移動定位技術的發(fā)展歷程
如今智能手機已經(jīng)在整個社會普及，數(shù)量眾多的手機應用成為了人們生活當中不可或缺的一部分。越來越多的手機應用都用到了手機定位技術，無論是本地搜索類應用，還是各種商業(yè)信息發(fā)布類應用，更不用說眾多的交通導航類應用。可以說定位服務（LBS）的應用已經(jīng)是當下最為流行的移動應用之一。
移動定位技術的發(fā)展經(jīng)歷了多個階段。最初的基于服務蜂窩小區(qū)的定位技術（如CELL-ID）可以快速定位，但是不夠精確。之后的基于衛(wèi)星信號的GNSS（全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)）定位技術可以精確地定位，然而由于需要搜星使初次定位時間（TTFF）過長而略顯不便。這其中用得最為廣泛的就是美國的GPS全球定位系統(tǒng)。直到后來，將兩者融合產(chǎn)生了A-GNSS（輔助GNSS）技術，手機終端首先通過移動網(wǎng)絡獲取定位輔助數(shù)據(jù)來實現(xiàn)快速搜星，然后通過GNSS信號計算出位置。相對于純粹的GNSS定位，A-GNSS能夠更快地實現(xiàn)定位，因此，它成為了最主要的移動定位解決方案。
然而在移動通信方面，LTE正在到來。在一些發(fā)達國家（例如美國），LTE已經(jīng)開始商用。雖然中國目前還處于3G時代，但對LTE的研究和實驗進行得如火如荼，可以說LTE已經(jīng)是大勢所趨。LTE對終端定位的要求也進一步提高。
3GPP LTE Release 9規(guī)范定義了3種手機定位技術：ECID、A-GNSS和OTDOA.相對來說，OTDOA是一個比較新的技術，它不需要使用GNSS信號，而是利用類似于GNSS的定位原理，通過測量兩個或更多的基站參考信號（RS）的到達時間差（RSTD），在已知各基站位置的情況下計算出手機所在位置（圖1）。
實際上，在WCDMA中就已經(jīng)有了OTDOA,但是WCDMA并不是一個同步系統(tǒng)。各基站之間的時鐘誤差導致部署OTDOA需要高昂的成本，因而無法商用。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，彌補了GNSS在室內無法定位的缺陷，OTDOA成為了GNSS之外各運營商另一個強制要求的LTE定位技術。
圖1:OTDOA定位。
LPP定位協(xié)議
3GPP Release 9除定義了LTE的定位技術，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（包括ECID、A-GNSS和OTDOA），它還支持A-GNSS+OTDOA的混合定位技術。
圖2:LPP通用定位協(xié)議。
基于4個球面確定一個點的原理，手機在定位時需要4個參考點。在LPP協(xié)議的支持下，在衛(wèi)星可見性較好的地區(qū)（如市郊），手機可以通過測量4顆衛(wèi)星信號進行定位；在衛(wèi)星可見性較不好的地區(qū)（如市中心），手機可以通過測量2顆可見衛(wèi)星信號及2個LTE基站信號進行定位；而在衛(wèi)星不可見的室內，手機則通過OTDOA實現(xiàn)定位（圖3）。LPP的優(yōu)勢在于能夠保證手機終端在各種環(huán)境下都能實現(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)絡與終端之間交互定位輔助數(shù)據(jù)和定位信息。實際上它既可以在控制平面也可以在數(shù)據(jù)平面使用。相對來說，控制平面的實現(xiàn)方式需要用到專用控制信道并且會顯著地增加移動網(wǎng)絡成本，因為多個網(wǎng)元需要在軟件和硬件上升級，才能支持這些定位相關的控制平面信令。因此，用戶平面的實現(xiàn)方式更容易被用于商業(yè)應用。
SUPL（安全用戶平面定位）協(xié)議
LPP在用戶平面的應用是通過SUPL（安全用戶平面定位）協(xié)議實現(xiàn)的（圖4）。LPP消息作為SUPL消息的承載（Payload），是定位信息的實際載體。如同一個形象的比喻，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)絡架構中，網(wǎng)元SLP（SUPL定位平臺）負責處理所有的SUPL消息。這些SUPL消息在LTE網(wǎng)絡中通過P-GW和S-GW在數(shù)據(jù)鏈路中與終端進行交互，同時SLP與E-SMLC接口獲取定位輔助數(shù)據(jù)。
圖4:SUPL網(wǎng)絡架構。
