毕业论文(设计)-基于GSM的跟踪定位技术研究及其实现

基于GSM的跟踪定位技术研究及其实现摘要随着社会的而发展和技术的进步，基于位置的信息服务开始备受关注,物流监控、学生监护、老弱病残追踪符理、司法监视以及企业移动丨.作队伍符理等方而也出现丫丨L 大的技术需求。H前位S倍&的服务系统大多基于GPS定位与专业地阌标定的方法,致使成木居高不下，而且由于GPS的技术原因，在室内、林荫道、地下室等多种环境下无法接收信兮，使其矩位服务功能受到一矩影响。近年來基于GSM通倍网络基站的走位技术开始餅露头角,GSM基站记位不受环境限制,相比GPS定位技术，费用极低,同时Google 公W推出的免费地图Google Map使得传统的记位地图标注业务现在只需要很小的代价就可以实现。这鸣技术一n和K他应用领域结合，那就能带来j (人的商机。

本文在研究GSM定位基础上提出了一种基于GSM Modem和Google Map API的跟踪记位技术及其实现的软硬件解决方案。该方案借助MCI*和GSM模块实时获取移动终端附近移动通信网络基站的信息,以短信息的形式发送给监控中心，监控中心计算机通过连接的GSM Modem获取短信息，提取短信中关于移动终端H前距离城近基站的位置编码信息，并以此为条件通过D动Web页面査询技术获取丛站经纬度数据，然后利用应用程序中嵌入的Google Map电子地图的APT相关功能，实现在电子地图上位置的标定，从而实现/ S?于GSM的跟踪定位技术演示系统的完憋软硬件系统。

基于GSM基站定位技术仅仅能够获取测试的大体位置，似考虑到H前我闻GSM网络基站密度较高，在人城山?的主城区，测试结果表明定位精度可以达到100米至150米左右。同时Google Map API又提供了一种性价比极高的地图应用程序开发方案，综合使用GSM Modem和Google Map API可以快速构建电子地图上当前位置的标定。这种技术略作改动即可在定位服务精度要求不高的应用领域，诸如跟踪定位系统、物流监控、学生监护、老弱病残追踪管理等方面均可发挥积极的作用。

关键词：GSM，定位技术，AT指令，短消息，谷歌地图

Research and Realization of Location and Tracking Technology

Based on GSM

ABSTRACT

As the society development and the progress of technology, the people pay much altention to Che informalion service based on location, have huge technical requirements on logistics monitoring, students care, weak, sick tracking management judicial surveillance and enterprise mobile work team management. Now，the most position information service system are all based on the method of GPS positioning and professional calibration map，all this make the cost highly，and because of the GPS

technology reason, in the interior, avenue， basement, etc DuoZhong environment can't receiving signals, make its location service functions have been certain eft'ect.the positioning technology base based on GSM communication network station make their debut in recent years，GSM base station location compared with GPS positioning technology can’t limit with environmental, low cost, and at the same time, Google company launched a free Map Google Map of the location and makes traditional Map mark business need now is a small pricc to pay can be achieved. These technology once and other applications that can be combined with the enormous business opportunities.

This paper Based on the research based on GSM positioning put forward based on the GSM Modem and Google Map of the API tracking technology and its realization of hardware and software soIutions.The scheme with MCU and GSM module for real-time mobile terminal of the base near the mobile communication network information, and to short of information send forms the monitoring center, the monitoring center computer through the GSM Modem connection for short messages, extracting information about mobile terminal at present the location of the nearest base station coded information, and lakes it as a condition through the automatic Web page inquires the technology is the acquisition of a base station longitude and latitude data, and by using the application or the embedded Google Map electronic Map relevant function, thus realizing ihe API electronic Map, so as to realize the calibration of position based on GSM tracking technology demonstration system of the integrity of the soil ware and hardware systems.

Based on GSM base station location technology can only obtain the Outlines of the test, but considering the current position in GSM network base station higher density, in Che big cities of the test results show that the main urban areas, positioning accuracy can reach 100 in to 150 m.At the same time Google Map apis and provides a high ratio of the Map application development plan, the comprehensive use GSM Modem and Google Map API can quickly building electronic Map ihe current position of the calibralion.This technology can be offered little changes in positioning accuracy is not high service the application Held, such as tracking system, logistics monitoring, students care, weak track management which all can play an active role.

