【效率源•干货】手机定位20-7期：手机打车“南辕北辙”——可能与基站多点测算定位误差有关

编者按

       在“手机定位20—6期”中，数据恢复四川省重点实验室学术委员会副主任、原某研究所信息安全技术高级工程师王宁老师详细介绍了基站单点定位技术（SC城市定位和蜂窝小区定位）。本期，王宁老师将为我们带来手机基站多点测算定位技术（TOA到达时间定位、TDOA到达时间差定位、OTDOA可观察到达时间差定位、AFLT高级前向链接三边测量定位）原理及应用的详细介绍。

新闻回放

打车软件频出错，市民直呼“伤不起”

       据媒体报道，最近，上海的王小姐用“滴滴专车”叫来了一辆专车，实际行驶距离不到4公里，却因司机的手机定位功能错误，显示计价距离为28.2公里，原本不到30元的车费，结果支付了124.2元，乘客王小姐直呼“被坑大了”。而上海另一位刘先生也遇到了定位不准的问题，“有一次，我在‘一号专车’上叫了一辆车，输入了我所在的详细地址，司机很快就接单了。但是等了很久，司机还没来接我，在软件一看，发现司机正在朝我所在位置的相反方向开去。”于是，刘先生马上打电话让司机调头折回来。

【手机打车软件经常会定位不准】

专业解读一、基站多点测算定位精度小于GPS定位

       为什么手机打车软件会频繁出现定位错误？这背后也许是跟手机基站多点测算定位精度技术定位精度不是很高有关。在户外，当移动定位在关闭GPS功能的情况下，一般都采用基站多点定位测算技术，如百度地图软件、打车软件、查找周围好友和查找吃喝玩乐地点的软件等。所以一旦手机用户在户外关闭了GPS功能，或者其他一些原因导致GPS功能无法使用时，手机就可能会使用基站多点测算进行定位，而这种定位的精度是远远小于GPS定位的，有时候误差甚至会上千米。

【基站多点测算（左）和GPS定位（右）定位比较】

二、基站多点测算定位的4中方式

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TOA到达时间定位：误差较大

       TOA(Time of Arrival)定位是一种基于反向链路的定位方法，通过测量手机信号到达多个基站的传播时间来确定移动用户的位置。这种技术只需3个以上的基站接收到手机信号，就可以利用三角定位算法计算出手机的位置。但由于它对接收器的误差没有进行处理，所以误差较大。

【TOA到达时间定位示意图】

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TDOA到达时间差定位

通过双曲线方程交叉点定位

       TDOA(Time Difference of Arrival)定位，是另一种基于反向链路的定位方法，通过检测移动台信号到达两个基站的时间差来确定手机的位置。TDOA方法至少需要3个以上的基站接收到手机信号，建立两个以上双曲线方程来确定交叉点的位置坐标。这种方法不要求知道信号传播的具体时间，可以抵消很大一部分时间误差和多径效应带来的误差，通常情况下定位精度高于TOA方式。

       由于蜂窝网络的功率控制功能，使得离服务基站近的手机发射功率小，导致相邻基站接收到的信号功率非常小(因而信噪比太小)，造成比较大的测量误差。针对这种情况的解决办法是，如在紧急求援呼叫时将手机发射功率瞬间调到最大，可以提高定位精度。手机振铃时的辐射功率比通话时大许多也是这个道理。

【TDOA到达时间差定位示意图】

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OTDOA可观察到达时间差定位

将测量值转换为OTOA

       OTDOA(Observed Time Difference of Arrival)定位，是根据3个基站与手机信号传播的时间差值进行定位的技术。移动终端向网络发送系统帧信号之间可观察到达时间差测量值，其中就包含测得的服务小区和邻近小区的定时差值。由于网络已知服务小区到移动终端的传播延迟，因此可以将移动终端提供的OTDOA测量值转换为OTOA，从而估算出基站到移动终端的距离，如下图所示（图中不同圆的交点就是估算出来的终端位置。由于存在测量误差，这些交点不在同一点上）。

【OTDOA可观察到达时间差定位示意图】

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AFLT高级前向链接三边测量定位题

运用于CDMA2000系统中

        AFLT(Advanced forward link three edge measurement)定位，是一种基于前向链路的定位方法，运用于CDMA2000系统中。在进行定位操作时，手机同时监听多个基站(至少3个)的导频信息。利用码片时延来确定终端到附近基站的距离，最后用三角定位法算出终端的位置。AFLT使用GPS定位所有的基站，需要在网络中增加新的定位实体和定位中心，利用导频信息算出移动台的位置。

        AFLT三角定位优点是，有无线网络覆盖的地方均可实现定位，比如在室内、汽车尾箱等；缺点是，由于需要监听多个基站的导频信息，受当时临近基站数量、网络信号强弱的影响较大，精度一般在几十米到几百米不等。另外还需手机平台支持IS-801协议。

【AFLT高级前向链接三边测量定位示意图】

小结：由于基站多点测算定位技术定位的精度是远远小于GPS定位的，通常当户外的移动定位在关闭了GPS功能或者GPS功能无法使用的情况下才采用此方法进行定位。对于手机基站定位来讲，除了“20—5”期提到的基站单点定位和本期介绍的基站多点测算定位以外，还存在到达角度(AOA)定位、基于场强的定位和多方式定位，在下一期的文章中将详细介绍，敬请期待！

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