北斗卫星导航定位系统与TD-SCDMA移动通信技术融合及其应用初探

CSNC2010第一届中国卫星导航学术年会北京1北斗卫星导航定位系统与TD－SCDMA移动通信技术融合及其应用初探张衡(中国航天标准化研究所，北京，100071)摘要:北斗卫星导航系统与TD-SCDMA移动通信技术都是我国具有独立知识产权的国产技术，在国民经济和国防建设中发挥着重要作用。本文介绍了这两种技术之间的关系，并对这两种国产技术的融合应用进行了展望。北斗系统与TD－SCDMA技术的关系非常密切。北斗系统可为TD－SCDMA技术应用提供精确的授时，而TD－SCDMA技术又能够与北斗系统相结合，形成导航应用产品，提供给广大用户。两者可在多个领域进行结合应用，主要包括辅助卫星导航、导航终端地图、智能交通领域、移动位置服务等领域。北斗卫星导航系统和TD－SCDMA技术的结合，不仅可以解决安全性问题，更可以带来巨大的经济和社会效益。关键词：北斗卫星导航；TD－SCDMA；移动通信StudyontheintegrationofCOMPASSandTD-SCDMAanddiscussonpossibleapplicationsofthisintegrationZhangHeng(ChinaAstronauticsStandardsInstitute,100071,China)Abstract:TheCOMPASSnavigationsatellitesystemisdevelopedindependentlybyChina,soisTD-SCDMA,athird-generationmobilecommunicationtechnology.ThesetwotechnologiesarebothplayingimportantrolesinChina’seconomyandnationaldefense.ThisarticleintroducestherelationshipbetweenthesetwotechnologiesanddiscussesthepossibleapplicationsoftheintegrationofCOMPASSandTD-SCDMA.COMPASSisabletoprovidesupporttoTD-SCDMA,andviceversa.Theformerprovidesprecisetimeservicetothelater,andthelatercouldbeintegratedwiththeformertoprovidenavigationapplicationstousers.Theintegrationareamainlyincludes:A-GNSS,navigationmap,intellectualtransportation,locationbasedservice,etc.WiththecombinationofCOMPASSandTD-SCDMA,wecannotonlysolvethesecurityproblems,butalsomakegreatachievementeconomicallyandsocially.Keywords:COMPASS;TD-SDCMA;mobilecommunication.随着移动互联网的蓬勃发展，基于位置服务的应用也层出不穷。现在市场上主要应用是以GPS定位系统获取地理位置信息，以GPRS和3G网络提供移动互联网接入服务。而拥有独立自主知识产权的北斗卫星导航系统和第三代移动通信技术TD－SCDMA在技术上的融合，可以更好的实现移动、位置、实时的移动互联网环境。本文将阐述两者之间的融合关系，并对融合应用前景进行展望。1技术发展现状北斗卫星导航系统﹝BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem﹞是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。北斗卫星导航定位系统与TD－SCDMA移动通信技术融合及其应用初探2TD-SCDMA是英文TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess（时分同步码分多址）的简称，作为中国提出的3G标准，自1999年正式向ITU(国际电联)提交以来，已经历经十来年的时间，完成了标准的专家组评估、ITU认可并发布、与3GPP(第三代伙伴项目)体系的融合、新技术特性的引入等一系列的国际标准化工作，从而使TD－SCDMA标准成为第一个由中国提出的，以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。这是我国电信史上重要的里程碑。(注:3G共有4个国际标准,另外3个分别是美国主导的CDMA2000、WiMAX和欧洲主导的WCDMA)。2北斗卫星导航系统与TD－SCDMA技术的融合关系卫星导航定位技术与TD－SCDMA技术的关系是非常密切的。