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摘要:主要介绍了无线定位在CDMA网络中的具体实现方法。分析了CDMA无线定位技术及CDMA无线定位业务的网络结构。
关键词:CDMA网络;无线定位;定位技术
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2009)15-3884-02
Implementation of Wireless Orientation for CDMA Network
NIU Fang-lin, YU Ling
(Information Science & Engineering College, Liaoning Institute of Technology, Jinzhou 121001, China)
Abstract: Practicality implementation wireless Orientation in CDMA network is introduced, and CDMA wireless orientation technology and the network structure of CDMA wireless orientation are analysed.
Key words: CDMA network; wireless orientation; orientation technology
无线定位服务始于20世纪60年代。1996年,美国联邦通信委员会(FCC)强制要求所有无线业务提供商,在移动用户发出紧急呼叫时,必须向公共安全服务系统提供用户的位置信息和终端号码,以便对用户实施紧急救援。此后,日本、韩国和欧洲等国家先后推出各具特色的定位服务,使无线定位业务得到了广泛的应用。
在定位方面,CDMA系统具有自己独特的优势。它可以利用自身独有的特性来实现用户的定位,如终端与网络严格的时钟同步,基站可以提供GPS导航信息,手机可以利用基站导频信号的码片时延来确定距离等。此外,现有的CDMA网络可以比较容易地升级成为支持定位业务的网络,而且CDMA的定位过程对现有业务的影响也比较小。另外,美国高通公司已经推出了内嵌定位功能为Cdma2000 1X系统服务的MSM 5100系列芯片,为新型CDMA手机支持高精度的定位服务铺平了道路。
基于上述特性,现有CDMA系统更容易提供定位功能,并可以提供优于其他网络的定位业务。
1 CDMA定位技术
无线定位技术是通过检测移动台和基站之间传播信号的某些特征参数(如时间、距离等),再根据特定的算法来获得被测物体几何位置的。
1.1 基于小区标识(CeII ID)的定位
基于CeII ID的定位是依靠小区信息实现定位的方式。定位时,基站控制器(BSC)随时了解移动台的信息,在移动台(MS)进行位置更新、呼叫处理、短消息传送以及切换过程中将移动台所在的CeII ID传送给移动交换中心(MSC),利用移动台信息进行粗定位。这种定位方式实现简单,无需对现有网络和手机做任何修改,但定位精度不高,误差大于200m。
1.2 基于反向链路(AFLT)的定位
基于AFLT的定位是基于CDMA网络实现定位的方式。其定位过程是由多个基站接收机同时检测移动台发射的信号,并对这些信号进行精确的达到时间的测量,把各接收信号携带的与移动台位置有关的特征信息传送到一个定位服务中心,利用接收信号码片时延来确定移动台到附近基站的距离,最后用三角定位法算出移动用户的位置。这种定位方式需要对网络和移动台做一定的改动,定位精度与基站密度有关,定位误差为几十米。
1.3 基于全球定位系统(GPS)的定位
基于GPS的定位是利用移动台的GPS接收机实现定位的方式。CDMA网络跟踪移动用户上空GPS卫星,解调出GPS导航信号,并将这些信息传送给移动台,移动台利用这些信息确定与各卫星之间的位置关系,再通过某种算法对自身位置进行定位。这种定位方式需要在网络中增加新的实体,移动台也需要软件升级。GPS定位精度较高,一般在几米或十几米。但缺点是,在障碍物多、大、高的地方无法实现定位。
1.4 基于网络辅助全球定位系统(WAG)的定位
