移動(dòng)定位技術(shù)的發(fā)展歷程
如今智能手機(jī)已經(jīng)在整個(gè)社會(huì)普及，數(shù)量眾多的手機(jī)應(yīng)用成為了人們生活當(dāng)中不可或缺的一部分。越來(lái)越多的手機(jī)應(yīng)用都用到了手機(jī)定位技術(shù)，無(wú)論是本地搜索類應(yīng)用，還是各種商業(yè)信息發(fā)布類應(yīng)用，更不用說(shuō)眾多的交通導(dǎo)航類應(yīng)用�？梢哉f(shuō)定位服務(wù)（LBS）的應(yīng)用已經(jīng)是當(dāng)下最為流行的移動(dòng)應(yīng)用之一。
移動(dòng)定位技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段。最初的基于服務(wù)蜂窩小區(qū)的定位技術(shù)（如CELL-ID）可以快速定位，但是不夠精確。之后的基于衛(wèi)星信號(hào)的GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）定位技術(shù)可以精確地定位，然而由于需要搜星使初次定位時(shí)間（TTFF）過(guò)長(zhǎng)而略顯不便。這其中用得最為廣泛的就是美國(guó)的GPS全球定位系統(tǒng)。直到后來(lái)，將兩者融合產(chǎn)生了A-GNSS（輔助GNSS）技術(shù)，手機(jī)終端首先通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)獲取定位輔助數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)快速搜星，然后通過(guò)GNSS信號(hào)計(jì)算出位置。相對(duì)于純粹的GNSS定位，A-GNSS能夠更快地實(shí)現(xiàn)定位，因此，它成為了最主要的移動(dòng)定位解決方案。
然而在移動(dòng)通信方面，LTE正在到來(lái)。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家（例如美國(guó)），LTE已經(jīng)開(kāi)始商用。雖然中國(guó)目前還處于3G時(shí)代，但對(duì)LTE的研究和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得如火如荼，可以說(shuō)LTE已經(jīng)是大勢(shì)所趨。LTE對(duì)終端定位的要求也進(jìn)一步提高。
3GPP LTE Release 9規(guī)范定義了3種手機(jī)定位技術(shù)：ECID、A-GNSS和OTDOA.相對(duì)來(lái)說(shuō)，OTDOA是一個(gè)比較新的技術(shù)，它不需要使用GNSS信號(hào)，而是利用類似于GNSS的定位原理，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚�(gè)或更多的基站參考信號(hào)（RS）的到達(dá)時(shí)間差（RSTD），在已知各基站位置的情況下計(jì)算出手機(jī)所在位置（圖1）。
實(shí)際上，在WCDMA中就已經(jīng)有了OTDOA,但是WCDMA并不是一個(gè)同步系統(tǒng)。各基站之間的時(shí)鐘誤差導(dǎo)致部署OTDOA需要高昂的成本，因而無(wú)法商用。LTE由于是同步系統(tǒng)，有利于OTDOA的使用。由于OTDOA不依賴于GNSS信號(hào)，彌補(bǔ)了GNSS在室內(nèi)無(wú)法定位的缺陷，OTDOA成為了GNSS之外各運(yùn)營(yíng)商另一個(gè)強(qiáng)制要求的LTE定位技術(shù)。
圖1:OTDOA定位。
LPP定位協(xié)議
3GPP Release 9除定義了LTE的定位技術(shù)，還定義了一種全新的定位協(xié)議LPP（LTE定位協(xié)議）（圖2）。LPP能夠全面支持LTE中用到的定位技術(shù)（包括ECID、A-GNSS和OTDOA），它還支持A-GNSS+OTDOA的混合定位技術(shù)。
圖2:LPP通用定位協(xié)議。
基于4個(gè)球面確定一個(gè)點(diǎn)的原理，手機(jī)在定位時(shí)需要4個(gè)參考點(diǎn)。在LPP協(xié)議的支持下，在衛(wèi)星可見(jiàn)性較好的地區(qū)（如市郊），手機(jī)可以通過(guò)測(cè)量4顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位；在衛(wèi)星可見(jiàn)性較不好的地區(qū)（如市中心），手機(jī)可以通過(guò)測(cè)量2顆可見(jiàn)衛(wèi)星信號(hào)及2個(gè)LTE基站信號(hào)進(jìn)行定位；而在衛(wèi)星不可見(jiàn)的室內(nèi)，手機(jī)則通過(guò)OTDOA實(shí)現(xiàn)定位（圖3）。LPP的優(yōu)勢(shì)在于能夠保證手機(jī)終端在各種環(huán)境下都能實(shí)現(xiàn)定位。