KEY WORDS:GSM, location technology, AT command, short Message,Google Map

目录

摘要 .................................................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................................... II

1職 (1)

1.1本课题的背景及意义 (1)

1.2位置信悤服务 (1)

1.3位置信息的发展状况 (2)

1.4研究内容 (3)

2各种定位方法及分析 (4)

2.1主要的几种定位跟踪方式 (4)

2. 2 GSM 系统 (5)

2.2.1 GSM系统特点 (5)

2. 2. 2 GSM系统体系结构 (5)

2.2.3 GSM系统区域划分 (7)

2.2.4 GSM网络识别参数 (8)

2. 3 GSM系统定位方法 (9)

2. 3. 1 C00 定位法 (10)

2. 3. 2圆周定位法 (10)

2.3.3双曲线定位 (12)

2.3.4方位角定位 (13)

2.4基站定位方法对比分析 (14)

3系统开发平台介绍 (16)

3.1 6bc5522b6c175f0e7cd13786串行通信 (16)

3.1. 1 6bc5522b6c175f0e7cd13786 (16)

3.1.2串行通信 (17)

3. 1.3 6bc5522b6c175f0e7cd13786 串行通信 (18)

3. 2 Google APT (19)

3. 4 ACCESS 数据库 (20)

3. 5 VB. NET利用ADO. NET连接数据库 (22)

3.6 Keil (24)

4系统总体设计 (26)

4.1系统总体设计概述 (26)

4.2监控中心设计 (26)

4. 2, 1监控中心硬件设计 (26)

4.2.2监控中心软件设计 (28)

4.3下位机设计 (29)

4.3.1下位机硬件设计 (29)

4.3.2下位机软件设计 (29)

4.4系统通信协议 (30)

4. 4. 1通信协议 (30)

4.4.2监控中心到下位机通信协议 (31)

4. 5数据库设计 (32)

4.5.1数据库需求分析 (32)

4. 5. 2数据库逻辑结构设计 (32)

5系统设计的关键技术实现 (34)

5.1 GSM定位的获取与短信的收发 (34)

5.1. 1 AT 指令 (34)

5.1. 2使用AT指令获取LAC和Cell ID信息 (35)

5.1.3短信的收发 (36)

5. 2 VB. NET 程序WEB 查询 (40)

5. 3 Google 二次开发 (41)

5. 3. 1 Google Maps API (41)

5. 3. 2 Google Maps (42)

5. 3. 3 VB. NET 与Google Map (43)

6系统功能测试 (45)

6.1系统分析测试 (45)

6.2系统的缺憾 (46)

6.3系统的改进方案 (46)

a m (47)

# 考?文? (48)

m- GSM的跟踪定位技不砑究及茛实现

1绪论

1.1本课题的背景及意义

根据美W权威机构战略集团的最新统计，2007年，仅在欧洲市场无线定位服务的收入就达到1300亿美元，远远超出移动运荇商的现冇中项增值服务可带來的收入。此外，随着人们对公兆安企和紧急救援|_|益增长的需求，蕋于移动定位的增值业务也开始得到业界越来越多的关注，近年来，随着对蜂窝阀络无线定位技术研究的不断深入，-基十现仃移动通怡系统的:A:线定位的性能得到了很大的改善和提高，现饤的部分商用移动定位系统已经能够提供约40米的定位精度，得到了广泛的社会认可，并.n.这一数椐还在被不断刷新，这就为移动运背商开展蕋于移动位置倍总的增值业务提供了tl好的经济、技术

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和社会蕋础。

在闕内，作为一种全新的业务,GSM移动定位系统对于目前的社会认知度和大众消费水平来讲，是可以被大众快速认可的，他的1X 24小时全天候移动财产“安企管家式服务”、移动物品、货物的安全监矜、特殊人群的位置安全服务（老人、儿萤、病人(痴呆、心血管、精神病>、公安、消防员等),社会物流及货物的监管与运输调度、交通智能矜现服务，旅游资源调度~游客安个服务等，无论足对于移动公|彳还足移动服务提供商，均能为其带来的丰厚的经济效益。在社会效益方面，通过相应的市场运作，GSM 于?机足位系统_nj?为城市组建一个应急反应、紧急救援联合平台，在应对反恐、W防动M、综合治理、打*展慑遏制犯罪、公共交通、特殊行业等方面扮演承要的角色。

0SM移动定位系统因不需要用户稗投入昂贵的设备，只需要现冇观苻移动网络即可实现定’位功能。4U、韩等M相比，中M的定位业务市场ill起步较晚，似中国却拥有_ 个丨?:人的手机用户群，定位业务拥冇广阔的市场前影对内10000名用户进行问卷调查，冇5296以上的_内用户对定位业务感兴趣,其中用定位业务查询个人或他人位置、杳询周边设施的占46%，对老人、儿赉等进行位1；追踪的A 30%,用户愿意为定位业务付费，并且他们的需求也将会不断增长。

随着记位跟踪技术的发展以及九联网的广泛应用,定位跟踪也由传统的革一模式向综合化、人性化发展，位質位息服务由传统的定位跟踪技术发展而来,现在已经发展成为一个新的产业，位S信息服务是对传统记位跟踪技术的继承和发展，是一个集定位、跟踪、地图、位質服务为一体的综合服务。

1.2位置信息服务

随着GPS以及3G的兴起，带动丫…些新兴应用服务市场的崛起，LBS (LocationBascdServicc位置信息服务)就足K中的代表。我们通过位置信总服务可以知