基于WAG的定位是GPS和AFLT相结合的混合定位方式,它综合了基于网络的非GPS定位技术和基于GPS的网络辅助定位技术的优点。在野外,可以利用GPS定位提供高精度的位置信息,同时缩短定位时间。在城市可以利用基站密集的优势,提供AFLT定位和GPS与AFLT混合的方式定位。这种混合定位方式,实现了在复杂环境下(如室内、城市高楼之间)的精确定位,同时也保证了定位的实时性要求。
上述四种定位技术在定位精度、适用环境以及对终端和网络的要求上各有不同。为了提高CDMA网络的竞争力,建议采用WAG技术。美国高通公司推出的内嵌混合定位技术的支持CDMA 2000 IX网络的MSM5100芯片,其定位精度室外达到10米,室内达到25米。
2 CDMA无线定位的网络结构
CDMA网络的无线定位是在原有移动通信系统上增加一系列功能实体实现的。其目的在于获得定位数据,管理定位流程,提供定位服务。
2.1 定位实体(PDE)
PDE是与具体定位技术相关的网絡单元,每个PDE能支持一种或多种定位技术。当收到MPC的定位请求时,PDE与移动交换中心(MSC)、基站和移动台等相关设备交换相关的定位信息,具体的定位计算由PDE完成。PDE还具有管理多路移动台通路、实时全球定位系统基准数据的输入、定时定位记录及显示等控制功能。
2.2 移动定位中心(MPC)
MPC主要实现定位网关功能,负责位置信息的获取、传递、存储及控制。MPC接收来自MSC等应用实体的定位请求,并在进行监督和授权检查等必要的处理后将请求发给PDE;MPC接收PDE提供的定位结果,再将定位结果发给MSC或外部LCS Client等应用实体。一个MPC只能与一个MPC相连,但一个MPC能同时服务于多个MSC,一个PDE只能与一个MSC相连,但一个MPC能与覆盖区域内多个PDE相连。
2.3 应用客户端(LCS Client)
LCS Client主要实现定位业务的具体流程,它可以通过与MPC交互,以指定的位置服务质量为一个或多个目标获取位置信息,并将位置信息转化后传递给最终用户。它能支持紧急业务,处理话音接续,协调路由数据库实现位置坐标的转换,能将用定位数据表示的经纬度转换为文字、语音和电子地图等方式再传递给最终用户。
3 CDMA网络中定位业务的实现
在CDMA网络中,移动台与定位实体之间是以IS—801协议标准来承载的,按IS—801通信的发起方划分,通信流程包括由移动台发起方式和由网络发起方式两种。以CDMA 2000 IX网络为例说明两种方式:
3.1 基于TCP/IP方式实现定位
基于TCP/IP方式是指定位过程由移动台发起,定位信息和定位应用由CDMA分组域的TCP/IP网络承载的方式。当用户需要某项定位服务时,使用移动台上的WAP应用向网络发出请求,网络将用户的请求通过分组数据交换节点(PDSN)传送到WAP网关,再到位置服务器(LBS);LBS对用户进行鉴权,再向移动台返回特定信息;用户如果接收并使用该信息,则移动台上的WAP应用调用底层的定位编程接口(API);移动台向PDE发送IS—801消息请求位置信息,PDE利用从移动台和GPS参考系中获得的信息及PDE本身存储的相关信息计算用户位置,并用IS-801消息将位置信息返回移动台;移动台将接收到的位置信息通过WAP应用发送给LBS服务器;LBS服务器根据接收到的信息提供对应的服务,并通过CDMA2000 IX网络,使用TCP/IP承载将服务提供给用户。在这种方式中移动台使用高通公司提供的具有GPS或AFLT功能的芯片,定位实体算法也由高通公司提供,移动台和PDE之间通过TCP/IP承载IS—801消息进行通信,PDE能够支持GPS和AFLT的定位技术。
基于TCP/IP实现定位的优点是对现有网络的改动较小,只需增加PDE实体及相应的接口,无线网络无需改动。缺点时是只能完成移动台发起的定位业务,即仅能提供跟踪业务和基于位置的信息服务两种类别的定位服务。
3.2 基于电路域网络实现定位
