GPSOne定位業(yè)務(wù)優(yōu)化方法探討和分析

陳秀敏，許向東，黃毅華，劉 悅

（1.中國電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630；2.中國電信集團公司 北京100032）

1 引言

GPSOne精定位技術(shù)在中國電信行業(yè)應(yīng)用中已進(jìn)入快速發(fā)展階段。近期涌現(xiàn)出大量基于定位業(yè)務(wù)的行業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品，如漁信e通、物流e通、司法e通、位訊通、銷售管家、保險e通等，為各個行業(yè)提供個性化的位置服務(wù)應(yīng)用。GPSOne精定位是目前熱門的數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)之一，是行業(yè)界公認(rèn)的最有吸引力的無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)之一。GPSOne定位平臺提供基于GPSOne技術(shù)的定位服務(wù)，集中設(shè)置在北京，由MPC（mobile position center，移 動 定 位 中 心）、PDE（position determining element）位 置 計 算 實 體 和WARN組成。隨著GPSOne技術(shù)的完善和支持GPSOne終端的普及，使用GPSOne的用戶成倍增加。除了行業(yè)應(yīng)用用戶以外，隨著智能手機的普及，個人用戶對GPSOne的使用量也呈爆發(fā)性增長。而對GPSOne業(yè)務(wù)的優(yōu)化，也隨著用戶的增長提上日程。

2 GPSOne技術(shù)簡介

GPSOne是美國高通公司為基于位置業(yè)務(wù)開發(fā)的定位技術(shù)，采用客戶機/服務(wù)器（client/server）方式。它將無線網(wǎng)絡(luò)輔助定位技術(shù)AGPS[1]和高級前向鏈路三角定位法（AFLT）兩種定位技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)高精度、高可用性和較高速度定位。在這兩種定位技術(shù)均無法使用的環(huán)境中，GPSOne會自動切換到基站定位方法的cell ID扇區(qū)定位方式，確保定位成功率[2]。

GPSOne將AGPS定位及CDMA三角定位功能嵌入到CDMA終端芯片中[3]，利用CDMA三角運算定位彌補衛(wèi)星信號被阻擋情況下的缺陷，完成室內(nèi)或地下室定位，其他蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)如GSM/GPRS雖也有類似的自定位技術(shù)，但由于CDMA是唯一全網(wǎng)同步的（通過GPS）網(wǎng)絡(luò)，因此定位精度更高。GPSOne系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 GPSOne系統(tǒng)組成

GPSOne系統(tǒng)中，包含了多種混合定位技術(shù)，歸納起來可分為以下3類：

·MS-assisted模式=混合AGPS+AFLT（網(wǎng)絡(luò)側(cè)計算）；

·MS-based模式=AGPS（終端側(cè)計算）；

·Standalone GPS（SGPS）模式=GPS。

表1為GPSOne 3種模式的發(fā)起方式，可知，從終端側(cè)可以發(fā)起MS-assisted、MS-based和SGPS 3種方式的定位，但是從網(wǎng)絡(luò)側(cè)，只能對終端發(fā)起MS-assisted這一種定位。不同的定位方式，區(qū)別在于計算方的不同，如圖2所示。

表1 GPSOne 3種模式的發(fā)起方式

對于MS-Assisted模式，由于使用網(wǎng)絡(luò)側(cè)進(jìn)行計算，所以速度和成功率都高于MS-based模式；網(wǎng)絡(luò)側(cè)計算完成后，會將結(jié)果下發(fā)給GPSOne終端；對于MS-based模式，是終端從服務(wù)器獲得輔助數(shù)據(jù)，然后由終端進(jìn)行計算，并將結(jié)果通知服務(wù)器；對于Standalone GPS方式，是終端自己使用GPS星歷進(jìn)行計算。