SUPL 2.0作為SUPL的一個進階版本，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，而SUPL 2.0可以支持LTE,同時也支持LPP定位協(xié)議，以及OTDOA、WIFI等新的定位技術。同時，SUPL 2.0還能夠兼容現(xiàn)有的所有定位協(xié)議和技術，例如在LPP之外，它同樣支持當前正在2G、3G網(wǎng)絡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)絡中被部署，而無論是2G、3G或是4G網(wǎng)絡。
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，因為LTE的部署不可能一蹴而就，必然需要從現(xiàn)有網(wǎng)絡平滑過渡，SUPL 2.0對各種協(xié)議的兼容性保證了從各制式網(wǎng)絡到LTE網(wǎng)絡的平滑無縫過渡。
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除了技術方面的優(yōu)勢，還增加了多種新的功能特性。它可以在各種商業(yè)應用或是公共服務中被使用，成為未來新的業(yè)務增長點。在此列舉其中的兩個新功能：
區(qū)域事件觸發(fā)功能：定義一個位置區(qū)域（比如一個小區(qū)、多個小區(qū)或是一個自定義形狀的地理區(qū)域），手機終端被要求在進入，或是離開，或是處于之內，或是處于之外時，報告自己的位置（圖6）。
圖6:區(qū)域事件觸發(fā)功能的一個實例。
這個觸發(fā)功能可以由網(wǎng)絡或是手機來發(fā)起，但是需要雙方同意該觸發(fā)條件。可以預計該功能將被廣泛地用于諸如基于位置的廣告發(fā)布，需要按次計費的服務，財產(chǎn)或兒童監(jiān)管服務等各種應用當中。
緊急呼叫定位功能：當用戶撥打緊急呼叫號碼時，手機被強制要求計算并上報所在位置。北美地區(qū)有一項政府強制的增強911電信服務，通過撥打911這個簡單的號碼，不論你是何種身份，只要是在北美地區(qū)，都能夠及時得到包括警察、救火、醫(yī)療等多種救援服務。這里的奧秘就在于，接聽911電話的緊急呼叫服務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)絡中，這種服務是基于控制平面的方案。對于運營商來說，這個系統(tǒng)需要大量的基礎建設成本，因為需要在網(wǎng)絡側部署大量的LMU（定位測量單元）。當然，不少運營商也在試圖通過基于終端的SUPL方案來實現(xiàn)，但是當時的SUPL 1.0協(xié)議中并沒有相應的網(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支持這樣的需求。因此，除了美國之外，其他國家都在這個問題上持謹慎的態(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，因為SUPL 2.0引入了一個叫做E-SLP（緊急SLP）的功能實體，它可以和LTE網(wǎng)絡中的IP多媒體子層（IMS）協(xié)作實現(xiàn)緊急呼叫定位。隨著技術的成熟及部署成本的下降，可以相信越來越多的國家將會強制要求具有緊急呼叫定位功能，因為當人們急需政府、社會公共機構或者他人的救援時，身邊觸手可及的移動通信設備幾乎是唯一可以依賴的工具。
思博倫LTS定位測試解決方案
定位業(yè)務是當前增長最快的業(yè)務。當LTE時代到來時，在商業(yè)應用和公共安全服務方面都對定位服務提出了新的需求。無論是在室外或是室內都要求能實現(xiàn)全天候的精確定位，也需要能在現(xiàn)有的技術上實現(xiàn)無縫過渡。可以說A-GNSS+OTDOA、LPP以及SUPL 2.0是實現(xiàn)這些目標的關鍵技術，它們構成了LTE時代定位技術的新內容。然而，隨之而來的是以手機終端和網(wǎng)絡系統(tǒng)技術上的日益復雜作為代價。這意味著更多的研發(fā)成本和對終端和網(wǎng)絡更為完善的一致性測試和性能測試。這需要各運營商、設備廠商、測試設備廠商以及整個行業(yè)共同努力。
在定位測試領域，思博倫通信公司（Spirent）作為全球領先的測試設備供應商，已經(jīng)提供了一套完整的LTE定位測試方案。如今，“8100 LTS移動設備定位測試系統(tǒng)”在原有的2G、3G定位測試的基礎上，也涵蓋了針對LTE的OTDOA、LPP和SUPL 2.0完整測試（圖7）。
圖7:思博倫8100 LTS移動設備定位測試系統(tǒng)。