基于电路域实现方式是指定位过程可以由移动台发起也可以由网络发起,定位操作可以由No.7信令承载也可以由TCP/IP承载的实现定位的方式。在此方式中,网络中增加了三个功能实体:PDE,CLIENT和MPC,其中,PDE除了具有与TCP/IP方式中的PDE相同的GPS、AFLT定位功能外,还需要有支持导频强度测量的定位技术,并能支持MSC的基于IS—801的消息交互。LCSCLIENT是指提供具体定位服务的实体,可以是运营商网络中的实体,也可以是现有的业务供应商。MPC是定位网络中功能较多的一个实体,有归属MPC和服务MPC两种。归属MPC负责对接入网络的LCSCLIENT进行鉴权;服务MPC需要具有根据定位请求信息选择PDE的能力。
在定位业务的标准PN—4747中定义了很多流程。由移动台发起的定位业务,可采用呼叫方式、短消息方式或WAP应用方式。现以移动台发起的呼叫方式中的增强型呼叫路由为例,假设用户要查找最近的超市,用户首先在移动台上输入“#KFC”;MSC收到用户信息后,将业务触发到SCP;SCP確定用户申请了增强型呼叫路由业务后,向MPC请求对用户进行定位;MPC确定SCP是授权实体,且用户当前时间允许被定位,MPC指示PDE获取位置信息;PDE通过IS—801定义的接口与MSC通信,从移动台获得相关信息并进行计算,得出位置信息;PDE将计算好的位置信息翻译成对应的超市号码,指示MSC接续,于是用户可以与超市直接通信。对于由网络主动发起的定位业务,可以家长监护子女的应用为例,原理与上例相同,只是由LXSXLINT取代SCP。
基于电路域网络实现定位业务是将网络升级为具有定位业务功能网络的一种定位业务实现方式。其优点是有相对成熟的标准为依据,网络可以提供全面的定位功能,当网络具备定位功能后,可以根据需要开发各种应用。缺点是网络需要全面升级,业务提供的周期较长。
综上所述,CDMA网络在实现定位服务方面具有自己独特优势,现有的CDMA系统更容易实现定位业务,随着CDMA网络定位技术及定位相关协议体系的成熟,今后无论在技术和网络构建上都会得到进一步提高。
参考文献:
[1] 范平志,邓平,刘林,等.蜂窝网无线定位技术[M].北京:电子工业出版社,2001.
[2] IS—801,Position determination Service Standard for Dual Mode Spread Spectrum Systems,Telecommunications Industry Association,2001.
关键词:CDMA网络;无线定位;定位技术
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2009)15-3884-02
Implementation of Wireless Orientation for CDMA Network
NIU Fang-lin, YU Ling
(Information Science & Engineering College, Liaoning Institute of Technology, Jinzhou 121001, China)
Abstract: Practicality implementation wireless Orientation in CDMA network is introduced, and CDMA wireless orientation technology and the network structure of CDMA wireless orientation are analysed.
Key words: CDMA network; wireless orientation; orientation technology
无线定位服务始于20世纪60年代。1996年,美国联邦通信委员会(FCC)强制要求所有无线业务提供商,在移动用户发出紧急呼叫时,必须向公共安全服务系统提供用户的位置信息和终端号码,以便对用户实施紧急救援。此后,日本、韩国和欧洲等国家先后推出各具特色的定位服务,使无线定位业务得到了广泛的应用。
在定位方面,CDMA系统具有自己独特的优势。它可以利用自身独有的特性来实现用户的定位,如终端与网络严格的时钟同步,基站可以提供GPS导航信息,手机可以利用基站导频信号的码片时延来确定距离等。此外,现有的CDMA网络可以比较容易地升级成为支持定位业务的网络,而且CDMA的定位过程对现有业务的影响也比较小。另外,美国高通公司已经推出了内嵌定位功能为Cdma2000 1X系统服务的MSM 5100系列芯片,为新型CDMA手机支持高精度的定位服务铺平了道路。