圖2 3種不同模式的計算和發(fā)起流程

3 GPSOne無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法探討

在進(jìn)行GPSOne無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化前，應(yīng)根據(jù)各個省市實際情況，分析用戶分布，針對不同場景采用不同測試方式，貼近實際用戶使用感知，按照不同場景進(jìn)行分類統(tǒng)計和給出有針對性的優(yōu)化方案。除此之外，還要考慮日常投訴中的邊界和室內(nèi)投訴。因此評估主要是針對用戶集中分布和業(yè)務(wù)投訴集中的區(qū)域，通過現(xiàn)場測試，查找問題點，進(jìn)而有針對性地進(jìn)行優(yōu)化分析。

以某市為例，取一整天的用戶位置分布和行業(yè)應(yīng)用用戶分布情況，如圖3所示，定位主要集中在主城區(qū)、高速、海域區(qū)域。

圖3 某市一日定位結(jié)果點分布

從歷史GPSOne定位數(shù)據(jù)來看，導(dǎo)致定位失敗的因素主要包括以下幾個方面：弱覆蓋、導(dǎo)頻污染、切換失敗、AN釋放等無線網(wǎng)絡(luò)問題，MPC及PDE平臺問題，用戶終端數(shù)據(jù)問題。從定位精度維度來看，在GPSOne定位系統(tǒng)中，高精度定位方式為AGPS和混合（hybrid）兩種，而其他諸如AFLT、mixed cell、cell ID、b.s.region等 定 位 方 式 下 的 定 位精度則相對較低。衛(wèi)星是否參與定位與測試環(huán)境和測試終端的放置位置等有很大關(guān)系，另外除衛(wèi)星參與的定位方式外，AFLT定位方式相對于其他定位方式而言精度最高，所以提升AFLT定位方式的占比，降低其他定位方式的比例是無線網(wǎng)優(yōu)工作中提高整體定位準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。

下面結(jié)合GPSOne定位的信令流程[4]和測試流程對各定位失敗類型進(jìn)行相應(yīng)說明。圖4所示為GPSOne信令流程。圖5為GPSOne測試流程。

圖4 GPSOne信令流程

圖5 GPSOne測試流程

（1）失敗類型1——連接失敗

連接失敗主要是發(fā)生定位的第一階段，也就是沒有完成cdma2000 1x/Ev-Do信道連接，從而造成定位失敗。cdma2000 1x/Ev-Do連接失敗的原因有多種，如手機原因、無線環(huán)境原因，主要通過網(wǎng)優(yōu)方法來解決。

（2）失敗類型2——MPC交互失敗

MPC交互失敗主要發(fā)生在定位的第二階段，cdma2000 1x/Ev-Do數(shù)據(jù)信道成功建立，MS向MPC發(fā)起StartPosition ProcessRequest消息，但沒有收到MPC返回StartPosition ProcessResponse消息或者M(jìn)PC返回了系統(tǒng)繁忙等原因，造成定位失敗，則判定為MPC交互失敗。

（3）失敗類型3——無IS801請求

沒有IS801請求主要發(fā)生在定位的第3個階段前半階段，MS與MPC交互成功，并成功收到StartPositionProcess Response消息，但由于網(wǎng)絡(luò)原因或者終端原因，沒有發(fā)起請求提供GPS輔助、提供移動信息、提供導(dǎo)頻測量信息等消息，則判定為沒有IS801請求。

（4）失敗類型4——IS801過程中斷

IS801過程中斷主要發(fā)生定位的第3個階段后半階段，MS發(fā)起請求提供GPS輔助、提供移動信息、提供導(dǎo)頻測量信息等消息，PDE返回提供GPS輔助，MS發(fā)起Provide LocationRequest消息后，沒有收到PDE返回定位結(jié)果消息ProvideLocationResponse消息，則判定為IS801過程中斷。

3.1 無線環(huán)境與定位成功率關(guān)系

以某市進(jìn)行的一次GPSOne專題測試為例，城區(qū)中定位失敗主要原因是連接失敗、MPC交互失敗、無IS801請求三大類。其中由于無線原因引起的定位失敗約占三分之一，詳見表2。