道丨:?丨标现在的位置，A?体到经纬度偯息，详细的地址，W?应川h现在时兴潮流的Google API,我们nr以将丨-I标现在的位S标注到Google地图h，非常观的现实出H

标现在的具体位置。

S于位置的服务(LocaLion Based Service, LBS),它足通过电信移动运符商的尤线电

通讯网络(如GSNi网、CDMA网)或外部走‘位方式(如GPS)获取移动终端用户的位置信

息(地理坐标，或大地坐标），在G IS (Geographic Tnrormation System,地理信息系统) 平

台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务-

位置信息在许多方面发挥卷其+可秤代的作用，就H前移动台矩位的发展形势來希，

W.应用范围十分广泛，发M前景非常可观。总结定位服务可应用于以下几个方面：安全服务:紧急救援以及老人紧急医疗等；

咨询服务：当地天气的査询，交通状况、加汕站、停车场、餐厅、自动取款机、娱乐

械T GSM的跟踪?七位技术研究及K:实现

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场所以及医院位置等某興地点的杳询等；

导航导购服务：旅游时的路况倌总导航，路径规划以及地点标示等;

智能交通管理：个:辆的导航，交通监控以及车辆调度等；

追踪服务：弱势群休如老人、小孩儿的追踪以及赍.屯物品的监控，快递业、汕罐运输、计程车以及救护车等车辆的派遣和资产监控等；

广告信息发布：扩大商店影响、联系顾客等；

休闲娱乐服务：社群交友聊天、移动游戏等；

商业服务：移动付款、分区计费、特定地点折价券等，工厂内的维修派遣以及人员调动等。

1.3 位置信息的发展状况

R丨前，移动矩位技术己在ffl外发展迅速，在北臾，加拿人的BellobiiUy足商用位置服务市场的领导者，其:已推出了信息、娱乐、求助等类别的位置服务。荧国的移动运背商们则正在为满足E911第：：阶段的要求而努力，H前尤暇顾及商用位置服务。只冇在满足E911要求方面领先的SpriraPCS推出/面A中型企业的?服务解决方案，在韩国,三大运背商有着非常类似的位置服务发展历程。三者都足先从Cell-ID幵始，然后升级到(;PS。+断开发出精度要求逐渐增高的应用。SKT作为般大的运菪商，实力雄焊，推出的位置服务也域丰富，湲盖了车载和个人市场。其A-GSP定位技术來源于SiRF公司，tl 兑也进行位置服务平台和应用的幵发。KTF则是韩《垴早采用GPS技术开展位置服务的移动运营商，-11:技术间接來源于高通/SnapTmck, Cl勘并不从事位絜服务技术方面的开发。该公司偏重于个人市场，但也涉足车载市场，推出了TelemaLics服务。LGT 足韩阏实力最弱的移动运背商,它也在2002年开展了基于高通GPSOne技术的位置服务，由于实力很弱，该公司专注于个人市场，以娱乐和安令类应用为主打，在U本，从H前的情况來肴，只冇KDD!在力推位H服务。KDDI运荇的足CDMA(CodeDivision Multiple

械T GSM的跟踪?七位技术研究及K:实现

钵■}? GSM的跟踪这位技术糾究及实现

Access)网络，采用/ GPSOne技术，能够提供高精度的位置服务，-K推广位S服务的条件l!成熟：NTTDoCoMo H前则在力推手机钱包业务，尤暇顾及位置服务。lfU.Il其已在i-mode中推出了i-Area 业务，ill然精度不高，但可满足一般的U常需求。再加上冇DoCoMoMachine公司为)1:打理:个:载、教竹等行业市场，：K:Ci然不必跟随KDD丨推广位置服务。值得注意的是,U木运7?商对位置服务的倌息费几近企部采用包月的方式來收取，而且是一次包月就可以使用全部的位質服务内容.这也反映出U本最大的移动运营商NTTDoCoMo也正在放弃i-mode校式，逐渐把所宵业务转移到FomA 平台上。另外, U木也冇虚拟运荇商开展位置服务，坡突出的就是Secom公A ?足日木最大的保安公M，也足1_1本最早推出高精度移动安全服务的运苻商。在欧洲，运荇商们所推出的位置服务应用已非常小S，不过这些应用集中在U常生活倌息领域内，基于位置服务的娱乐还很少见。另外，Cell-ID 技术H前还足欧洲主流的定位技术，这与运营商前所主打的1_1常生活应用对精度的要求不高冇关。不过，GPS技术Li开始在欧洲应用，3UK、 T-MobileGcrmany都釆用了该技术《在国内，两火移动运苻商都IJ?进入位置服务市场，:>t?中中W移动冋时兼顾大众市场和行业市场，中P丨联通则侧承大众山'场，不过也开始拓展行业||丨场。两大运宵商的位置服务应用都存在用户偏少的问题，这可能楚因为：位S服务在闲内推出的时间不久：运

