WCDMA位置服务平台建设策略

    服务业务是指通过移动通信网络为移动终端用户提供的与位置相关的服务的一种增值业务。通常所说的位置服务是指与定位相关的业务，即通过移动通信网络获取移动终端用户的位置信息(经纬度坐标)，在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的增值业务[1]。

1 WCDMA定位技术介绍
      WCDMA R99规范中定义了3种定位技术：基于小区识别(CELLID)的定位技术、可观测不同到达时间(OTDOA)定位技术和网络辅助的全球定位系统(GPS)定位技术，下面分别对几种技术进行介绍。

      (1)基于CELLID的定位技术
      这是一种最基本的定位方法，适用于所有的蜂窝网络。它不需要移动台提供任何定位测量信息，也无须对现网进行改动，只需要在网络侧增加简单的定位流程处理即可，因而最容易实现，目前这种定位技术已经在各移动网络中广泛使用。

      由于CELLID定位不需要移动台的定位测量，并且空中接口的定位信令传输很少，所以定位响应时间较短，一般在3 s以内。

      (2)OTDOA技术
      OTDOA是一种应用于3G网络下的定位方式。在全球移动通信系统(GSM)网络中也有类似的定位方法，称为增强可观测不同到达时间(E-OTD)。

      这种定位方法的基本原理是：移动台测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的到达时刻(TOA)，即所谓的导频相位测量。根据该测量结果并结合基站的坐标，采用合适的位置估计算法，就能够计算出移动台的位置。

      使用这种方法，需要移动台所测量的基站同时发出下行导频信号。因此，网络中的所有基站必须实现时间同步。一般可通过在基站安装GPS接收机或连接到时间同步网来实现基站的同步。

      OTDOA的定位精度相比CELLID方法要高，但它的精度受到环境的影响，在郊区和农村可以将移动台定位在10～20 m范围内；在城区由于高大建筑物较多，电波传播环境不好，信号很难直接从基站到达移动台，一般要经过折射或反射，下行导频信号的TOA也就出现了误差，因此定位精度会受到影响，定位范围约100～200 m。一般情况下OTDOA定位响应时间约在3～6 s左右。

      (3)网络辅助的GPS定位
      基于应用层的全球定位系统(A-GPS)是网络辅助的GPS定位。这种方法需要网络和移动台都能够接收GPS信息。它的基本原理是：网络向移动台提供辅助GPS信息，包括GPS伪距测量的辅助信息(例如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)和移动台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，移动台可以很快地捕获卫星信号，并接收到测量信息，然后将测量信息发送给网络中的定位服务中心，由它计算出移动台当前所处的位置。由于位置计算是在网络完成的，移动台的GPS接收实现复杂度大大降低，并能够降低功耗。

      在开阔的环境中，如城郊或乡村，多径和遮挡是可以忽略的，A-GPS的定位精度能够达到10 m左右甚至更优；如果移动台处于城区环境，无遮挡并且多径不严重，定位精度将在30～70 m左右；如果移动台在室内或其他多径和遮挡严重的区域，此时移动台难以捕获到足够的卫星信号，A-GPS将无法完成定位，这是它的最大局限性。

      与前两种定位技术相比，A-GPS定位方法的响应时间稍长，在冷启动情况下，A-GPS的定位响应时间为10～30 s；正常工作状态下，响应时间为3～10 s左右。

      表1所列为各种定位方式的技术，由表1可以看出基于CELLID和基于应用层A-GPS的定位方式无需对现有网络改造就能够提供位置服务。CELLID定位方式与其他技术相比，其精度较低，定位精度取决于小区的大小。由于在城市中小区较小，精度已经足以提供信息服务了。CELLID的最大优点是它确定位置信息的响应时间十分快(3 s左右)，而且不用对手机和网络进行升级就可以直接向现网用户提供各种基于位置的服务。

      而基于应用层的A-GPS定位方式尽管不需要对现有网络作改动，但是需要终端对GPS的支持。随着支持A-GPS的商用终端的推出，基于应用层的GPS定位方式由于其定位精度高，越来越受到运营商的青眯。

      表1所列的各种定位技术，可以在不同情况下使用：基于CELLID的定位方法可以在定位精度要求较低时使用，OTDOA方法可以在定位精度要求较高并且终端和网络无GPS接收装置时使用，而A-GPS定位方法则适宜定位精度要求高且终端和网络有GPS接收装置时使用。另外，这几种方法可以混合使用，以弥补彼此的不足。例如同时使用CELLID和OTDOA技术，就可以在农村和密集城区多获得较好的定位效果。在宽带码分多址(WCDMA)网络商用初期，多数终端没有GPS设备，而且位置服务(LCS)业务种类不丰富，网络将主要利用前两种方法提供定位业务。随着网络的发展和成熟，A-GPS定位技术的应用将会有所增加，网络将同时使用多种定位技术在不同情况下为不同的应用和不同的用户提供LCS服务。