定位失敗比例如圖6所示。針對無線因素造成的定位失敗，主要是由區(qū)域的SINR弱覆蓋、導(dǎo)頻污染、鄰區(qū)漏配、頻繁切換等原因造成，其中SINR弱覆蓋占絕大部分（GPSOne無線承載通?？梢圆捎胏dma2000 1x和Ev-Do兩種方式，本例中測試過程無線承載采用Ev-Do網(wǎng)絡(luò)，所以關(guān)注參數(shù)是SINR）。可見無線環(huán)境的優(yōu)劣，特別是SINR值的覆蓋水平，對GPSOne業(yè)務(wù)的定位成功率有一定的影響。從圖7可以看出，SINR越好，空口失敗概率越低，IS801交互成功率越高。

表2 定位失敗原因統(tǒng)計

圖6 定位失敗比例

圖7 SINR與空口失敗率及IS801交互成功率關(guān)系

對于SINR的優(yōu)化，可采用RF及參數(shù)優(yōu)化等常規(guī)方法，如調(diào)整天饋、增加鄰區(qū)、調(diào)整鄰區(qū)優(yōu)先級、解決基站故障等。針對非無線原因造成的定位失敗，主要還是通過降低平臺的繁忙度來解決。

表3 SINR與定位精度的關(guān)系

3.2 無線環(huán)境與定位精度關(guān)系分析

從某市的測試結(jié)果來看，無線環(huán)境與定位精度也存在一定的關(guān)聯(lián)。無線環(huán)境良好區(qū)域，圓概率CEP68誤差相對偏大，主要原因是，從無線角度來說，SINR好的區(qū)域，導(dǎo)頻數(shù)量相對較少，在沒有衛(wèi)星參與定位的情況下，使用AFLT定位方式的概率相對偏小，精度會差；而SINR差的區(qū)域，導(dǎo)頻相對比較多，使用AFLT定位方式的概率相對偏大，精度反而更高，如表3所示。影響定位精度的無線因素主要是基站布局。

為研究終端收到的導(dǎo)頻數(shù)量和GPSOne定位精度之間的關(guān)系，利用網(wǎng)優(yōu)平臺對AFLT計算的導(dǎo)頻數(shù)量（小于實際收到的導(dǎo)頻數(shù)量）和定位精度進(jìn)行統(tǒng)計，以HEPE作為精度參考，統(tǒng)計全天定位情況，如圖8所示。

圖8 AFLT定位精度與導(dǎo)頻數(shù)量關(guān)系

從統(tǒng)計結(jié)果來看，AFLT方式下，參與計算的PN數(shù)量4個是臨界點：小于4個時，定位精度會比較低，HEPE在300 m以上，最大可達(dá)1 000 m左右；大于或等于4個PN參與定位，精度迅速降到100 m或以下。參與計算的PN越多，HEPE越小，精度越高，有時僅20 m左右，甚至優(yōu)于AGPS方式。在GPSOne業(yè)務(wù)的精度優(yōu)化中，對于AFLT方式的優(yōu)化，單純增加導(dǎo)頻數(shù)量并不是線性收益，應(yīng)盡量控制導(dǎo)頻的數(shù)量，避免造成導(dǎo)頻污染影響其他業(yè)務(wù)質(zhì)量。

3.3 無線環(huán)境與定位時延的關(guān)系分析

無線環(huán)境與定位時延同樣存在一定的關(guān)聯(lián)。從某市的測試結(jié)果來看（如表4所示），無線環(huán)境良好區(qū)域，空口連接時延明顯縮短，從而整體業(yè)務(wù)時延也較短。影響定位空口時延的無線因素主要有導(dǎo)頻污染、頻繁切換、弱覆蓋（Ev-Do切換到cdma2000 1x）、RSSI高等原因，另外還跟手機休眠態(tài)時長、缺省協(xié)議軟切換時延、TCA重發(fā)次數(shù)等無線參數(shù)設(shè)置有關(guān)。