基于上述特性,现有CDMA系统更容易提供定位功能,并可以提供优于其他网络的定位业务。
1 CDMA定位技术
无线定位技术是通过检测移动台和基站之间传播信号的某些特征参数(如时间、距离等),再根据特定的算法来获得被测物体几何位置的。
1.1 基于小区标识(CeII ID)的定位
基于CeII ID的定位是依靠小区信息实现定位的方式。定位时,基站控制器(BSC)随时了解移动台的信息,在移动台(MS)进行位置更新、呼叫处理、短消息传送以及切换过程中将移动台所在的CeII ID传送给移动交换中心(MSC),利用移动台信息进行粗定位。这种定位方式实现简单,无需对现有网络和手机做任何修改,但定位精度不高,误差大于200m。
1.2 基于反向链路(AFLT)的定位
基于AFLT的定位是基于CDMA网络实现定位的方式。其定位过程是由多个基站接收机同时检测移动台发射的信号,并对这些信号进行精确的达到时间的测量,把各接收信号携带的与移动台位置有关的特征信息传送到一个定位服务中心,利用接收信号码片时延来确定移动台到附近基站的距离,最后用三角定位法算出移动用户的位置。这种定位方式需要对网络和移动台做一定的改动,定位精度与基站密度有关,定位误差为几十米。
1.3 基于全球定位系统(GPS)的定位
基于GPS的定位是利用移动台的GPS接收机实现定位的方式。CDMA网络跟踪移动用户上空GPS卫星,解调出GPS导航信号,并将这些信息传送给移动台,移动台利用这些信息确定与各卫星之间的位置关系,再通过某种算法对自身位置进行定位。这种定位方式需要在网络中增加新的实体,移动台也需要软件升级。GPS定位精度较高,一般在几米或十几米。但缺点是,在障碍物多、大、高的地方无法实现定位。
1.4 基于网络辅助全球定位系统(WAG)的定位
基于WAG的定位是GPS和AFLT相结合的混合定位方式,它综合了基于网络的非GPS定位技术和基于GPS的网络辅助定位技术的优点。在野外,可以利用GPS定位提供高精度的位置信息,同时缩短定位时间。在城市可以利用基站密集的优势,提供AFLT定位和GPS与AFLT混合的方式定位。这种混合定位方式,实现了在复杂环境下(如室内、城市高楼之间)的精确定位,同时也保证了定位的实时性要求。
上述四种定位技术在定位精度、适用环境以及对终端和网络的要求上各有不同。为了提高CDMA网络的竞争力,建议采用WAG技术。美国高通公司推出的内嵌混合定位技术的支持CDMA 2000 IX网络的MSM5100芯片,其定位精度室外达到10米,室内达到25米。
2 CDMA无线定位的网络结构
CDMA网络的无线定位是在原有移动通信系统上增加一系列功能实体实现的。其目的在于获得定位数据,管理定位流程,提供定位服务。
2.1 定位实体(PDE)
PDE是与具体定位技术相关的网絡单元,每个PDE能支持一种或多种定位技术。当收到MPC的定位请求时,PDE与移动交换中心(MSC)、基站和移动台等相关设备交换相关的定位信息,具体的定位计算由PDE完成。PDE还具有管理多路移动台通路、实时全球定位系统基准数据的输入、定时定位记录及显示等控制功能。
2.2 移动定位中心(MPC)
MPC主要实现定位网关功能,负责位置信息的获取、传递、存储及控制。MPC接收来自MSC等应用实体的定位请求,并在进行监督和授权检查等必要的处理后将请求发给PDE;MPC接收PDE提供的定位结果,再将定位结果发给MSC或外部LCS Client等应用实体。一个MPC只能与一个MPC相连,但一个MPC能同时服务于多个MSC,一个PDE只能与一个MSC相连,但一个MPC能与覆盖区域内多个PDE相连。
2.3 应用客户端(LCS Client)
LCS Client主要实现定位业务的具体流程,它可以通过与MPC交互,以指定的位置服务质量为一个或多个目标获取位置信息,并将位置信息转化后传递给最终用户。它能支持紧急业务,处理话音接续,协调路由数据库实现位置坐标的转换,能将用定位数据表示的经纬度转换为文字、语音和电子地图等方式再传递给最终用户。
3 CDMA网络中定位业务的实现
