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定位 编辑
位置业务是指移动通信系统通过特定的定位技术获取移动终端的地理位置信息（例如经纬度坐标），提供给移动用户本人、通信系统或第三方定位客户端，并借助一定的电子地图信息的支持，为移动用户提供与其位置相关的呼叫或非呼叫类业务。
中文名：定位
应用学科：通信
LTE系统为了提供位置业务，引入了定位特性。对定位特性的主要需求是同时支持控制面定位过程和用户面定位过程。控制面的定位主要是指通过控制信令来进行定位相关的信息的传输；用户面的定位是指对OMA SUPL（Open Mobile Alliance Secure User Plane Location）协议的支持，即定位相关信息可以通过OMA SUPL协议进行传输，在无线接口看其是用户数据，不是控制信令。
定位方式分为支持基于网络（Network-based、E-SMLC-based）的定位方式和基于UE（UE-based）的定位方式。基于网络的定位方式是指UE的位置计算是在E-SMLC中进行；基于UE的定位方式是指UE的位置计算是在UE内进行。
图5‑23 定位架构图
在EPS网络中，为实现定位功能新增的实体有GMLC、E-SMLC、LRF、PPR和RDF。为实现定位功能，MME也有功能上的增加。
（1）GMLC（Gateway Mobile Location Center）：网关移动位置中心，提供外部LCS客户端到移动网络的接入，将位置请求和应答转发到用户当前的MME/SGSN，并负责LCS客户端的认证和鉴权。
（2）E-SMLC（Evolved Serving Mobile Location Center）：演进的服务移动位置中心，将客户端请求的位置要求转化为相应的UTRAN测量参数，并选择定位方法。对返回的位置估计计算最终结果和精度。
（3）LRF（Location Retrieval FunCTion）：位置获取功能实体，为外部LCS Client获取与UE有关的位置信息，包括要求定位的实体、临时位置信息、初始定位信息和更新的定位信息。LRF可以与单独的GMLC交互，也可以与GMLC集成以获得定位信息。在紧急呼叫中，LRF可以与一个单独的RDF交互，也可以与RDF集成以获得路由信息。LRF也可以与其他类型的Location Server交互或集成来获得位置信息。
（4）PPR（Privacy Profile Register）：私密信息存储器，存储移动用户的私密性信息，执行私密性检查并返回检查结果。PPR可以是一个独立的实体，也可以集成在H-GMLC中。
（5）RDF（Routing Determination Function）：路由功能实体，在紧急呼叫中为E-CSCF提供合适的PSAP目的地址。可以集成在GMLC或LRF中，与GMLC交互进行ESQK的分配和管理，以及向PSAP发送位置信息。
（6）MME：为LCS业务提供移动性管理功能，包括向E-SMLC/GMLC通报UE的移动。
图5‑24 E-UTRAN的定位架构图
该架构支持控制面定位和用户面定位。控制面定位的网络侧服务器为E-SMLC，UE和/或eNOde B的接入层参与（提供辅助数据或者测量结果等），来完成对终端的定位功能。UE和定位计算中心之间的定位协议是LPP（LTE Positioning Protocol）；基站和定位计算中心之间的定位协议是LPPa（LTE Positioning Protocol A）。用户面定位是运行在应用层上的，使用用户面定位的时候并不要求终端支持控制面定位。网络侧的服务器为SLP，使用SUPL协议与UE进行定位相关信息的交互。
图5‑25 LPP协议栈
LPP的传输与NAS信令类似，是通过RRC信令来承载的。通过LPP，终端设备和定位服务器之间可以交互定位能力信息、辅助数据和与定位相关的测量信息以及位置信息等。
LPPa为基站和定位服务器之间的对等层定位协议，用来交互与定位相关的信息，如多小区信息，基站提供的测量信息等。LPPa消息的传输是通过S1AP来承载的。
定位原理
CELL_ID定位方法是基于小区覆盖的定位方法，采用已知的服务小区地理信息估计目标UE的位置。该服务小区信息可以通过寻呼和跟踪区（TA，Tracking Area）更新等方式获得。TA+AoA在CELL_ID定位方法的基础上考虑了定时提前量以及来波方向的因素，从而达到更精确的定位目的。
图5 26 TA+AoA的定位原理图
TA的获得可以通过终端上报UE接收和发送的时间差加上eNode B测到的接收和发送的时间差来计算（此方法计算得到的TA称之为TA Type1），也可以通过专用随机接入过程由eNode B测量得到（此方法计算得到的TA称之为TA Type2）。TA乘以光速除以2，表示了UE同eNode B之间的距离，UE就处于以eNode B为圆心、UE和eNode B距离为半径的圆周上。再根据AoA的角度信息就可以获得终端的位置信息。如图5-26所示。
