位置業務（LBS，Location Based Service）是指移動網絡通過特定的定位技術來獲取移動終端的位置信息，從而爲終端用戶提供附加服務的一種增值業務，可廣泛應用於緊急救援、導航追蹤、運輸調度、移動黃頁等諸多方面。
近年來，隨着用戶需求的增加，移動定位技術受到越來越多的關注，特別是3G技術的日益成熟爲移動定位技術的發展提供了支持。在2G或2.5G的網絡裏，由於受到網絡傳輸速度的限制，高精度定位技術（A-GPS）的應用受到侷限，而3G網絡可以提供高速無線下載功能，這就爲移動定位業務提供了更加廣闊的發展空間。
1、3G中的移動定位技術
目前，在3G網絡中廣泛使用的移動定位技術有三種：基於網絡的小區識別（CELL-ID）定位技術、OTDOA定位技術、網絡與終端混合的A-GPS定位技術。
1.1 基於網絡的CELL-ID定位技術
基於網絡的CELL-ID定位技術是一種最簡單的定位技術，適用於所有蜂窩網絡，且無需對手機和網絡進行修改，就可以向當前的移動用戶提供自動定位業務。該技術根據移動終端所處的蜂窩小區ID號來確定用戶的位置，因此其定位精度完全取決於移動終端所處蜂窩小區半徑的大小，從幾百米到幾十公里不等。與其它技術相比，該技術投資較少，定位響應時間較短，一般在3s以內，但其精度最低，誤差較大。
1.2 OTDOA定位技術
OTDOA（Observed Time Difference of Arrival）是一種應用於3G網絡的定位方式。這種定位技術通過移動終端測量不同基站的下行導頻信號的到達時刻（TOA，Time of Arrival）實現定位，其定位精度較高，定位範圍約爲100～200m。但對時間基準的依賴性較強，同時受多徑干擾的影響也較大。OTDOA定位響應時間比CELL-ID略長，大約要10s。該技術無需對手機進行修改而只需修改網絡，即可直接向現有用戶提供服務。
1.3 A-GPS定位技術
A-GPS（Assisted Global Positioning System）即網絡輔助的全球定位系統，這種方法需要網絡和移動終端都能夠接收GPS信息，是一種結合了網絡基站信息和GPS信息對移動終端進行定位的技術，可以在2G和3G網絡中使用。此技術的優勢主要在其定位精度上，在室外等空曠地區，正常工作環境下其精度可達5～10m，堪稱目前定位精度最高的一種定位技術。另一方面，利用網絡傳來的輔助信息可以增強TTFF（Time To First Fix），其首次捕獲GPS信號的時間大大減小，一般僅需幾秒，而不像GPS的首次捕獲時間可能需要2～3min。A-GPS定位響應時間爲3～10s之間。
此外，爲了解決終端在室內以及在城市中被建築物遮擋而難以接收GPS信號的缺陷，一般A-GPS技術解決方案還考慮了CELL-ID定位技術作爲備用方案，這樣就大大提升了A-GPS的定位能力。
2、A-GPS定位技術分析
2.1 A-GPS的基本原理
作爲一種高精度的移動定位技術，A-GPS通過移動終端和GPS輔助定位信息（由移動網絡提供）共同獲取移動終端的位置信息，因而需要在移動終端內增加A-GPS接收機模塊（或者外接A-GPS接收機），同時要在移動網絡上加建位置服務器等設備。
其定位流程如下：
（1）移動終端首先將本身的基站地址通過網絡傳輸到位置服務器。
（2）位置服務器根據該終端的大概位置傳輸與該位置相關的GPS輔助信息（GPS捕獲輔助信息、GPS定位輔助信息、GPS靈敏度輔助信息、GPS衛星工作狀況信息等）和移動終端位置計算的輔助信息（GPS曆書以及修正數據、GPS星曆、GPS導航電文等）。利用這些信息，終端的A-GPS模塊可以很快捕獲衛星，以提升GPS信號的第一鎖定時間TTFF能力，並接收GPS原始信號。
（3）終端在接收到GPS原始信號後解調信號，計算終端到衛星的僞距（僞距即受各種GPS誤差影響的距離）。