背商、SP(Service Provider)未能把握用户的需求；SP开发力度不够：地图数据缺乏

m.m

、J. ?、《!?a

1.4研究内容

木课题?丨?:要研究的足对移动H标的跟踪定位技术，我们的的设汁两标是通过AT指令获得H 标的对应越站的LAC和Cel] ID信息，下位机将基站信息以短信息的方式发送给监控中心，监控中心收到短信后竹先判断足不圮监控H标发來的数据帧短信，如果是监控IH标发來的数据帧短信则从中读出监控H标的编(手机号码）、时间以及蕋站信息，监控中心通过基站信息获得H祢的经纬度信息以及地址信息，获得经纬度信息我们洱运用Google地图的二次幵发技术，运用Google地图将H标的位置动态显示出來，本课题核心技术有碓片机、PC机的串行通信，以及在革片机、6bc5522b6c175f0e7cd13786环境下短信的收发，卜_位机单片机系统通过AT指令获得LAC和Cell ID信息，监控中心获得卜?位机的信息帧短信后从中获取我们需要的惊息，监控中心获得?站信息后通过程序的WEB 查询，对LAC和Cell ID信息进行解析，获得H标的经纬度以及地址信怠，还有Google 的:次开发技术a

2各种定位方法及分析

足位在本系统中评冇非常艰要的地位,我们在木帘i、J?论跟踪记位方法，对这个定位方法进行分析，从而选择出适合本系统的定位方式。

2.1主要的几种定位跟踪方式

定位就是获得H标当前的贝体位置，它延位置偯思服务的基础*目前的定位技术主要冇三种：GPS，GPS+GSM, GSM ffi站定位。

第一种：GPS

GPS是英文Global Positioning System (全球定位系统)的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS足20世纪70年代由荧岡陆海空三氺联合研制的新一代變间卫星导航定

位系统。W?主要H的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和企球性的导-航服务，

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并用于愦报收集、核爆监测和应急通讯等一呰￥平H的，是炎国独霸全球战略的要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3/1’伞球镫盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设究成》

0PS导航系统的?基本原理是测景出已知位置的卫星到用户接收之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位a3

GPS终端,只能获得终端当前的经纬度信息，再配合地图等获得3前的地址并在地图上将A前的位置标示出來。严格意义上讲GPS只是一个经讳度采集装置,它不巩冇通信功能，不能完成对远程H标的监控、足位。

第二种：GPS+GSM

第：:种方法是第一种的改进型，由于GPS不具冇迎信功能，而GSM就是弥补丫这一缺憾。通过GSP获得当前精确的经纬度信息，再将获得的经纬度信息以SMS或GPRS 的形式传到监控中心，从而实现监控中心对h秘的实时监控如图2-1,在gps没打倌y的情况下，我选用GSM基站定位。

图2-丨GPS+GSM定位示意阁

第三种：GSM莶站定位

?站定位楚? ?种间接的记位方式，基站记位不像GPS能获得3前位置详细的经纬度信息，我们只能通过AT指令获得基站的LAC和Cell ID信息，通过WEB查询从而获得H 标人致的位S信息。而且GSM基站定位倍兮覆盖率远远超过GPS，能实现7X24无间断记位监控服务，这一点也足GPS无法比拟的。

GSM移动定位系统因不需要用户W投入昂资的设备，只需要现冇于?机或者一个GSM 模块配以简单的电路，现冇移动闷络即可实现矩位功能2我们可以通过相对低廉的代价获得一定精度的定位方法。

2. 2 GSM系统

2.2.1 GSM系统特点

全球移动通倍系统05SM)足在蜂窝系统的基础上发展而成,W于第:代数字移动通信系统。它是目前基于时分多址技术的移动通信中比较成熟、铺、且应用最广泛的一种系统。

GSM数字蜂窝移动通信系统足完全根据ETSI制矩的GSM技术规范研制的，它作为一种开放式结构和面W未來设计的系统具冇下列:丨?:要特点：

(dgsm系统足由几个分系统组成的，可~各种公众通信网m:联。它有标准化的接口规范。

m- GSM的跟踪WOV技不研究及其实现

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(2) G SM系统能提供W际的动漫游功能，对于全部GSM移动用户都可进入GSM 系

统。

(3) G SM系统除/可以开放语音业务，还可以开放各种承载业务、补充业务和与SDN 相关的业务，

(4) G SM系统具冇加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全。

(5) G SM系统異有灵活和方便的组M结构，频率重鉍利用率高，移动业务交换机的话务承担能力一般都很强。

(6) G SM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质童高。

(7) 随着人规模集成电路技术的进一步发展，用户终端设备叫更小型、轻巧和增强功能方向发展。

GSM通倍网络具冇複盖范鬧广、性能稳记可靠、使用费用低廉等特点。近年来(GSM 网络的消息业务、USSD(非结构化补允数据)业务等增值业务又越來越多的被疢用于远程设备监控、数据采集等工业遥测、监控领域。GSM网络为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强人的支持平台。