在CDMA网络中,移动台与定位实体之间是以IS—801协议标准来承载的,按IS—801通信的发起方划分,通信流程包括由移动台发起方式和由网络发起方式两种。以CDMA 2000 IX网络为例说明两种方式:
3.1 基于TCP/IP方式实现定位
基于TCP/IP方式是指定位过程由移动台发起,定位信息和定位应用由CDMA分组域的TCP/IP网络承载的方式。当用户需要某项定位服务时,使用移动台上的WAP应用向网络发出请求,网络将用户的请求通过分组数据交换节点(PDSN)传送到WAP网关,再到位置服务器(LBS);LBS对用户进行鉴权,再向移动台返回特定信息;用户如果接收并使用该信息,则移动台上的WAP应用调用底层的定位编程接口(API);移动台向PDE发送IS—801消息请求位置信息,PDE利用从移动台和GPS参考系中获得的信息及PDE本身存储的相关信息计算用户位置,并用IS-801消息将位置信息返回移动台;移动台将接收到的位置信息通过WAP应用发送给LBS服务器;LBS服务器根据接收到的信息提供对应的服务,并通过CDMA2000 IX网络,使用TCP/IP承载将服务提供给用户。在这种方式中移动台使用高通公司提供的具有GPS或AFLT功能的芯片,定位实体算法也由高通公司提供,移动台和PDE之间通过TCP/IP承载IS—801消息进行通信,PDE能够支持GPS和AFLT的定位技术。
基于TCP/IP实现定位的优点是对现有网络的改动较小,只需增加PDE实体及相应的接口,无线网络无需改动。缺点时是只能完成移动台发起的定位业务,即仅能提供跟踪业务和基于位置的信息服务两种类别的定位服务。
3.2 基于电路域网络实现定位
基于电路域实现方式是指定位过程可以由移动台发起也可以由网络发起,定位操作可以由No.7信令承载也可以由TCP/IP承载的实现定位的方式。在此方式中,网络中增加了三个功能实体:PDE,CLIENT和MPC,其中,PDE除了具有与TCP/IP方式中的PDE相同的GPS、AFLT定位功能外,还需要有支持导频强度测量的定位技术,并能支持MSC的基于IS—801的消息交互。LCSCLIENT是指提供具体定位服务的实体,可以是运营商网络中的实体,也可以是现有的业务供应商。MPC是定位网络中功能较多的一个实体,有归属MPC和服务MPC两种。归属MPC负责对接入网络的LCSCLIENT进行鉴权;服务MPC需要具有根据定位请求信息选择PDE的能力。
在定位业务的标准PN—4747中定义了很多流程。由移动台发起的定位业务,可采用呼叫方式、短消息方式或WAP应用方式。现以移动台发起的呼叫方式中的增强型呼叫路由为例,假设用户要查找最近的超市,用户首先在移动台上输入“#KFC”;MSC收到用户信息后,将业务触发到SCP;SCP確定用户申请了增强型呼叫路由业务后,向MPC请求对用户进行定位;MPC确定SCP是授权实体,且用户当前时间允许被定位,MPC指示PDE获取位置信息;PDE通过IS—801定义的接口与MSC通信,从移动台获得相关信息并进行计算,得出位置信息;PDE将计算好的位置信息翻译成对应的超市号码,指示MSC接续,于是用户可以与超市直接通信。对于由网络主动发起的定位业务,可以家长监护子女的应用为例,原理与上例相同,只是由LXSXLINT取代SCP。
基于电路域网络实现定位业务是将网络升级为具有定位业务功能网络的一种定位业务实现方式。其优点是有相对成熟的标准为依据,网络可以提供全面的定位功能,当网络具备定位功能后,可以根据需要开发各种应用。缺点是网络需要全面升级,业务提供的周期较长。
综上所述,CDMA网络在实现定位服务方面具有自己独特优势,现有的CDMA系统更容易实现定位业务,随着CDMA网络定位技术及定位相关协议体系的成熟,今后无论在技术和网络构建上都会得到进一步提高。
参考文献:
[1] 范平志,邓平,刘林,等.蜂窝网无线定位技术[M].北京:电子工业出版社,2001.
[2] IS—801,Position determination Service Standard for Dual Mode Spread Spectrum Systems,Telecommunications Industry Association,2001.