无线定位原理与技术
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1.2 研究现状

随着市场的需求不断增大,定位技术的发展也越来越迅速,以求满足人们在不同场景下的定位要求。下面将从标准化和产业发展两个方面,简要介绍目前定位技术的发展现状。

1.2.1 标准化

主要的定位标准化组织及其职能描述如下。

(1)美国联邦通信委员会

美国联邦通信委员会[15]主要致力于无线网络提供紧急呼叫业务下的无线定位标准,对无线定位精度进行了量化规范。在早期颁布的E-911条令中,要求基于无线网络的定位技术提供100 m精度的概率达到67%,300 m精度的概率达到90%;而基于手持终端的定位技术(如GPS技术)提供50 m精度的概率为67%,150 m精度的概率为90%。2006年,美国联邦通信委员会提出了NG911(Next Generation 911,下一代911)服务以进一步提高定位精度,特别是环境恶劣的地区,如城区、山区、森林等。同时支持空白(Void)业务,以自动识别呼叫者的位置信息。

(2)3GPP

3GPP(Third Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划)的 SA (Service and System Aspects,服务和系统方面)工作组长期致力于LBS标准化,主要内容涉及无线定位方法[16]、LBS服务标准[17]以及LBS架构[18]。该工作组主要利用蜂窝网提供LBS应用与开发,涵盖的LBS应用包括物流管理、导航、城市旅游、热点地区查找、商业广告投放与推广等。3GPP的RAN(Radio Access Network,无线接入网)工作组详细规范了蜂窝网定位技术的网络架构、定位流程、定位方法,尤其是关于Cell-ID、ECID、OTDOA及网络辅助的GPS定位技术方面的实现[16]

在3GPP Release 8中提出了利用服务用户的蜂窝网信息进行定位,即CID定位,这是最基本的定位方法。Release 9提出利用下行定位参考信号(Positioning Reference Signals,PRS)的时间差进行定位,即OTDOA法,其定位精度为50~100 m。Release 11进一步定义了上行TDOA方法,即UTDOA法。Release 12中考虑使定位精度满足 FCC 的需求(定位精度小于50 m 的概率为67%,即<50 m@67%)。从Release 8到Release 12,主要关注室外定位技术,通过增强技术提高定位精度,而Release 13提出利用Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线保真)、蓝牙、气压计、TBS等方法进行室内定位,并要求垂直定位精度达到3 m。在目前正在开展的Release 14中,将对定位技术进行进一步增强,以达到更高的定位精度(<3 m@80%)和更低的时延(初始化时间小于10 s,连续定位响应时间为10~15 ms)。定位技术在3GPP标准中的演进如图1-3所示。

图1-3 定位技术在3GPP标准中的演进

(3)OMA

OMA(Open Mobile Alliance,开放式移动联盟)源自于无线应用协议(Wireless Application Protocol,WAP)论坛[19],主要致力于根据市场和用户需求制定对应的高质量开放式标准协议,同时保障不同服务提供商之间LBS的互联互通性,并加强不同标准组织之间的合作,以促进LBS体系框架的商业化进展。OMA关于LBS的协议中主要明确了位置信息的框架、位置信息的传输协议以及位置信息可拓展标记语言(Extensive Markup Language,XML)文件格式,通过标准化位置信息传输通信协议,使不同位置服务供应商及其位置服务开发应用之间互联互通,从而有效促进了LBS市场的发展。

1.2.2 产业界

在产业界,各大巨头纷纷布局定位产业,如图1-4所示。2013年以来,谷歌(Google)室内地图快速覆盖了北美、欧洲、澳大利亚和日本等地的1万多家大型场馆,且总数仍在不断增加。2014年2月,谷歌开发3D视觉智能机项目,名为Project Tango,该项目已开发出一款集成摄像头、传感器和芯片的原型智能手机,这些部件能够帮助用户塑造出周围环境的3D地图,谷歌表示这类3D模型有望成为各类应用的基础,如室内导航。另外,苹果公司于2013年收购了室内定位团队WiFiSLAM,推出iBeacon蓝牙室内定位系统,目前已在美国千家商城推广试用。

图1-4 互联网公司在无线定位方向的动态

无线定位的广阔市场前景同样也吸引国内的互联网公司的注意与投资。2013年3月和2014年4月,阿里巴巴先后以2.94亿美元和10.94亿美元全资收购高德地图。阿里巴巴方面表示,通过全资收购,将有助于高德地图和导航业务提升竞争力,从而进一步提升高德软件在地图和导航业务领域服务用户的能力。2014年9月,百度为室内导航技术公司IndoorAtlas投资1 000万美元,旨在发展应用于建筑物和购物中心的导航服务。2015年8月,腾讯对室内定位企业 Sensewhere进行了战略投资。以上国内互联网巨头在定位领域市场的战略性投资,表明无线定位行业存在巨大的经济利益潜力,需要进一步发掘和开发。