2. 2. 2 GSM系统体系结构

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钵T GSM 的跟踪这位技术糾究及实现 一个完整的数字移动通位丨<丨_:要由M 络交换丫?系统和基站丫?系统组成，除此以外还 冇大莆移动台作为用户接入移动通惊网的m 户设备。

GSM 网络足目前基于时分多址技术的移动通讯体制中：！成熟、最完?奔、覆盖面敁广、 用户最多的一种移动通信W 络。

整个体系结构nj ?归为四人了-系统，移动台、基站T 系统、网络和交换了?系统、运行 子系统，以上各功能中?元包括在这四大系统中，下面对这四大T 系统作详细介绍。如图 2-2所示

阁2-2 GSM 体系结构图

移动台(MobileStation, MS) ?足整个移动通倍系统中打接由用户使用的设备a M ?类 型可分为:个:载台、便携台和手机，芄中，手机本身小型、轻巧，而且功能也较强，因此 手机的用户将占移动用户的绝大多数。

基站f ?系统(BaseStation Subsyslem ，BSS)娃GSM 的基木组成部分。_般來说，S 站丫?系统包括GSM 无线蜂窝方曲?特冇的基础设施a BSS 通过无线接口々移动台直接相连， 它包括负责在无线路径卜.?送、接收及管现的设备;M —方面，BSS 也々网络和交换71

系统的交换机相连。因此，BSS 的作用可概括为；将移动台分别与NSS 和其他电信用户 连接起來。BSS 要由运动和维护了?系统控制,故々它也冇联系。根据规范的GSM 结构， BSS 包括两类设备：基站收发台(BTS)(它通过无线接口々移动台联系）和基站控制器 (Bsc)(它巧NSS 的交换机联系功能划分基本上娃在传?r.g(BTS)和钤理设备(BSC) 之间，ffi 站子系统BBS 结构图如图2-3 ^

网络交换子系统(Network Swi tchi ng Subsystem, NSS)负责管理GSM

系统内部的2-3猫站子系统BSS 结构阁

m- GSM的跟踪足技术糾究及K.实现

用户之间以及与乳它电倍网用户之间的通信=包括移动交换中心(MSC)和存储用户数据

和移动膂理信息的数据库，即访问用户位置寄存器(VLR)、归屈用户位置寄存器(IO)，鉴

权中心(AUO、移动设窬识別寄存器(EIR)和操作维护中心(0MC)六个功能舉元，各功能实

体间以及NSS J j BSS之间通过符合CCHT信令系统No. 7协议规范的7 4信令网络://. 相

通信。咧络交换子系统NSS结构图2-4

m2-4 W络交换f-系统NSS结构图操作维护子系统(Operation Support System OSS)由操作维护中心(0MC〉及操作和支持系统软件组成。

它足相对独立的对GSM系统提供铃现和服务功能的中元，包拈移动用户矜理、移动设备

赞理和网络操作和控制等三块功能=移动用户膂理包括对HLR和SIM卡的数据符理以及

计费膂理。OSS通过对F.IR控制实现对移动设备符理,M络操作和拧制足通过对BSS和

NSS的操作和维护中心(0MC)來完成的。

2.2.3 GSM系统区域划分

从地理位置范_來肴，GSM系统分为公用陆地移动W 业务移

动交换控制区（MSC区）、位置区（LA)、?基站区和小区。'

GSM服务区：由联网的GSM企部成员W组成，移动用户只要在服务区内，就能得

到系统的各种服务，包括完成_际漫游。

PLMN业务区：由GSM系统构成的公用陆地移动网(GSM/PLMN)处十网际或W内f 接交换机的级别上，该区域为PLMN业务区,它可以与公用交换电信网(PSTNt摄系统务数字M (ISDN)和公用数据阚(PDNN)儿连，在该区域内，有共同的编4方法及路由规划。一个PLMN业务区包括多个MSC业务区，甚至可扩展全国。

[ V

MSC业务区：在该区域内，有共同的编兮方法及路由规划。由一个移动交换中心控制

区域称为MSC业务区。一个MSC区可以由一个或多个位置区组成。

位置区：每一个MSC业务区分成若干位置区（LA)，位置区由若干基站区组成，它一

个或若干个基站控制器(BSC)有关。在位置区内移动台移动时，不需要作位置吏

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新。A分呼移动用户时，位S区内令部基站可以同时发铩呼倌兮。系统中，位質区域以位K区识别码

基站区：一般指一个?站控制器所控制若干个小区的区域称为蕋站区。

小区：小区也叫蜂窝K，就足蜂莴状的M络。蜂莴足?种系统级的概念，足解决频率+足和用户容:tt问题的.屯人突破《它的基木思想纪在GSM服务区内，用斤干小覆盖区代替一个人的覆盖区。由于在数学上，正六边形被认为是使用敁少个结点而可以葰盖鉍人而积的阁形，冈此正六边形的丨叫络结构被认为足敁好的选择。把移动电话的所冇服务区全部分为一个个的正六边形的子服务区，在每一个了服务区设置一个?基站，也就足说每一个基站的覆盖范围理论上都是正六边形,街个基站都相邻，这样一个个基站就构成了蜂窝状。基站可位于正六边形中心，采用全內天线，称为中心激励；也可位于正六边形顶点（相隔设置），釆用120度或60度定向天线，称为顶点激励，