卫星导航定位技术为TD－SCDMA技术应用提供精确的授时，而TD－SCDMA技术又能够与卫星导航定位技术相结合，形成导航应用产品，提供给广大用户。2.1北斗卫星导航系统可为TD－SCDMA网络提供授时TD－SCDMA技术在通信过程中离不开高精度的时间同步。载波频率的稳定、上下时隙的对准、可靠高质量的传送、基站之间的切换、漫游等都需要精确的同步控制。其同步的原理是TD－SCDMA网络中的各个单元（基站、终端等）通过授时系统来调整本地时间[1]。目前的解决方法就是在每个基站中配备GPS，即利用GPS定位技术来进行授时。这种方法的优点是时间同步精度高，无须组建网络，获取非常方便。缺点也是明显的：使用GPS技术会带来巨大的安全隐患。美国政府从未对GPS信号的质量和使用期限作出任何承诺和保证，而且美国军方还具有对特定地区GPS信号进行严重降质处理的能力。独立的北斗卫星导航定位技术，可以完美地解决TD－SCDMA网络的授时问题，同时也能保障系统工作的安全性。目前正在运行的第一代北斗导航系统采用单星授时方式，单向授时精度100ns，广播式无用户容量限制。第二代北斗导航系统将建成为为全球定位系统，与GPS一样采用四星授时方式，授时精度达到50ns。2.2TD－SCDMA技术可为北斗卫星导航系统提供通信服务在卫星导航定位技术中，通信模块是不可缺少的。北斗卫星定位和导航过程中的位置信息、调度指令、语音提示等，都要通过通信网络来传输。作为第三代移动通信技术，TD－SCDMA技术可以为卫星定位应用带来更好的使用效果和更完美的用户体验：1）数据传输速率，可以实时传输各种多媒体内容，包括图像、音频、视频等，可以进行视频通话、视频会议等；2）采用智能天线技术，通信信号稳定，抗干扰能力强，语音通话清晰；3）能够高速接入互联网，为导航终端提供实时地图更新，以及电子邮件等互联网服务。2.3TD－SCDMA技术可作为北斗卫星导航系统的有效补充在空旷的室外，卫星定位效果很好，但室内、高楼之间等无卫星定位信号或信号很差的地方，使用卫星定位就很难了。在这种情况下，便可采用TD－SCDMA技术来进行定位。由于其工作原理的特点，移动通信技术可以说天生就具有终端定位的功能，只是3G之前的通信技术，定位精度比较低，还没有像卫星定位技术那样实现大规模的应用。由于TD-SCDMA系统采用了智能天线和上行同步等关键技术，可实现较高精度的定位，在没有卫星定位信号的情况下，可以作为备份定位方案或替代定位方案。CSNC2010第一届中国卫星导航学术年会北京33北斗卫星导航系统与TD－SCDMA融合应用的前景展望两者可在多个领域进行结合应用，其中目前比较热点的应用领域有以下几个方面：1）辅助全球卫星导航系统（AssistedGlobalNavigationSatelliteSystem，简写为A-GNSS）领域的融合。利用TD－SCDMA网络向北斗导航接收器传送辅助卫星信息，以缩减北斗导航芯片获取卫星信号的延迟时间，减少首次定位时间[2]。在卫星信号较弱的受遮盖地区（楼宇之间、树林、室内等），则可利用TD－SCDMA网络的定位功能来弥补，减轻北斗导航芯片对卫星的依赖度。2）卫星导航终端地图领域的融合。卫星导航终端中，地图的作用是非常重要的，目前2d和3d导航地图的数据容量非常大，如果存放在导航仪中，需要海量存储设备。如果通过移动通信网络，向北斗导航仪传送在线导航地图的，将大大减少导航仪的本地存储压力，大幅降低产品成本。利用TD-SCDMA移动通信技术的高速传输能力，可以实现导航地图的实时传输，以及导航语音提示的传输。3）智能交通领域的融合。包括车辆位置跟踪、实时交通控制、动态交通诱导等。同时还可以开展多种增值服务，如车辆防盗服务、远行车辆联组服务、旅游信息服务、高速公路自动收费等等[3]。4）移动位置服务（LocationBasedService，简写为LBS）领域的融合。LBS是一种移动互联网服务和定位服务的融合业务，具有广阔的市场前景。利用北斗卫星导航系统获取移动用户的位置信息（经纬度坐标），在电子地图平台下，通过TD-SCDMA高速移动互联网为移动用户提供相应信息和搜索服务，包括建筑、道路、商业、交通等，以及其它各种互联网服务。4结束语作为国产技术，北斗卫星导航系统和TD－SCDMA技术的价值决不仅仅在于技术层面。2009年，美国官方发布消息，由于经费严重超支和技术问题，GPS系统在2010年可能无法保证提供高质量的服务，使得GPS的安全问题更加凸显，为我们敲响了警钟。我国的TD-SCDMA网络正在大规模的建设和应用阶段，需要北斗导航系统提供安全、精确的授时服务，同时也为北斗导航系统的应用提供有力支撑。随着北斗二代导航系统的建成和TD-SCDMA技术的普及应用，自主创新的卫星定位时代就要到来。参考文献[1]徐荣、陈晓明，TD－SCDMA系统GPS替代解决研究[J]，电信工程技术与标准化，2009年09期。[2]宋丹丹、肖创柏，基于SUPL的A-GPS移动定位系统的研究与设计[D]，2007通信理论与技术发展-第十二届全国青年通信学术会议论文集（上册）,中国北京，2007。[3]宋箐,TD-SCDMA在智能交通系统中的应用研究[J]，西安电子科技大学，2007。