（4）若採用網絡側計算，終端將測量的GPS僞距信息通過網絡傳輸到位置服務器，位置服務器根據傳來的GPS僞距信息和來自其他定位設備（如差分GPS基準站等）的輔助信息完成對GPS信息的計算，並估算該終端的位置；若採用終端側計算，終端根據測量的GPS僞距信息和網絡傳來的其他定位設備的輔助信息完成對GPS信息的計算，把估算的終端位置信息傳給定位服務器。
（5）位置服務器將該終端的位置通過網絡傳輸到應用平臺。
A-GPS定位過程如圖1所示。整個方案以3G網絡爲傳輸數據方式。輔助接收機實時地從衛星處獲得參考數據（時鐘、星曆錶、可用星座、參考位置等），通過網絡提供給定位服務器。當移動終端需要定位數據時，定位服務器通過無線網絡給終端提供A-GPS輔助數據，以增強其TTTF，從而大大提高A-GPS接收模塊的靈敏度。
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圖1 A-GPS工作原理圖
2.2 A-GPS的網絡結構
目前，基於無線網絡的A-GPS技術中，可以採用兩種基本的網絡拓撲結構：控制平面（Control Plane）和用戶平面（User Plane）。
（1）控制平面
控制平面方式中，移動定位中心（SMLC，Serving Mobile Location Centre）與無線基站的無線網絡控制器（RNC，Radio Network Controllet）集成，GPS輔助信息通過信令的方式來交互。移動定位網關（GMLC）位於無線網絡的IP數據網上，負責外部定位請求的接入。
由於通過信令接口在覈心網絡內部傳輸輔助數據，因而該結構傳輸效率高且安全可靠，有利於位置服務的管理和控制。其缺點是RNC需具有SMLC功能，會影響到核心網絡，實現和維護複雜，成本較高。
（2）用戶平面
用戶平面方式利用現代無線網絡的IP功能，通過IP數據網和SMLC交互輔助信息，移動終端的UE（User Equipment）直接通過相應的標準接口實現定位信息從終端到GMLC的傳遞。其相應的標準由開放式移動聯盟（OMA）制定，稱爲安全用戶層面定位（SUPL）。這種方式的優點在於可以獨立於無線網絡部署，無需無線接入網和核心網中各節點的網絡信令支持，無需對無線核心網絡進行改造，且與2G網絡兼容，易實現，成本低，因而推廣迅速。
SUPL定位方式使移動終端直接建立從終端到GMLC的端到端對話，實現無線定位信息傳遞，並通過Le接口實現與服務提供商的互通。SUPL的典型體系結構如圖2所示。
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圖2 SUPL體系結構
從圖2中可以看出，SUPL定位平臺（SLP）由SUPL定位中心（SLC）和SUPL位置中心（SPC）兩部分組成，SUPL定位平臺和SUPL終端（SET）之間的接口爲LUP（Location User Plane），接口採用OMA的ULP（User plane Location Protocol）協議。支持SUPL接口功能的SET具備的功能有：私密功能、安全功能、SET預備功能、輔助信息發送功能和位置計算功能等。
2.3 SUPL A-GPS的網絡通信過程
（1）SUPL LUP接口定義
LUP的功能從邏輯上可分爲定位服務管理接口和定位計算接口。其中，定位服務管理接口用來在SLP和SET之間建立會話並執行SLC的功能，其消息定義如表1所示。定位計算接口在SET和SLP之間傳送位置計算信息，它執行SPC的功能，其消息定義如表2所示：
表1 定位服務管理接口消息定義（代理模式）
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表2 定位計算接口消息定義
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（2）網絡通信過程