若小区内业务M激增时，小区可以缩小（一分为四），新的小区俗称"小小区' 在蜂窝网中称为小区分裂。小区示意图如图2-5

图2-5小区尔意图

2.2.4 GSM网络识别参数

网络识别参数主要冇小区企球识别(CGI)和?站识别码(BSIC)。

CGI由位置区识别(LAI)和小区识别(CI)组成如表2-1 . K?中LAI又包括移动W家兮(MCC),移动网号(MNC)和位置区码(LAC)。CGI的信息在每个小区广播的系统信息中发送，移动台接收到系统偯总后，将解出其中的CG1倍息，根据CG1指示的移动_家兮(MCC) 和移动网号侧C)确定枭竹可以驻?〒(CAMPON)该小同时判断”1前的位S区足竹发生了变化，以确定楚否需要进行位置史新。在位置更新过程中,移动台将LAI信息通报给网络，使柯络可以确切地知道移动f?M'l前所处的位置区。

m- GSM的跟踪t ov技不研究及其实现

m- GSM的跟踪定位技术砑究及其实现

在GSM系统中，铒个站部分配冇一个木地色码，称为基站识别码。在M络规划中，为丫减少同频千扰，一般都保证相邻小区的BCCH载频使用+同的频率，而蜂窝通信系统的特点决定了BCCII载频必然存在鉍用的吋能性,对于这作采用相同BCCII频率的小区应保证它们的的BSIC的不同。

基站识別码（BSIC)由咧络色码(NCC)和基站包码(BCC)组成，如表2-2所示。BSIC 在饵个小区的同步丨；[道(SCH)上发送。

表2-2网络识别参数BSIC NCC BCC

由于基站定位:丨:要需要的足位置区码（LAC)和小区识別(CI),鉴于篇幅木节只介绍LAC和CI,对其他参数不做介绍。

(1) 位g区码(LAC)

为了确定移动台的位置,每个GSM PLMN的覆盖区都被划分许多位罝区，位置区码(LAC)则用于标识不同的位置区4

位置区码(LAC)包含于LAI中，由两个字节组成，采用16进制编码，可用范_为0001-FFFEII,码组00001丨和FFFFH不可以使用，一个位置区可以包含一个或多个小区。

LAC在每个小区广播倍道丨?.的系统消息中发送，A移动台开机，插入SIM丨<或发现A前小区的LAC hK原来储存的内容不同时，移动台通过IMSI附着（IMSI ATTACH)或位置史新过程丨(丨】网络通告其1:1前所在的位置区，M络储存每个移动台的位置区，并作为将来蛘呼该移动台的位置倍怠

(2) 小区识别(CI)

为丫唯一地表示GSMPL剛中的每个小区，M络运背者需要分配给M络中所冇的小区—个代码，即：小区识别(C1)。小区识别(CI〉与位置区识别(LA1)码结台，用于识别网络中的每个BTS及其覆盖的小K。

小区识别(CI)由16bi t组成,编码容量为65536c

小区识别(ci)作为小区全球识别(ai)的一部分，在每个小区广播的系统消息中发

送。

2. 3 GSM系统定位方法

定位作为无线电探测的一个柬要课题冇人莆科学丨:作奔进行研究，同时岜提出/丈景的定位方法。由于蜂窝移动通信移动台定位D身具冇一定特殊性，因此冇作方法适合于移动台定位，有驻方法并不适合，还苻些方法需要进行适3改进，由于不同移动通信网络之间的区別，所以釆用的记位方法不一样，如在GSM移动通倌系统和CDMA移

动通偯系统中采用的方法就不_样3

木节对常用的各种适用于蜂窝移动通倍移动台记位方法进行了比较，同时针对蜂窝通倌系统的特点将部分方法的求解公式做了进一步的完#?和推导。敁后还对各种定位方法的性能、适用于各利1蜂窝通信系统的情况进行丫总结比较,

2.3. 1 C00定位法

COO(Cell Of Origin)定位是一种于M络的定位方案,他是移动定位技术中诚简中? 的一种定位方式，他起源于蜂窝小区定位技术，用户的位置信息由典手机所处的小区ID 位置來确定。

COO定位法的只?体实现方式足：在移动?范盖的区域内，用户手机茗要连接网络，就需要在《所在小区进行注册。m用户手机在某个小区注册后，典注册小区的ID 信息就会保留在系统的数据库中。进行COO

陕西科技大学毕业论文(设计说明书)