表4 SINR與定位時延的關(guān)系

4 典型案例分析處理和探討

如上所述，影響GPSOne業(yè)務(wù)質(zhì)量的三大類問題是定位失敗、定位精度和定位時延，下面從這3個方面結(jié)合實際案例進(jìn)行分析和探討。

圖9 地理化展現(xiàn)定位失敗和SINR

4.1 定位失敗類

定位失敗是指終端在定位過程中，由于信息交互中斷導(dǎo)致定位失敗，包括無線側(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連接時的中斷和平臺側(cè)MS與MPC交互時的中斷。其中無線側(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)鏈路中斷主要是由于前向覆蓋不足、SINR值過差、特殊事件（如其他呼叫呼入）等因素造成，MPC交互中斷主要是由MPC系統(tǒng)繁忙、IS801交互失敗等因素造成。

下面這個實例為SINR過差導(dǎo)致的定位失敗。

4.1.1 問題描述

在對城區(qū)進(jìn)行定位測試過程中，測試車輛由西向東行駛并左拐后發(fā)生一次定位失敗。從定位過程中的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋指標(biāo)看，定位時SINR較差。圖9為地理化展現(xiàn)定位失敗和SINR，圖10展現(xiàn)了定位失敗前后各個狀態(tài)。

4.1.2 原因分析

從定位失敗時的現(xiàn)象看，在定位過程中SINR較差，通過分析定位信令以及比較相應(yīng)的SINR情況查找原因。從本次定位信令中可以看到終端在11:20:39.609發(fā)出定位請求，并已在cdma2000 1x Ev-Do上建立連接。造成該次定位失敗的時間點在11:20:39.609—11:21:10.562。對這段時間內(nèi)的無線指標(biāo)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)在定位過程中的這段時間里SINR較差，影響了終端與MPC間的交互，最終造成該次定位沒有成功。

4.1.3 案例小結(jié)

從本案例可以看到，當(dāng)SINR過差時，會影響終端與MPC間的交互，最終造成定位失敗，需通過優(yōu)化改善SINR。

4.2 定位精度類

對定位精度的影響主要取決于定位方式的不同，盡量使終端采用定位精度較高的方式來定位能提高定位精度。而在衛(wèi)星沒有參與定位的情況下，基站參數(shù)的設(shè)置對定位精度具有較大的影響，其中影響定位精度的主要因素有：

·服務(wù)小區(qū)缺失；

·服務(wù)小區(qū)配置設(shè)置錯誤；

·服務(wù)小區(qū)經(jīng)緯度嚴(yán)重偏差；

·MAR值不合理；

·PN參數(shù)錯誤；

·BSA存在冗余數(shù)據(jù)；

·直放站標(biāo)示設(shè)置；

·扇區(qū)中心設(shè)置不合理；

·PNINC不同；

圖10 趨勢圖展現(xiàn)定位失敗前后各個狀態(tài)

圖11 測試位置結(jié)果

·異PDE無法查找。

下面這個實例反映了小區(qū)經(jīng)緯度錯誤導(dǎo)致PN查找失敗的情況。

4.2.1 問題描述

某機場候機廳主要由機場候機廳室分RRU覆蓋，PN為388。在該點進(jìn)行測試時發(fā)現(xiàn)，用戶在定位時由于匹配到的其他PN的匹配度太差，而無法使用AFLT方式進(jìn)行定位，最終采用了mixed cell sector方式進(jìn)行定位，在采用該方式定位時的HEPE也屬于正常范圍240 m左右，并且RNG為4。但是由于BSA數(shù)據(jù)庫中該室分經(jīng)緯度填寫錯誤，造成最終定位結(jié)果與實際位置誤差達(dá)30 km，如圖11所示。