2 WCDMA定位系统网络结构
      3GPP规定的实现LCS业务的网络结构如图1所示，无线接入网侧的LCS功能实体是位置测量单元(LMU)和服务移动位置中心(SMLC)，其中LMU可以单独设置或与在节点B(NodeB)合设，SMLC可以是单独设备或作为无线网络控制器(RNC)的一个功能块和RNC在一起，取决于厂家的实现方式。核心网侧的LCS功能实体主要是网关移动位置中心(GMLC)，作为LCS服务器，它与LCS客户机(LCS Client)相连；其他核心网网元归属位置寄存器(HLR)、移动交换中心/移动交换中心服务器(MSC/MSC Service)、业务控制点(SCP)和服务通用分组无线业务支持节点(SGSN)需要具有支持位置业务的能力。

      上述功能实体各负其责，LMU负责无线信号测量，其结果供SMLC计算位置信息使用；SMLC根据业务的服务质量(QoS)选择适当的定位技术，并将用户设备(UE)的位置信息以经纬度的形式通过电路域的移动交换中心(MSC)或分组域的SGSN送到GMLC；GMLC是外部应用获取UE位置信息的网关，其功能包括对用户以及客户端的鉴权、授权，将SMLC送来的经纬度的位置信息转换为地理坐标，对客户端和用户的计费，接受客户端的请求并作出相应的响应等。

      LCS客户端是为了获取移动台位置信息而与LCS服务器进行交互的功能实体，它可以在移动网内实体上，也可以在移动网络外部，一般情况LCS客户是网络运营商或其他第三方提供的位置相关应用，它可以通过两种方式接入到GMLC，一种是通过采用移动定位协议(MLP)的Le接口接入，MLP是开放移动联盟(OMA)推荐的GMLC和具体应用之间的协议；另一种接入方式是通过开放式业务架构(OSA)提供的标准的应用编程接口(API)接口接入，这种方式是分层次网络发展的趋势，但目前统一业务平台建设还有一定难度，OSA API协议也有待完善，因此这种方式不如前一种方法易于实现。
根据不同应用的需要，LCS客户端可以向GMLC发出两种位置请求，即时位置请求(LIR)和延时位置请求(LDR)，其中包括目标UE的信息、客户端的信息、业务类型以及QoS等业务相关信息。相应的GMLC将回复即时响应、延时响应消息，其中包含目标UE的地理坐标，LCS客户端根据这个结果提供不同应用。

      WCDMA系统支持对漫游用户的位置业务，它是通过GMLC和HLR之间的Lh接口以及GMLC之间的Lr接口来实现的，简单来说，当客户端向接受请求的GMLC(R-GMLC)提出请求后，R-GMLC通过Lh和Lr接口找到归属GMLC(H-GMLC)和拜访GMLC(V-GMLC)，并将位置请求转到V-GMLC，由拜访网络对漫游用户进行定位，然后将返回结果经R-GMLC送到客户端。

3 对位置服务平台建设的考虑
      在WCDMA网络中，为了实现CELLID定位业务需在网络侧增加SMLC和GMLC两个网络实体，GMLC是WCDMA网络中提供移动位置业务的核心实体，其可以是单独的物理设备，也可以集成在MSC中来实现。SMLC功能是集成在RNC中的，由RNC对各种位置信息进行收集和计算，并把位置评估的结果通过Iu接口向MSC报告。

      位置服务平台与GSM/WCDMA网络设备之间交互信息的承载可通过7号信令网实现，由于信令网在2G、3G网络中可以共用，因此，为了实现对3G用户的定位业务，需要各地市新增的RNC、MSC、HLR、GMSC软件从功能上支持3GPP TS23.171(R99)规定的定位业务操作方式，同时也需要对LSP进行软件升级，增加相应的业务处理和管理模块，用以支持能够从3G GMLC获得位置信息，并以标准格式发送给相应的服务提供商/内容提供商(SP/CP)。因此可以维持现有基于位置的服务业务平台(LSP)结构不变，同时在2G、3G网络中共用。通用数据存放在数据业务管理平台(DSMP)，特性数据存放在LSP业务平台。基于位置的服务(LBS)系统混合组网结构如图2所示。