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定位时，系统只要以小区基站中心位置为半径进行系统广播，就可定位到在该小区蕋站裰盖半径内注册的所苻用户手机，他f?机的位置信息，就是该小区在系统数据库中登记的基站中心位置倌息#在我WH前的城市小匕规划中，为丫解决不断增加的话务的要求，多釆用多W小区结构。在用户比较少的地方,采用常规小区，複盖半径大约400米;在话务跫密集的地方，如商业街、写字楼，釆用微微蜂窝，蒗盖半径能达到100米：另外，在话务请高度密集的地方还釆用了双段甚罡多/i!的小区结构。因此，在繁平的商业区，一?个手机至少可以处于一个微微小区的浚盖，定位精度不超过100米，如果处于多个小区的覆盖，定位精度就可以达到50米甚负更小。在我W的郊区和农村，由于话务试小，?站密度较低，覆盖半径也较大，采用COO定位法一般只能获得丨000-2000米的定位精度。

CELL-ID定位不需要移动台的定位测莆，并且空中接口的定位信令传输很少，所以足位响应时间较短，一般在3s以内，对于可以满足精确需求的记位业务，CELL-ID 定位技术还是一个不错的选择，美防IE-911工程就哲时使用这种方法。

COO记位法如图2-6

2.3.2圆周定位法

m GSM的跟踪这位技术糾究及实现

钵■}? GSM 的跟踪这位技术糾究及实现

陕西科技大学毕业论文(设计说明书) l H

(2-3) 圆周定位方法的儿何解释如图2-7所示，:?&测最得到雄站(Bs Base Stalion)巧移动台 (Ms Mobile Station)之间距离r ，则可以认为移动台处于以基站为圆心，半径为r 的圆周 上。由几何知识可知三个M 可以相交于一点，这个交点就足移动台所处位置，因此只需 要测:M ：出移动台S 周丨1相邻的二个蕋站之间的距离即可实现对移动台的定位。如图2-7

图2-7圆周定位发示窓阁 _周定位方法其算法求解公式推异如卜，设移动

台位置坐标为(x ，y)，基站位S 坐标 为(Xi ，Yi)i=l ，2，3。移动台々各基站之间距离为n,则可以得到方程：

(2-1)

上式中xi ，yi ，ri 均为已知量，理论上方程中的两个未知数x 和y 仅需要两个方程 即可求解，（H.足解出结果中存在模糊，因此甲少需要三个方程求解去掉校糊，设i=l ，2，3 将上式展开为三个方程，求解方程组（2-2)可得到移动台位置坐标x ，^

(2-2) 其中

H

当参与的基站数网M>3时，方程可以采用最小二乘方法求解得到。

其中

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m- GSM 的跟踪t ov 技不研究及其实现 由上述分析可以看出岡周矩位关键足获取准确的移动台々基站之间的距离参数r, 获取参数r 吋采用以下两种方法。

(1) 电磁波信号从基站传输到移动台，或者从移动台传输到基站存在一定功率损耗， 该损耗h ‘电磁波通过的环境和传输距离存在一足关系，可以报据功率损耗模型公式和测 S 到的功率损耗值计算出移动台和S 站之间的距离。

(2) 通过测罱电磁波在基站和移动台之间传输时间t ，则根据（2-4)可以计箅出移动 台-S;基站之间的距离r 。

R = CT

(2-4) 其中c=299792458m/s=299792.458km/s ，秒为光传播速度。该方法可以在同步CDMA 系统中使用，如

IS-95，TD-SCDMA 系统中，该方法也被称为丛于到达时间(TOATime of Arrival)定位。

2.3.3双曲线定位

图2-8所示为双冊线定位方法的几何解释，若已知移动台到两个S 站Bsl 和Bs2之 间的距离差,则可以得出移动台位于以两个越站为焦点的双曲线上。根据测景到的距离 差的正负，可以进一步确定移动台处于双曲线的左分支上还足在取曲线的心分支上。洱 测出另一组双曲线则nj 以通过求解两组双曲线交点得到移动台的位置。

双曲线定位方法的数学描述如下，设移动台坐标(X, y)，基站坐标(Xi ，Yi), i=l ，2， 3，距离差ril ，1，2，

3。则可以得到方程(2-5)

^(x-x^ +(y- .y ,Y -yjix-x^" +(;y — 乂广=i= 1.2,3 (2-5) _.v 2-尤

丨 )’2 1_ 2 2 "> 2 r i ~h 一 W>，i ”2 ?Y 3-.V ,

)，3-乃 // = r \ - r f - x i +x 3~ >'i + Xi" _r \ _ r M _ 彳 + x l - .Vi 2+yit _

图2-8双曲线定位法

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陕西科技大学毕业论文(设计说明书) 对（2-5)的求解主要足将非线性方程线性化求解，常用的方法冇Taylor 级数展开 求解，Fang 方法和Chan 方法。

距离差的获取可以采用如下方法，通过测莆电磁波到达两个S 站Bsi 和Bs2的时间 差121得到，根据公式(2-6)求得=

= Ct l2 (2-6)