在SUPL中，可分爲代理模式和非代理模式。在代理模式下，SPC不再直接與SET通信，而是由SLC作爲代理完成SET和SPC之間的通信；在非代理模式下，SPC將直接與SET進行通信。另外，由於終端歸屬地的不同，又可分爲漫遊和非漫遊兩種情況。在這裏爲了便於討論，只針對非漫遊代理模式的通信過程做出分析。網絡端和SET均可發起網絡通信，圖3給出了由網絡發起的定位通信過程：
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圖3 非漫遊代理模式下網絡發起的定位通信過程
在圖3中，（A）由SUPL代理向H-SLP（Home SLP）發送一個MLP SLIR請求消息，該消息中包含ms-id、client-id和qop等；（B）H-SLP覈實當前目標SET沒有處於SUPL漫遊當中且支持SUPL功能；（C）H-SLP使用WAP PUSH或SMS向SET發送一個SUPL INIT消息，該消息應該包括session-id、posmethod、SLP mode等；（D）SET收到SUPL INIT後，建立與H-SLP通信的安全數據連接；（E）SET向H-SLP發送一個SUPL POS INIT消息來開始一個定位會話，該消息中包含有session-id、lid、SET capabilities等，SET可能會在其中設置被請求的輔助數據；（F）H-SLP根據SUPL POS INIT提供的定位協議選取相應的通信協議（RRLP/RRC/TIA-801）與SET進行連續的定位數據交換。（G）當位置信息計算結束時，H-SLP向SET發送SUPL END消息通知SET定位會話結束，同時SET釋放和H-SLP之間的安全IP連接和相關會話資源；（H）H-SLP向SUPL代理通過發送MLP SLIA消息返回SET位置信息，同時釋放所有相關的會話資源。
由SET發起的定位通信過程與圖3所示區別不大，從（E）開始的步驟與圖3相同，只是在最後發送SUPL END消息並釋放相關資源後，整個通信過程結束。不同的是SUPL代理可與SET集成，SET首先建立與H-SLP的安全數據連接，而後向H-SLP發送SUPL START消息，H-SLP在覈實當前目標SET沒有處於SUPL漫遊當中且支持SUPL功能後，發送SUPL RESPONSE消息作爲對SUPL START消息的迴應。由SET發起的定位通信過程如圖4所示：
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圖4 非漫遊代理模式下SET發起的定位通信過程
2.4 A-GPS的定位計算方法
A-GPS的定位計算可以分爲MS-Based方式和MS-Assisted方式。在MS-Based方式中，計算由終端完成；而在MS-Assisted方式中，定位計算由網絡基於SET提供的測量數據完成。
兩種定位計算方法各有利弊：MS-Assisted的優點是對終端的要求低，但具有時延較大、不適合高速行駛情況下的定位等缺點。相比而言，MS-Based方法的優點是網絡負擔小且定位時延小；適合短時間內的連續定位情況；在網絡不能提供輔助的情況下，可以使用自治的GPS功能來定位，因而可靠性高；此方式下無需核心網絡作任何改進，成本較低。總體而言，MS-Based方式是比較可取的定位方式。
3、A-GPS的應用
A-GPS定位技術的主要功能是能夠爲終端用戶提供高精度的位置信息。移動運營商採用基於A-GPS定位技術的位置服務後，終端用戶可以方便快捷地獲知自己或他人當前所處的位置，特別適用於車輛跟蹤與導航系統以及具有特殊任務的車輛（運鈔車、救護車、消防車等），能夠大幅度提高車輛安全、運輸效率和服務質量。
