移动位置管理

文章编号：1009－6868(2001)03－0032－04 文献标识码：A 中图分类号：TN929 .5

　　移动位置管理业务是一种提供移动用户位置信息的业务，也叫定位业务(LCS)。它提供的位 置信息可以被网络内部使用，也可以被第3方使用。典型应用有：

• 被网络内部使用，用于改善网络运行性能、网络维护、支持补充业务、支持移动智能业务 等，如用于辅助切换、无线覆盖计算、基于地理位置的计费等。
• 商用的增值业务。如可以根据用户当前位置给予向导服务。
• 紧急呼叫时确定起呼用户位置。
• 用于经批准的安全部门跟踪用户位置。

　　LCS涉及的实体包括LCS服务方、LCS客户方以及被定位的目标用户。它的一般逻辑参考模型如图1所示。

图1 LCS的逻辑参考模型

　　LCS客户向LCS服务方签约获取定位业务，然后可以随时向LCS服务方发起定位请求，由L CS服务方发起定位操作，获取结果后，向LCS客户返回。

　　在上述模型中，LCS客户方可以处于移动网络中，也可以处于移动网络外，可以位于网络侧，也可以位于用户侧。LCS服务方一般由移动网络中的多个实体构成。目标用户即移动用户，根据定位业务和采用的定位方法不同，对支持LCS的要求也不同。

　　定位的过程大致分为两步：第一步是测量，第二步是计算。根据测量和计算实体的不同，有4类定位方式：由网络测量和计算的基于网络的定位方式；由移动用户测量和计算的基 于移动用户的定位方式；由网络测量而由移动用户计算的网络辅助定位方式；由移动用户测 量而由网络计算的移动用户辅助定位方式。

　　1 LCS功能实体

　　LCS功能实体的分布如图2所示，各组成实体分述如下：

图2 LCS功能实体图

• LCF：位于LCS客户端，负责向服务方发送位置信息请求和接收从服务方来的位置信息。
• LCCF：位于LCS服务端，属于客户端处理功能组。其与LCAF一起识别LCS客户并确定当前服 务请求是否合法；处理LCS的移动性管理，把外部LCS客户的请求转发给用户当前所在的拜访 MSC处；确定当前服务请求能否满足，并向客户端发送拒绝和重试指示；提供流量控制功能 ；命令LCCTF进行位置信息的转化；向LSBF提供计费信息等。
• LCAF：位于LCS服务端，属于客户端处理功能组，负责对发起服务请求的LCS客户进行鉴权 。
  
• LCCTF：位于LCS服务端，属于客户端处理功能组，负责把经纬度信息转化为能被LCF理解 的本地地理位置信息。
  
• LSCF：位于LCS服务端，属于系统处理功能组，负责管理定位请求，分配相关资源进行定位处理。它与LCCF、LSPF、LSBF和PRCF都有接口，通过这些接口，把定位请求发往PRCF，把 定位数据转发给LCCF，把计费信息传给LSBF。
  
• LSBF：位于服务端，属于系统处理功能组，负责LCS计费工作。
  
• LSOF：位于服务端，属于系统处理功能组，负责LCS的操作维护工作。
  
• LSAF：位于服务端，属于移动用户处理功能组，负责批准某一用户是否可以被跟踪定位。 当LCF处于移动用户端时，它还负责检查用户是否签约了LCS业务。
  
• LSPF：位于服务端，属于移动用户处理功能组，负责执行用户保密性要求。
  
• PRCF：位于服务端，属于定位功能组，负责定位任务执行的组织工作。
  
• PCF：位于服务端，属于定位功能组，负责位置信息的计算。
  
• PSMF：位于服务端，属于定位功能组，负责定位信号的测量。
  
• PRRM：位于服务端，属于定位功能组，负责无线资源管理。
  

　　2 UMTS LCS网络结构

　　UMTS LCS一般网络结构如图3所示。

图3 UMTS LCS的一般网络结构

　　图3中，LCS客户端处于移动网外部，通过Le参考点接入到移动网中，除了这种接入方式外，LCS客户端还可以处于移动网内部，直接放在RNC中，或者与UE相连。对于LCS客户端处于移动网外部的情况，其工作流程大致如下：LCS客户发起位置信息请求，首先通过Le参考 点接入到GMLC。GMLC (Gateway Mobile Location Center)是外部LCS客户端接入移动网的第一个节点，它通过Lh接口从HLR获取目标用户的路由信息，然后把位置信息请求通过Lg接口 转发给目标用户当前所在的VMSC(Visit Mobile Services Switching Center)。VMSC 负责L CS的计费、用户鉴权、用户保密、系统控制和LCS的操作维护，在确定当前定位请求合法后 ，通过Iu口向目标用户所在的SRNC发送位置信息请求消息。SRNC收到从Iu口过来的位置信息 请求消息，根据请求内容，选择合适的测试方法，并分配合适的测试资源，启动LMU进行测 试。LMU是LCS的测试单元，负责无线信号的测量，它分为两大类：一类是独立型的，单独成一实体；一类是联合型的，依附于某一B节点存在。独立型的LMU通过空中接口与SRNC连接， 联合型的通过Iub口与SRNC连接。LMU测量完成把测量结果传给SRNC。SRNC根据测量结果进行 位置计算，并把计算的结果通过Iu口返回给VMSC，VMSC经GMLC把位置信息传给LCS客户端。