定位过程
TA+AoA的定位方法通常只用于基于网络的定位，主要原因是AoA只能由基站测量得到，TA Type1和TA Type2也是由基站计算或者测量得到，即所有与该定位方法相关的测量量都是基站提供的。这些测量量均可以由基站提供给定位服务器E-SMLC，所以支持基于网络的定位就可以达到定位的目的了。因此也带来了该方法的一个优势，即对不支持定位业务的终端，也可以通过该方法对其进行定位。
使用TA+AoA方法进行定位主要涉及以下流程：获得终端的测量能力，定位服务器决定所需的测量量，基站启动相关测量，基站上报相关测量结果和位置信息，定位服务器进行位置计算。下面给出两种场景的TA+AoA定位方法的流程。
图5‑27 TA +AoA定位流程图（TA Type1）
该过程包括如下步骤。
步骤1：UE通过NAS层消息，向MME发起一个定位请求，请求获取自身的位置信息，也可以是某个定位服务的客户端（LCS Client）向MME发起定位请求，请求获取某个UE的位置信息。
步骤2：MME向E-SMLC发起定位请求。
步骤3a/3b：E-SMLC查询并获取UE的定位能力信息。
步骤4a/4b/4c：E-SMLC获取基站的相关测量结果以及服务小区的信息。
步骤5a/5b/5c：在E-SMLC的请求下，基站触发TA Type1，基站接收UE信号的定时偏差以及AoA的测量。
步骤6：E-SMLC根据基站的测量结果以及其他各方面输入，计算出UE的位置信息。
步骤7：E-SMLC将定位结果（位置信息）发给MME。
步骤8：MME将定位结果（位置信息）发给UE或者LCS Client。
图5‑28 TA +AoA定位流程图（TA Type2）
该过程包括如下步骤。
步骤1：某个定位服务的客户端（LCS Client）向MME发起定位请求，请求获取某个UE的位置信息，该UE可以是支持定位业务的终端也可以是不支持定位业务的终端。
步骤2：MME向E-SMLC发起定位请求。
步骤3a/3b：E-SMLC查询并获取UE的定位能力信息；如果该UE不支持定位，则该步骤省略。
步骤4a/4b/4c：E-SMLC获取基站的相关测量结果以及服务小区的信息。
步骤5a/5b：根据E-SMLC的请求，基站触发专用随机接入过程获得TA Type2，同时触发物理层进行AOA的测量。
步骤6：E-SMLC根据基站的测量结果以及其他各方面输入，计算出UE的位置信息。
步骤7：E-SMLC将定位结果（位置信息）发给MME。
步骤8：MME将定位结果（位置信息）发给LCS Client，不排除该LCS Client就是被定位的用户本身的可能性。
定位原理
图5‑29 OTDOA定位原理图
假设终端UE的坐标为（x，y），基站i的位置坐标为（xi，yi），基站i发送信号的时间为Ti，UE接收到该信号的时间为。由基站i可得
公式图
因此由基站1与基站2到达UE的时间差可得方程式：
公式图
（5-2）
由于确定UE位置需要建立两个以上的双曲线方程，两条双曲线的交点为UE的二维位置坐标。以基站1作为参考小区，则可得方程组
公式图
（5-3）
解该方程组即可得UE的二维地理坐标。其中c为光速。基站发送时间差（Ti-T1）及各基站的位置坐标作为辅助数据，由OAM直接配置给E-SMLC，若需要动态更新，E-SMLC可以通过LPPa获得这些辅助数据信息。为了获得精确定位，OTDOA方法要求同时有三个以上的基站参与定位参数RSTD的测量。考虑到UE使用公共参考信号下行检测邻基站信号性能不一定好，LTE系统中引入了定位参考信号（PRS，Positioning Reference Signalling），专用于OTDOA定位方法中UE测量基站信号。E-SMLC获得各测量小区的PRS子帧配置的方式同其他辅助数据一样，一般通过OAM直接配置。而UE在OTDOA定位过程中，可以通过LPP的辅助数据传输功能，从E-SMLC获得测量小区集的PRS子帧配置。
定位过程
现有OTDOA定位只支持UE辅助的OTDOA定位方法，即最终的位置计算是在定位计算中心进行的。
定位过程的基本流程是：网络获取UE的定位能力，网络提供辅助数据，UE提供定位测量结果，定位结果计算。以下分两个场景给出OTDOA定位的流程。
图5‑30 UE触发定位请求的定位流程图
步骤1：UE通过NAS层消息，向MME发起一个定位请求，请求获取自身的位置信息。
步骤2：MME向E-SMLC发起定位请求。
步骤3a/3b：E-SMLC查询并获取UE的定位能力信息。
步骤4：E-SMLC通过LPP提供辅助数据消息。LPP提供的辅助数据消息中可能包括以下信息：
① 参考小区的信息，包括参考小区的PCI、E-CGI、频点、PRS配置等信息，选取的参考小区并不局限于服务小区；