目前，國內移動通信市場日益發展，特別是隨着3G商用的臨近，中國移動和中國聯通都制訂和推出了各自的A-GPS方案。中國移動正在制訂的A-GPS方案基於OMA的SUPL規範，是一種用戶平面的解決方案；中國聯通提供的gpsOne是MS-Assisted方式的A-GPS定位方案，也基於用戶平面方式， 目前只用於CDMA網絡。
4、結束語
隨着位置業務的發展，定位精度日益被重視。作爲目前定位精度最高的移動定位技術，A-GPS的應用空間更加廣闊。基於A-GPS的位置業務必然會成爲繼語音、數據之後的又一大業務增長亮點。
近年來，隨着用戶需求的增加，移動定位技術受到越來越多的關注，特別是3G技術的日益成熟爲移動定位技術的發展提供了支持。在2G或2.5G的網絡裏，由於受到網絡傳輸速度的限制，高精度定位技術（A-GPS）的應用受到侷限，而3G網絡可以提供高速無線下載功能，這就爲移動定位業務提供了更加廣闊的發展空間。
1、3G中的移動定位技術
目前，在3G網絡中廣泛使用的移動定位技術有三種：基於網絡的小區識別（CELL-ID）定位技術、OTDOA定位技術、網絡與終端混合的A-GPS定位技術。
1.1 基於網絡的CELL-ID定位技術
基於網絡的CELL-ID定位技術是一種最簡單的定位技術，適用於所有蜂窩網絡，且無需對手機和網絡進行修改，就可以向當前的移動用戶提供自動定位業務。該技術根據移動終端所處的蜂窩小區ID號來確定用戶的位置，因此其定位精度完全取決於移動終端所處蜂窩小區半徑的大小，從幾百米到幾十公里不等。與其它技術相比，該技術投資較少，定位響應時間較短，一般在3s以內，但其精度最低，誤差較大。
1.2 OTDOA定位技術
OTDOA（Observed Time Difference of Arrival）是一種應用於3G網絡的定位方式。這種定位技術通過移動終端測量不同基站的下行導頻信號的到達時刻（TOA，Time of Arrival）實現定位，其定位精度較高，定位範圍約爲100～200m。但對時間基準的依賴性較強，同時受多徑干擾的影響也較大。OTDOA定位響應時間比CELL-ID略長，大約要10s。該技術無需對手機進行修改而只需修改網絡，即可直接向現有用戶提供服務。
1.3 A-GPS定位技術
A-GPS（Assisted Global Positioning System）即網絡輔助的全球定位系統，這種方法需要網絡和移動終端都能夠接收GPS信息，是一種結合了網絡基站信息和GPS信息對移動終端進行定位的技術，可以在2G和3G網絡中使用。此技術的優勢主要在其定位精度上，在室外等空曠地區，正常工作環境下其精度可達5～10m，堪稱目前定位精度最高的一種定位技術。另一方面，利用網絡傳來的輔助信息可以增強TTFF（Time To First Fix），其首次捕獲GPS信號的時間大大減小，一般僅需幾秒，而不像GPS的首次捕獲時間可能需要2～3min。A-GPS定位響應時間爲3～10s之間。
此外，爲了解決終端在室內以及在城市中被建築物遮擋而難以接收GPS信號的缺陷，一般A-GPS技術解決方案還考慮了CELL-ID定位技術作爲備用方案，這樣就大大提升了A-GPS的定位能力。
2、A-GPS定位技術分析
2.1 A-GPS的基本原理
作爲一種高精度的移動定位技術，A-GPS通過移動終端和GPS輔助定位信息（由移動網絡提供）共同獲取移動終端的位置信息，因而需要在移動終端內增加A-GPS接收機模塊（或者外接A-GPS接收機），同時要在移動網絡上加建位置服務器等設備。
其定位流程如下：
（1）移動終端首先將本身的基站地址通過網絡傳輸到位置服務器。
（2）位置服務器根據該終端的大概位置傳輸與該位置相關的GPS輔助信息（GPS捕獲輔助信息、GPS定位輔助信息、GPS靈敏度輔助信息、GPS衛星工作狀況信息等）和移動終端位置計算的輔助信息（GPS曆書以及修正數據、GPS星曆、GPS導航電文等）。利用這些信息，終端的A-GPS模塊可以很快捕獲衛星，以提升GPS信號的第一鎖定時間TTFF能力，並接收GPS原始信號。