由于WCDMA 系统存在异步工作方式，并不能准确测景到TOA 信息，因此可以采 用该方法，该方法也被称为越于惊4到达时间左(11)0八Time Difference o 丨Arrive)〉i￡H 由于蜂窝通信中多径现象，移动台发射的信y ?很难直接达到基站，因此信号传输时 间存在误差，并J1该误差始终足非负的，很难通过积累处理抵消。而如果利用TDOA 进行定位，由于测兌的足两个信y 传输延时茇，因此该误左被减小且苻正也丫r 负，所以 可以通过积累处理提高精度，

2.3.4 方位角定位

图2-9所示为基于方位角定位方法的几何解释，通过测莆移动台发射信号到达基站 的角度，叫以确记移动台处于以通过基站々法线之间夹角为》的宵线上。W ?畀找? ?条这 样宵线则可以确定移动台处于两条亢线交点的位置。设移动台坐标(x ，y), ffi 站.坐标(xj ， yi)i=|，2，移动台与基站之间夹角为e ，i=l,2o 则可以得到方程（2-7)。

求解方程可得： 0, = tan(t^) (i=丨，2，3) (2-7)

X-Xi

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钵T GSM 的跟踪这位技术糾究及实现 arctan 0' -1

arctan ft -1

arctan (沒丨)^, - y { arctan (沒2);c 2 -y 2 其中

arctan 0：-\~\ ^

该方法lii 被称为基于AOA( Arrive of Angle 促位方法，信兮入射角度的获取可以采 用令:间谱估计的方法，如多承信y ?分类法(MUSIC Multiple signal classification),旋转小 变技术估计信 S ?参数(ESPRIT Estimating signal parameters via rotational invariance techniques)等方法。似足要测蛩倌S ?到达角度接收需要使用阵列天线,同时由于通信链 路上存在遮挡物，很难苻直达波信号到达，因此电波入射角度存在一定偏差，导致测駕: 出的角度存在较火误差，故此方法很少中独使用。

2.4基站定位方法对比分析

COO 定位法的优点足无需对M 络和手机进行修改，响应时间短。似由于K 所返M 的手机位S 信息只是小区菡站的中心位置信息，所以，COO 定位法的缺点非常明显， 就足定位精度较差，特別不适合在蕋站密度低、蒗盖半径太的地区使用。

阏周定位法的优点:H 接支持现行所有手机系统，用户手机无需改造,定位精度较 高并且可以单独优化，各种接口标准统一，纪位精度与菡站时间精度同步。

圆周定位法的缺点:为保证参~测莆的悔一个基站都做到同步，必须为所冇基站增 加一个位S 测量中元（如GPS 定位仪).且在时间上要做到同步，这种做法导致的直接 后果楚整个网络的初期投资较高，运背商维护莆大；用户f ?机必须打开时间同步功能， 做到々测量基站的时间同步，由于定位时要向多个基站发射信兮，这样势必会增加户 手机的功耗；由于在用户手机的发射信号中要加上发射时间标记，所以必然会增加上行 链路的数据请，3业务需求增多，会导致网络负担加承；由于多径效应的影响，即使S 站时钟同步精度很高，也会导致定位精度的偏差；如果用户T ?机在定位请求时无法和二 个以上的蕋站取得联系，定位将会失败；用户参4的定位时间较长等。

双曲线定位法的优点:双曲线定位法不需要用户f ?机和越站保持时间上的绝对同 步；双曲线定位法不要求知道信号传播的異体时间，这样可以消除或减少在所冇用户手 机上由于信道产生的共同误差。

双曲线定位法的缺点:离服务?站近的f ?机发射功率小，离服务基站远的手机发射 功率大，这样有可能会造成较火的测駕误差，在移动定位的时候，把手机发射功率瞬间 调到最大，可以提高定位精度，似会对移动网络的容—定程度的影响。

尽管方位角定位法的原理非常简革，似在实际应用中却因为111^特性存在一吗难以 克服的缺陷：冇先，方位角记位法要求用户手机4参U 测粲的基站要保持可视传输(无

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遮挡传输)，如果存在非视距传输的怡况,将会因为多径效应给方位角定位法带來+可预测的误差s獄,由于盛站天线设备角分辨率的限制,方位角记位法的定位精度和越站与用户手机见得距离成反比,即距离越远，精度越低，距离越近，精度越高。所以，方位角定位法多用于宏小区,或足勾狀?他定位技术混合使用来提高定位的精度。

综上,在这四种定位方法中，间I周定位法需要给每一个雄站增加一个测最中.元（如GPS定位仪)，这个成本非常高，不是我们个人或者足某一个公司某一个组织所能承担的，这需要网络整体的升级,而IL定位需要的时间比较长，这种方法不适合木课题。双曲线定位法对移动网络容貴荇影响，而.11距离远的时候误差也较人，顾也不选这种方法。方向角定位法tJiT冇很严:

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