② 邻小区信息列表，包括每个邻小区的PCI、E-CGI、频点、PRS配置等信息。邻小区信息列表是根据预先对UE位置的估计而选取的一些利于测量的邻小区。
步骤5a/5b：E-SMLC请求并获得UE的位置信息，主要包括相关的测量结果。
步骤6：E-SMLC根据UE的测量结果以及其他各方面输入，计算出UE的位置信息。
步骤7：E-SMLC将定位结果（位置信息）发给MME。
步骤8：MME将定位结果（位置信息）发给UE。
图5‑31 网络侧触发定位请求的定位流程图
步骤1：定位需求方（LCS Client）向MME发起一个定位请求，希望获取UE的位置信息。
步骤2：MME向E-SMLC发起定位请求。
步骤3a/3b：E-SMLC查询并获取UE的定位能力信息。
步骤4a/4b：UE请求并获得E-SMLC提供的辅助数据。
步骤5a/5b：E-SMLC请求并获得UE的位置信息，主要包括相关的测量结果。
步骤6：E-SMLC根据UE的测量结果以及其他各方面输入，计算出UE的位置信息。
步骤7：E-SMLC将定位结果（位置信息）发给MME。
步骤8：MME将定位结果（位置信息）发给UE。
定位原理
辅助导航定位系统，是一种结合网络基站信息和卫星导航信息对移动台进行定位的技术，既利用卫星导航系统，又利用移动基站，提高手机终端的定位性能。该技术需要对UE侧和蜂窝系统的网络侧进行一定改造：在UE中安装卫星导航系统接收机，使其具备接收卫星导航信号的功能；在蜂窝网络内设计一套实时运行的卫星导航系统接收网络。当UE需要进行定位时，网络侧可以基于UE的初步位置（如所在小区的地理位置）预估出该位置上空的卫星运行情况，如星历（ephemeris）、历书（almanac）和差分校准信息等，将这些辅助信息通过蜂窝网络提供给UE，这样UE可以将其作为先验知识进行优化搜索和定位过程，从而起到减少搜索时间、降低搜索信号电平需求等效果，提高了定位性能。
定位过程
LTE系统中的A-GNSS定位机制支持以下定位选项：基于UE的定位（UE-based），基于网络的定位（E-SMLC-based）。此外，辅助数据不能通过广播方式发送给UE，而必须通过专用信令方式发送给UE。
定位过程的基本流程是：网络获取UE的定位能力，网络为UE提供辅助数据，定位结果计算。以下分3个场景给出A-GNSS定位的流程。
图5‑32 UE发起的定位过程示意图
当UE仅支持E-SMLC-based A-GNSS定位方法，且希望对自身进行定位时触发此过程。该过程包括如下步骤。
步骤1：UE通过NAS层消息，向MME发起一个定位请求，请求获取自身的位置信息。
步骤2：MME向E-SMLC发起定位请求。
步骤3a/3b：E-SMLC查询并获取UE的定位能力信息。
步骤4a/4b：UE请求并获得E-SMLC提供的辅助数据。
步骤5a/5b：在E-SMLC的请求下，UE利用辅助信息进行A-GNSS相关测量，并将测量结果发送给E-SMLC。
步骤6：E-SMLC根据UE的测量结果以及其他各方面输入，计算出UE的位置信息。
步骤7：E-SMLC将定位结果（位置信息）发给MME。
步骤8：MME将定位结果（位置信息）发给UE。
图5‑33 UE辅助信息索取
当UE支持UE-based A-GNSS定位方法，希望获取辅助数据时触发此过程。该过程包括如下步骤。
步骤1：UE通过NAS层消息，向MME发起一个定位请求。
步骤2：MME向E-SMLC发起定位请求。
步骤3a/3b：E-SMLC查询并获取UE的定位能力信息。
步骤4a/4b：UE请求并获得E-SMLC提供的辅助数据。
接下来UE将利用获得的辅助信息进行GNSS测量，由于使用UE-based定位方式，因此测量结果不需要上报给E-SMLC，而是UE自己进行本地计算，得到自己的位置信息。
场景三：网络侧发起的对UE的定位过程，如图5-34所示。
当定位过程由网络发起时，使用此过程。分为以下几个步骤。
步骤1：定位需求方（LCS Client）向MME发起一个定位请求，希望获取UE的位置信息。
步骤2：MME向E-SMLC发起定位请求。
步骤3a/3b：E-SMLC查询并获取UE的定位能力信息。
步骤4a/4b：UE请求并获得E-SMLC提供的辅助数据。
如果使用E-SMLC-based定位方法，则执行步骤5～6。
步骤5a/5b：在E-SMLC的请求下，UE利用辅助信息进行GNSS测量，并将测量结果发送给E-SMLC。
步骤6：E-SMLC根据UE的测量结果以及其他各方面输入，计算出UE的位置信息。
如果使用UE-based定位方法，则执行步骤7～9。
图5‑34 网络侧发起的定位过程
步骤8：利用辅助信息进行GNSS测量，并进行本地计算，得到自己的位置信息。
步骤9：UE将自己的位置信息发给E-SMLC。
至此，E-SMLC已经获得了UE的位置信息，继续执行步骤10～11。
步骤10：E-SMLC将定位结果（位置信息）发给MME。
步骤11：MME将定位结果（位置信息）发给定位需求方（LCS Client）。