（3）終端在接收到GPS原始信號後解調信號，計算終端到衛星的僞距（僞距即受各種GPS誤差影響的距離）。
（4）若採用網絡側計算，終端將測量的GPS僞距信息通過網絡傳輸到位置服務器，位置服務器根據傳來的GPS僞距信息和來自其他定位設備（如差分GPS基準站等）的輔助信息完成對GPS信息的計算，並估算該終端的位置；若採用終端側計算，終端根據測量的GPS僞距信息和網絡傳來的其他定位設備的輔助信息完成對GPS信息的計算，把估算的終端位置信息傳給定位服務器。
（5）位置服務器將該終端的位置通過網絡傳輸到應用平臺。
A-GPS定位過程如圖1所示。整個方案以3G網絡爲傳輸數據方式。輔助接收機實時地從衛星處獲得參考數據（時鐘、星曆錶、可用星座、參考位置等），通過網絡提供給定位服務器。當移動終端需要定位數據時，定位服務器通過無線網絡給終端提供A-GPS輔助數據，以增強其TTTF，從而大大提高A-GPS接收模塊的靈敏度。
圖1 A-GPS工作原理圖
2.2 A-GPS的網絡結構
目前，基於無線網絡的A-GPS技術中，可以採用兩種基本的網絡拓撲結構：控制平面（Control Plane）和用戶平面（User Plane）。
（1）控制平面
控制平面方式中，移動定位中心（SMLC，Serving Mobile Location Centre）與無線基站的無線網絡控制器（RNC，Radio Network Controllet）集成，GPS輔助信息通過信令的方式來交互。移動定位網關（GMLC）位於無線網絡的IP數據網上，負責外部定位請求的接入。
由於通過信令接口在覈心網絡內部傳輸輔助數據，因而該結構傳輸效率高且安全可靠，有利於位置服務的管理和控制。其缺點是RNC需具有SMLC功能，會影響到核心網絡，實現和維護複雜，成本較高。
（2）用戶平面
用戶平面方式利用現代無線網絡的IP功能，通過IP數據網和SMLC交互輔助信息，移動終端的UE（User Equipment）直接通過相應的標準接口實現定位信息從終端到GMLC的傳遞。其相應的標準由開放式移動聯盟（OMA）制定，稱爲安全用戶層面定位（SUPL）。這種方式的優點在於可以獨立於無線網絡部署，無需無線接入網和核心網中各節點的網絡信令支持，無需對無線核心網絡進行改造，且與2G網絡兼容，易實現，成本低，因而推廣迅速。
SUPL定位方式使移動終端直接建立從終端到GMLC的端到端對話，實現無線定位信息傳遞，並通過Le接口實現與服務提供商的互通。SUPL的典型體系結構如圖2所示。
圖2 SUPL體系結構
從圖2中可以看出，SUPL定位平臺（SLP）由SUPL定位中心（SLC）和SUPL位置中心（SPC）兩部分組成，SUPL定位平臺和SUPL終端（SET）之間的接口爲LUP（Location User Plane），接口採用OMA的ULP（User plane Location Protocol）協議。支持SUPL接口功能的SET具備的功能有：私密功能、安全功能、SET預備功能、輔助信息發送功能和位置計算功能等。
2.3 SUPL A-GPS的網絡通信過程
（1）SUPL LUP接口定義
LUP的功能從邏輯上可分爲定位服務管理接口和定位計算接口。其中，定位服務管理接口用來在SLP和SET之間建立會話並執行SLC的功能，其消息定義如表1所示。定位計算接口在SET和SLP之間傳送位置計算信息，它執行SPC的功能，其消息定義如表2所示：
表1 定位服務管理接口消息定義（代理模式）
表2 定位計算接口消息定義
（2）網絡通信過程