圖3:LPP支持A-GNSS、OTDOA以及A-GNSS+OTDOA混合定位。
LPP作為通用定位通信協(xié)議，主要功能在于在網(wǎng)絡(luò)與終端之間交互定位輔助數(shù)據(jù)和定位信息。實(shí)際上它既可以在控制平面也可以在數(shù)據(jù)平面使用。相對(duì)來(lái)說(shuō)，控制平面的實(shí)現(xiàn)方式需要用到專用控制信道并且會(huì)顯著地增加移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)成本，因?yàn)槎鄠�(gè)網(wǎng)元需要在軟件和硬件上升級(jí)，才能支持這些定位相關(guān)的控制平面信令。因此，用戶平面的實(shí)現(xiàn)方式更容易被用于商業(yè)應(yīng)用。
SUPL（安全用戶平面定位）協(xié)議
LPP在用戶平面的應(yīng)用是通過(guò)SUPL（安全用戶平面定位）協(xié)議實(shí)現(xiàn)的（圖4）。LPP消息作為SUPL消息的承載（Payload），是定位信息的實(shí)際載體。如同一個(gè)形象的比喻，SUPL消息就像是信封，而LPP消息就是里面寫信的信紙。在SUPL的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，網(wǎng)元SLP（SUPL定位平臺(tái)）負(fù)責(zé)處理所有的SUPL消息。這些SUPL消息在LTE網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)P-GW和S-GW在數(shù)據(jù)鏈路中與終端進(jìn)行交互，同時(shí)SLP與E-SMLC接口獲取定位輔助數(shù)據(jù)。
圖4:SUPL網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
SUPL 2.0作為SUPL的一個(gè)進(jìn)階版本，是伴隨著LTE產(chǎn)生的。SUPL的最初版本SUPL 1.0并不支持LTE網(wǎng)絡(luò)，而SUPL 2.0可以支持LTE,同時(shí)也支持LPP定位協(xié)議，以及OTDOA、WIFI等新的定位技術(shù)。同時(shí)，SUPL 2.0還能夠兼容現(xiàn)有的所有定位協(xié)議和技術(shù)，例如在LPP之外，它同樣支持當(dāng)前正在2G、3G網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的通用定位協(xié)議（如RRLP、RRC、IS-801）（圖5）。因此，只要SLP和SMLC可以支持其中的任意一種通用定位協(xié)議，SUPL 2.0就可以在該網(wǎng)絡(luò)中被部署，而無(wú)論是2G、3G或是4G網(wǎng)絡(luò)。
SUPL 2.0的這種靈活性非常重要，尤其是在LTE部署的最初階段，因?yàn)長(zhǎng)TE的部署不可能一蹴而就，必然需要從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平滑過(guò)渡，SUPL 2.0對(duì)各種協(xié)議的兼容性保證了從各制式網(wǎng)絡(luò)到LTE網(wǎng)絡(luò)的平滑無(wú)縫過(guò)渡。
圖5:SUPL 2.0支持多種通用定位協(xié)議。
SUPL 2.0新功能特性
SUPL 2.0除了技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，還增加了多種新的功能特性。它可以在各種商業(yè)應(yīng)用或是公共服務(wù)中被使用，成為未來(lái)新的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)。在此列舉其中的兩個(gè)新功能：
區(qū)域事件觸發(fā)功能：定義一個(gè)位置區(qū)域（比如一個(gè)小區(qū)、多個(gè)小區(qū)或是一個(gè)自定義形狀的地理區(qū)域），手機(jī)終端被要求在進(jìn)入，或是離開(kāi)，或是處于之內(nèi)，或是處于之外時(shí)，報(bào)告自己的位置（圖6）。
圖6:區(qū)域事件觸發(fā)功能的一個(gè)實(shí)例。