      目前实现位置业务时，GMLC需要通过短消息中心来通知用户正在被定位，用户使用特殊格式的短消息返回短消息中心响应，短消息再将响应返回GMLC，响应中指示允许定位还是不允许。如果允许定位，则继续定位，如果不允许，则返回SP失败。3GPP规定的几类标准的位置业务如表2所示。

      在标准化的应用中，基于位置的信息服务是比较典型的位置业务，也是比较容易实现的业务。目前这类业务的业务请求和响应都是以短消息的方式实现的，在2.5G网络中，已经有一些简单的应用，例如查找某个终端的位置，附近的饭店、银行、加油站等。在WCDMA系统中，由于网络承载能力的提高、终端显示的改进，位置业务信息将不局限于文本形式，图像、文本、声音以及媒体流等都可能成为信息载体，这不仅使信息提供更准确，也将吸引更多的用户使用位置业务。

      作为一项有广阔发展前景的业务，移动运营商在进行位置服务系统的建设时应遵循各集团公司统一制订的技术规范，同时结合技术发展趋势和现网条件，以用户需求为基础，针对企业级应用和个人定位应用不同的定位要求选择相应的技术，以满足企业级用户和个人用户的多样性需求；同时应该保证应用平台的开放性和通用性，这样就能充分调动第三方应用开发商和内容提供商的创造性和资源，不断推出满足消费者需要的新型定位增值业务，巩固运营商的差异竞争优势，提高用户忠诚度。

      目前移动运营商已经基于GSM网络建设了LBS位置服务平台，多数采用基于CELLID(ATI)的定位技术，业务覆盖省内各地市个人和部分行业用户。但是现有的位置服务平台无论从容量上还是功能上都不能满足3G网络建设后业务发展的需求，因此应根据市场需要和技术演进趋势对定位平台系统增加新的网元并进行软件升级，使其同时支持2G和3G用户。

      如果3G初期定位业务发展良好，可考虑新建一套定位业务系统，主要为3G用户提供高精度定位服务，系统应能够支持A-GPS定位技术，同时如果初期3G用户业务量较小，新建设的定位平台也可以考虑同时为2G用户提供服务。系统硬件处理能力可以按照满足未来2年峰值处理能力进行建设，软件可以较小，随着业务的发展，可以方便地进行软硬件垂直或水平扩容。

      在业务的推广过程中，除了不断引入实力强、内容丰富的SP/CP外，移动运营商还需要根据技术手段的发展，不断完善业务管理、业务流程，加强设备的客户化能力，规避对客户隐私权侵犯的风险。

      总之，随着3G网络的商用进程的加快，位置服务作为特有的与移动性相关的业务，将可以依托WCDMA网络的宽带、高速的特性，给行业集团客户提供一个新的有效的选择，给个人用户提供相关的娱乐应用和带来极大的便利，必将深入渗透到全社会的方方面面，给人们提供丰富多彩的应用。

4 参考文献
[1] 余晖, 邢燕霞. WCDMA网络中的位置业务[R]. 北京:中国电信集团北京研究院, 2003.

收稿日期：2006-07-15

[摘要] WCDMA规范中主要有3种定位技术：基于小区识别(CELLID)的定位技术、可观测不同到达时间(OTDOA)定位技术和网络辅助的全球定位系统(GPS)定位技术。基于CELLID的定位方法可以在定位精度要求较低时使用；OTDOA方法可以在定位精度要求较高并且终端和网络无GPS接收装置时使用；而基于应用层的全球定位系统(A-GPS)定位方法则适宜定位精度要求高且终端和网络有GPS接收装置时使用。在WCDMA发展初期，位置服务平台的建设应考虑2G/3G混合组网的实际情况，平台应能同时支持2G和3G用户，技术上应能够支持A-GPS定位技术。

[关键词] 定位技术；位置服务；基于应用层的全球定位系统

[Abstract] There are 3 positioning technologies in the WCDMA norms. One is the cell ID-based technology, another is the Observed Time Difference of Arrival (OTDOA) technology, and the third is the network-assisted Global Positioning System (GPS) technology. The positioning technology based on cell ID is used for low precision. The OTDOA method is used for a higher precision and with no GPS receiving devices. The Assisted GPS (A-GPS) method is fit for high precision and with GPS receiving devices. In the initial stage of WCDMA development, the current mixed 2G/3G network situation should be considered in the construction of location service platforms. The platform is required to support both 2G and 3G network users and it should also be able to support the Assisted GPS positioning technology based on the application layer.

[Keywords] positioning technology; location service; application-layer-based GPS