　　3 几种常用的定位方法

　　3.1 基于小区标识的定位方法

　　简单的基于小区标识的定位方法误差较大，一般只能精确到一个小区的覆盖范围。采取一些改进措施，可以在小区覆盖范围的基础上提高精度，如增加手机到基站的来回传播时长 (RTT)，则可以把手机定位在以基站天线为中心的环内。这种方法提供的位置信息可以是小 区标识，或者是服务区标识，另外，也可以是经过转化后的地理位置信息。基于小区标识的 定位流程如图4所示。

图4 基于小区标识的定位流程图

　　SRNC收到定位请求，检查目标用户当前状态，如处于CELL_DCH、CELL_PCH或CELL_FACH 等小区标识已知的状态，则可以直接从目标用户的记录信息中取出。在这种状态下，SRNC要 根据从各个小区测量到的RTT、功率等级、接收信号强度等信息确定目标用户到底处于哪个小区，如处于URA_PCH或IDLE等小区标识未知的状态，则有两种选择：一种是如图4向用户发 送寻呼消息，强制用户切换状态，从而获取用户当前所处的小区标识；还有一种选择是不发起寻呼，而是向CN或LCS客户端返回用户最新的小区信息及有效时间。如果仅提供小区标识 无法满足精度要求，则SRNC可以向B节点或LMU获取到目标用户的RTT。
　　
　　3.2 OTDOA定位方法

　　OTDOA(Observed Time Difference of Arrival)是根据UE(或LMU)测量到的UTRA系统帧 号间(SFN－SFN)时间的不同进行计算得到UE(或LMU)位置信息的一种定位方法。计算实体(PC F)一般位于SRNC中，有时根据情况也可以位于UE侧。在计算中，要考虑基站发射机的地理位 置信息以及不同发射机下行信号发送的相对时间差(RTD)。OTDOA的定位原理如下：根据UE(或LMU)从两个不同基站发射机接收到的信号到达时间的不同，去除两个发射机下行信号实际 发送时间的不同，可以确定UE(或LMU)在一个双曲面上；再测量一对信号，确定一个双曲面 ，两个双曲面的交汇处就是UE(或LMU)所在的位置。

　　这种定位方法的精度与时间差精度、发射机地理位置精度密切相关，另外，无线传播的多径效应也会对定位精度造成影响。发射机地理位置可以通过一些传统定位技术(如GPS)来 确定，它的位置应该指发射天线的“电”中心，由于采用一些天线分集等技术，发射机地理 位置会改变，为提高定位精度，这种信息要通知PCF。两个发射机的下行信号实际发送时间 差的精度对定位精度影响较大。两个基站设备同步时，RTD的精度靠同步精度确定。在WCDMA中，基站间可能是不同步的，RTD会由于时钟漂移而变化，为提高精度，RTD需要经常测量并 传给PCF。一种方便的测量方法是利用一个位置固定的LMU测量两个发射机的下行信号到达时 间差，去除已知的传播时长不同部分，就可以得到RTD。由于各种原因，有时光靠OTDOA方法 达不到业务精度要求，这时可以与其它方法结合起来定位。

　　OTDOA定位方法有个缺点，就是当目标用户靠近某一发射机时，由于该发射机的信号强度要远远高于其它发射机的信号强度，目标用户将无法对其它发射机的信号进行测量，从而无法获取不同发射机间的信号到达时间差，这时OTDOA定位方法将失效。解决这个问题的一个方法是采用IPDL(Idle Period DownLink)，就是让每个发射机在各自的某一短暂时间内停止下行发射。这样，目标用户就可以在这一短暂时间内对其它发射机进行测量，从而获取 发射机间的信号到达时间差。

　　3.3 网络辅助的GPS定位方法

　　网络辅助的GPS定位方法是在UE侧使用GPS定位设备的基础上，在网络侧增加GPS定位设 备，并向UE提供一些用于GPS定位的辅助信息，从而提高定位精度和其它一些性能的定位方 法。其有如下优点：

• 缩小搜索窗口，减小UE侧GPS定位时间。
  
• 提高UE侧定位灵敏度，UE可以在较低信噪比时成功定位。
  
• 减小UE侧功率，允许UE侧简化GPS设备。

　　其工作流程见图5所示。

图5 网络辅助的GPS定位流程图

　　从图5可以看到，网络辅助的GPS定位方法有两种方式：一种是基于UE的定位方式(UE主导定位方式)，一种是UE辅助的定位方式。它们的主要区别在于计算实体的位置不同。两种方式需要的辅助信息以及从UE返回的信息有所不同。

　　4 结束语

　　通过以上描述，我们可以看到移动管理业务是一项非常有应用前景的业务，而且其成本 不高，很多功能都可以在现有网络设备的基础上进行软件升级得到。目前，包括中兴通讯在 内的国内外多家知名通信厂商都在开发和完善这项业务，相信不久的将来就会有大规模的应 用。

　　参考文献

1 3G TS 23.171.Functional stage 2 description of location services in UMTS
2 3G TS 25.305.Functional stage 2 specification of location services in UTRAN
3 3G TS 22.071.Location Services (LCS), Service description stage 1

[摘要] 文章对移动位置管理业务进行了较全面的描述，重点介绍了它的功能实体、UMTS定位业 务的网络结构、工作流程和几种常用的定位方法。

[关键词] 定位业务 全球移动通信系统 全球卫星导航定位系统 移动位置管理中心 定位测量单元

[Abstract] The paper comprehensively introduces the location service, bydiscussing its function entities, UMTS LCS network architecture, procedures and some commonly us ed positioning methods.

[Keywords] LCS UMTS GPS MLC LMU