這個(gè)觸發(fā)功能可以由網(wǎng)絡(luò)或是手機(jī)來(lái)發(fā)起，但是需要雙方同意該觸發(fā)條件�？梢灶A(yù)計(jì)該功能將被廣泛地用于諸如基于位置的廣告發(fā)布，需要按次計(jì)費(fèi)的服務(wù)，財(cái)產(chǎn)或兒童監(jiān)管服務(wù)等各種應(yīng)用當(dāng)中。
緊急呼叫定位功能：當(dāng)用戶撥打緊急呼叫號(hào)碼時(shí)，手機(jī)被強(qiáng)制要求計(jì)算并上報(bào)所在位置。北美地區(qū)有一項(xiàng)政府強(qiáng)制的增強(qiáng)911電信服務(wù)，通過(guò)撥打911這個(gè)簡(jiǎn)單的號(hào)碼，不論你是何種身份，只要是在北美地區(qū)，都能夠及時(shí)得到包括警察、救火、醫(yī)療等多種救援服務(wù)。這里的奧秘就在于，接聽(tīng)911電話的緊急呼叫服務(wù)中心不僅可以從話音中了解到撥打者所需要的救援類型，還可以通過(guò)文字或者地圖的方式了解到撥打者的位置。
在2G和3G網(wǎng)絡(luò)中，這種服務(wù)是基于控制平面的方案。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，這個(gè)系統(tǒng)需要大量的基礎(chǔ)建設(shè)成本，因?yàn)樾枰诰W(wǎng)絡(luò)側(cè)部署大量的LMU（定位測(cè)量單元）。當(dāng)然，不少運(yùn)營(yíng)商也在試圖通過(guò)基于終端的SUPL方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是當(dāng)時(shí)的SUPL 1.0協(xié)議中并沒(méi)有相應(yīng)的網(wǎng)元可以聯(lián)系發(fā)生在控制平面的緊急呼叫和發(fā)生于用戶平面的定位功能來(lái)支持這樣的需求。因此，除了美國(guó)之外，其他國(guó)家都在這個(gè)問(wèn)題上持謹(jǐn)慎的態(tài)度。
而如今LTE和SUPL 2.0的出現(xiàn)讓基于用戶平面的緊急呼叫定位功能成為了可能，因?yàn)镾UPL 2.0引入了一個(gè)叫做E-SLP（緊急SLP）的功能實(shí)體，它可以和LTE網(wǎng)絡(luò)中的IP多媒體子層（IMS）協(xié)作實(shí)現(xiàn)緊急呼叫定位。隨著技術(shù)的成熟及部署成本的下降，可以相信越來(lái)越多的國(guó)家將會(huì)強(qiáng)制要求具有緊急呼叫定位功能，因?yàn)楫?dāng)人們急需政府、社會(huì)公共機(jī)構(gòu)或者他人的救援時(shí)，身邊觸手可及的移動(dòng)通信設(shè)備幾乎是唯一可以依賴的工具。
思博倫LTS定位測(cè)試解決方案
定位業(yè)務(wù)是當(dāng)前增長(zhǎng)最快的業(yè)務(wù)。當(dāng)LTE時(shí)代到來(lái)時(shí)，在商業(yè)應(yīng)用和公共安全服務(wù)方面都對(duì)定位服務(wù)提出了新的需求。無(wú)論是在室外或是室內(nèi)都要求能實(shí)現(xiàn)全天候的精確定位，也需要能在現(xiàn)有的技術(shù)上實(shí)現(xiàn)無(wú)縫過(guò)渡�？梢哉f(shuō)A-GNSS+OTDOA、LPP以及SUPL 2.0是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)，它們構(gòu)成了LTE時(shí)代定位技術(shù)的新內(nèi)容。然而，隨之而來(lái)的是以手機(jī)終端和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)上的日益復(fù)雜作為代價(jià)。這意味著更多的研發(fā)成本和對(duì)終端和網(wǎng)絡(luò)更為完善的一致性測(cè)試和性能測(cè)試。這需要各運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備廠商、測(cè)試設(shè)備廠商以及整個(gè)行業(yè)共同努力。
在定位測(cè)試領(lǐng)域，思博倫通信公司（Spirent）作為全球領(lǐng)先的測(cè)試設(shè)備供應(yīng)商，已經(jīng)提供了一套完整的LTE定位測(cè)試方案。如今，“8100 LTS移動(dòng)設(shè)備定位測(cè)試系統(tǒng)”在原有的2G、3G定位測(cè)試的基礎(chǔ)上，也涵蓋了針對(duì)LTE的OTDOA、LPP和SUPL 2.0完整測(cè)試（圖7）。
圖7:思博倫8100 LTS移動(dòng)設(shè)備定位測(cè)試系統(tǒng)。