4.2.2 原因分析

檢查RRU的經(jīng)緯度，發(fā)現(xiàn)BSA數(shù)據(jù)庫中經(jīng)緯度與實際經(jīng)緯度不一致，如圖12所示。

將某機場候機廳室分RRU經(jīng)緯度由120.1014、30.24125修改為正確的經(jīng)緯度120.4355、30.23701后對該點進(jìn)行復(fù)測，返回的經(jīng)緯度正常，PN也全部查找成功。

4.2.3 案例小結(jié)

BSA中扇區(qū)經(jīng)緯度位置十分重要，特別是作為服務(wù)小區(qū)時的經(jīng)緯度決定了定位的大致查找范圍，一旦偏離過大會造成較大的定位誤差，而且這種誤差從HEPE值上無法發(fā)現(xiàn)。HEPE值并不能真正反映定位誤差，以GPS來對比的日常測試就顯得非常重要。PN查找失敗也不能光從查找失敗的那些小區(qū)來判斷，本案中PN248、242這些查找失敗都不是其本身的原因，而是服務(wù)小區(qū)的問題引起的，需先排除服務(wù)小區(qū)的問題。

4.3 定位時延類

對定位時延的影響主要來源于網(wǎng)絡(luò)側(cè)接入時延與定位平臺處理時延，其中網(wǎng)絡(luò)接入時延對整個定位時長影響最大。弱覆蓋、導(dǎo)頻污染等影響終端數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入的問題均延長了終端定位時延。因此，改善定位時延主要是改善無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況，改善方法與普通的改善Ev-Do/cdma2000 1x覆蓋方法相似。

圖11 BSA數(shù)據(jù)庫經(jīng)緯度與實際不一致

下面這個實例反映了乒乓切換對定位時延的影響。

4.3.1 問題描述

在測試過程中，測試車輛由西南向東北方向行駛時，發(fā)現(xiàn)終端在PN=462、PN=294、PN=123間乒乓切換（如圖13所示），造成本地定位時延持續(xù)37.2 s。

4.3.2 原因分析

從圖13的信令可以看到，在定位發(fā)起事件請求之后、Ev-Do信道連接建立過程中，終端進(jìn)行多次小區(qū)重選及切換，形成乒乓切換。

在成功完成Ev-Do連接，MPC交互完成后，關(guān)閉連接，然后與PDE交互過程中發(fā)起第二次Ev-Do連接過程中，終端仍然頻繁地進(jìn)行小區(qū)重選，最終導(dǎo)致加大本次定位時長。

圖13 扇區(qū)乒乓切換狀況

4.3.3 案例小結(jié)

從本案例可以看到由于終端在接入過程中發(fā)生乒乓切換，影響了終端接入的時間，最終影響了定位的時延。因此需要通過RF調(diào)整、功率調(diào)整等措施調(diào)整切換帶，減少乒乓切換的影響，從而改善定位時延。

5 結(jié)束語

在進(jìn)行GPSOne業(yè)務(wù)優(yōu)化前，需要根據(jù)用戶分布及使用場景制訂評估計劃，使得測試結(jié)果能夠更加貼近用戶感知。對GPSOne業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，主要入手點是無線網(wǎng)絡(luò)和MPC、PDE等服務(wù)器，對于MPC、PDE優(yōu)化已經(jīng)有大量文獻(xiàn)進(jìn)行講解和介紹，但是對于無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量對GPSOne業(yè)務(wù)的的影響分析研究，以及對應(yīng)分優(yōu)化思路方面則較少提及。從天翼GPSOne業(yè)務(wù)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實際工作中總結(jié)出部分經(jīng)驗，用以與相關(guān)人員共同探討。

1 李明峰，馮寶紅，劉三枝.GPS定位技術(shù)及其應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社，2006

2 羅圣美，鄧芳偉，王煒.CDMA無線定位業(yè)務(wù)及其實現(xiàn).電信技術(shù)，2002(3)

3 譚鍇.GPSOne定位技術(shù)研究.計算機技術(shù)與應(yīng)用，2005(5)

4 GPSOne solutions for cdma2000,cdma2000 1x and Ev-Do.http://www.qualcomm.com DMA20.2002210,2002