在SUPL中，可分爲代理模式和非代理模式。在代理模式下，SPC不再直接與SET通信，而是由SLC作爲代理完成SET和SPC之間的通信；在非代理模式下，SPC將直接與SET進行通信。另外，由於終端歸屬地的不同，又可分爲漫遊和非漫遊兩種情況。在這裏爲了便於討論，只針對非漫遊代理模式的通信過程做出分析。網絡端和SET均可發起網絡通信，圖3給出了由網絡發起的定位通信過程：
圖3 非漫遊代理模式下網絡發起的定位通信過程
在圖3中，（A）由SUPL代理向H-SLP（Home SLP）發送一個MLP SLIR請求消息，該消息中包含ms-id、client-id和qop等；（B）H-SLP覈實當前目標SET沒有處於SUPL漫遊當中且支持SUPL功能；（C）H-SLP使用WAP PUSH或SMS向SET發送一個SUPL INIT消息，該消息應該包括session-id、posmethod、SLP mode等；（D）SET收到SUPL INIT後，建立與H-SLP通信的安全數據連接；（E）SET向H-SLP發送一個SUPL POS INIT消息來開始一個定位會話，該消息中包含有session-id、lid、SET capabilities等，SET可能會在其中設置被請求的輔助數據；（F）H-SLP根據SUPL POS INIT提供的定位協議選取相應的通信協議（RRLP/RRC/TIA-801）與SET進行連續的定位數據交換。（G）當位置信息計算結束時，H-SLP向SET發送SUPL END消息通知SET定位會話結束，同時SET釋放和H-SLP之間的安全IP連接和相關會話資源；（H）H-SLP向SUPL代理通過發送MLP SLIA消息返回SET位置信息，同時釋放所有相關的會話資源。
由SET發起的定位通信過程與圖3所示區別不大，從（E）開始的步驟與圖3相同，只是在最後發送SUPL END消息並釋放相關資源後，整個通信過程結束。不同的是SUPL代理可與SET集成，SET首先建立與H-SLP的安全數據連接，而後向H-SLP發送SUPL START消息，H-SLP在覈實當前目標SET沒有處於SUPL漫遊當中且支持SUPL功能後，發送SUPL RESPONSE消息作爲對SUPL START消息的迴應。由SET發起的定位通信過程如圖4所示：
圖4 非漫遊代理模式下SET發起的定位通信過程
2.4 A-GPS的定位計算方法
A-GPS的定位計算可以分爲MS-Based方式和MS-Assisted方式。在MS-Based方式中，計算由終端完成；而在MS-Assisted方式中，定位計算由網絡基於SET提供的測量數據完成。
兩種定位計算方法各有利弊：MS-Assisted的優點是對終端的要求低，但具有時延較大、不適合高速行駛情況下的定位等缺點。相比而言，MS-Based方法的優點是網絡負擔小且定位時延小；適合短時間內的連續定位情況；在網絡不能提供輔助的情況下，可以使用自治的GPS功能來定位，因而可靠性高；此方式下無需核心網絡作任何改進，成本較低。總體而言，MS-Based方式是比較可取的定位方式。
3、A-GPS的應用
A-GPS定位技術的主要功能是能夠爲終端用戶提供高精度的位置信息。移動運營商採用基於A-GPS定位技術的位置服務後，終端用戶可以方便快捷地獲知自己或他人當前所處的位置，特別適用於車輛跟蹤與導航系統以及具有特殊任務的車輛（運鈔車、救護車、消防車等），能夠大幅度提高車輛安全、運輸效率和服務質量。
目前，國內移動通信市場日益發展，特別是隨着3G商用的臨近，中國移動和中國聯通都制訂和推出了各自的A-GPS方案。中國移動正在制訂的A-GPS方案基於OMA的SUPL規範，是一種用戶平面的解決方案；中國聯通提供的gpsOne是MS-Assisted方式的A-GPS定位方案，也基於用戶平面方式， 目前只用於CDMA網絡。
4、結束語
隨着位置業務的發展，定位精度日益被重視。作爲目前定位精度最高的移動定位技術，A-GPS的應用空間更加廣闊。基於A-GPS的位置業務必然會成爲繼語音、數據之後的又一大業務增長亮點。