小范围的车辆监控并不适用。而且，其实时性也不能保证.一般采用主动查询的方式对各移动目标进行监控。车载GPS定位技术与应用5.2模拟移动信道上的数据传输（自学）车载GPS定位技术与应用•即网络辅助的全球定位系统，这种方法需要网络和移动终端都能够接收GPS信息，是一种结合网络基站信息和GPS信息对移动终端进行定位的技术，可以在2G和3G网络中使用。•优势：–定位精度高。在室外等空旷地区，正常工作环境下其精度可达5～10m，堪称目前定位精度最高的一种定位技术。–锁定和响应时间短。利用网络传来的辅助信息可以增强TTFF（TimeToFirstFix），其首次捕获GPS信号的时间大大减小，一般仅需几秒，而不像GPS的首次捕获时间可能需要2～3min。A-GPS定位响应时间为3～10s之间。5.3A-GPS移动定位(AssistedGlobalPositioningSystem)车载GPS定位技术与应用5.3.2A-GPS的基本原理•前提：由于A-GPS通过移动终端和GPS辅助定位信息（由移动网络提供）共同获取移动终端的位置信息，因而需要在移动终端内增加A-GPS接收机模块（或者外接A-GPS接收机），同时要在移动网络上加建位置服务器等设备。•定位流程见下页车载GPS定位技术与应用定位流程如下：•（1）移动终端首先将本身的基站地址通过网络传输到位置服务器。•（2）位置服务器根据该终端的大概位置传输与该位置相关的GPS辅助信息（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）和移动终端位置计算的辅助信息（GPS历书以及修正数据、GPS星历、GPS导航电文等）。利用这些信息，终端的A-GPS模块可以很快捕获卫星，以提升GPS信号的第一锁定时间TTFF能力，并接收GPS原始信号。•（3）终端在接收到GPS原始信号后解调信号，计算终端到卫星的伪距（伪距即受各种GPS误差影响的距离）。车载GPS定位技术与应用•（4）若采用网络侧计算，终端将测量的GPS伪距信息通过网络传输到位置服务器，位置服务器根据传来的GPS伪距信息和来自其他定位设备（如差分GPS基准站等）的辅助信息完成对GPS信息的计算，并估算该终端的位置；若采用终端侧计算，终端根据测量的GPS伪距信息和网络传来的其他定位设备的辅助信息完成对GPS信息的计算，把估算的终端位置信息传给定位服务器。•（5）位置服务器将该终端的位置通过网络传输到应用平台。车载GPS定位技术与应用5.3.3A-GPS的网络结构目前，可以采用两种基本的网络拓扑结构：控制平面（ControlPlane）和用户平面（UserPlane）。（1）控制平面控制平面方式中，移动定位中心（SMLC，ServingMobileLocationCentre）与无线基站的无线网络控制器（RNC，RadioNetworkControllet）集成，GPS辅助信息通过信令的方式来交互。移动定位网关（GMLC）位于无线网络的IP数据网上，负责外部定位请求的接入。优点：由于通过信令接口在核心网络内部传输辅助数据，因而该结构传输效率高且安全可靠，有利于位置服务的管理和控制。缺点：缺点是无线网络控制器需具有移动定位中心的功能，会影响到核心网络，实现和维护复杂，成本较高。车载GPS定位技术与应用•（2）用户平面利用现代无线网络的IP功能，通过IP数据网和移动定位中心交互辅助信息，移动终端的UE（UserEquipment）直接通过相应的标准接口实现定位信息从终端到网关的传递。其相应的标准由开放式移动联盟（OMA）制定，称为安全用户层面定位（SUPL）。–优点在于可以独立于无线网络部署，无需无线接入网和核心网中各节点的网络信令支持，无需对无线核心网络进行改造，且与2G网络兼容，易实现，成本低，因而推广迅速。车载GPS定位技术与应用•SUPL定位方式使移动终端直接建立从终端到GMLC的端到端对话，实现无线定位信息传递，并通过Le接口实现与服务提供商的互通。SUPL的典型体系结构如图2所示。图2SUPL体系结构•5.3.4SUPLA-GPS的网络通信过程从图2中可以看出，SUPL定位平台（SLP）由SUPL定位中心（SLC）和SUPL位置中心（SPC）两部分组成，SUPL定位平台和SUPL终端（SET）之间的接口为LUP（LocationUserPlane），接口采用OMA的ULP（UserplaneLocationProtocol）协议。支持SUPL接口功能的SET具备的功能有：私密功能、安全功能、SET预备功能、辅助信息发送功能和位置计算功能等。车载GPS定位技术与应用（1）SUPLLUP接口定义LUP的功能从逻辑上可分为:定位服务管理接口和定位计算接口。其中，定位服务管理接口用来在定位中心SLP和SET之间建立会话并执行定位SLC的功能，其消息定义如表1所示。定位计算接口在SET和SLP之间传送位置计算信息，它执行SPC的功能，其消息定义如表2所示：表1表2车载GPS定位技术与应用（2）网络通信过程•在SUPL中，可分为代理模式和非代理模式。–代理模式下，SPC不再直接与SET通信，而是由SLC作为代理完成SET和SPC之间的通信；–在非代理模式下，SPC将直接与SET进行通信。–另外，由于终端归属地的不同，又可分为漫游和非漫游两种情况。为了便于讨论，只针对非漫游代理模式