GPSOne定位业务优化方法探讨和分析

陈秀敏，许向东，黄毅华，刘 悦

（1.中国电信股份有限公司广州研究院 广州510630；2.中国电信集团公司 北京100032）

1 引言

GPSOne精定位技术在中国电信行业应用中已进入快速发展阶段。近期涌现出大量基于定位业务的行业应用产品，如渔信e通、物流e通、司法e通、位讯通、销售管家、保险e通等，为各个行业提供个性化的位置服务应用。GPSOne精定位是目前热门的数据增值业务之一，是行业界公认的最有吸引力的无线数据业务之一。GPSOne定位平台提供基于GPSOne技术的定位服务，集中设置在北京，由MPC（mobile position center，移 动 定 位 中 心）、PDE（position determining element）位 置 计 算 实 体 和WARN组成。随着GPSOne技术的完善和支持GPSOne终端的普及，使用GPSOne的用户成倍增加。除了行业应用用户以外，随着智能手机的普及，个人用户对GPSOne的使用量也呈爆发性增长。而对GPSOne业务的优化，也随着用户的增长提上日程。

2 GPSOne技术简介

GPSOne是美国高通公司为基于位置业务开发的定位技术，采用客户机/服务器（client/server）方式。它将无线网络辅助定位技术AGPS[1]和高级前向链路三角定位法（AFLT）两种定位技术有机结合，实现高精度、高可用性和较高速度定位。在这两种定位技术均无法使用的环境中，GPSOne会自动切换到基站定位方法的cell ID扇区定位方式，确保定位成功率[2]。

GPSOne将AGPS定位及CDMA三角定位功能嵌入到CDMA终端芯片中[3]，利用CDMA三角运算定位弥补卫星信号被阻挡情况下的缺陷，完成室内或地下室定位，其他蜂窝电话网络如GSM/GPRS虽也有类似的自定位技术，但由于CDMA是唯一全网同步的（通过GPS）网络，因此定位精度更高。GPSOne系统组成如图1所示。

图1 GPSOne系统组成

GPSOne系统中，包含了多种混合定位技术，归纳起来可分为以下3类：

·MS-assisted模式=混合AGPS+AFLT（网络侧计算）；

·MS-based模式=AGPS（终端侧计算）；

·Standalone GPS（SGPS）模式=GPS。

表1为GPSOne 3种模式的发起方式，可知，从终端侧可以发起MS-assisted、MS-based和SGPS 3种方式的定位，但是从网络侧，只能对终端发起MS-assisted这一种定位。不同的定位方式，区别在于计算方的不同，如图2所示。

表1 GPSOne 3种模式的发起方式

对于MS-Assisted模式，由于使用网络侧进行计算，所以速度和成功率都高于MS-based模式；网络侧计算完成后，会将结果下发给GPSOne终端；对于MS-based模式，是终端从服务器获得辅助数据，然后由终端进行计算，并将结果通知服务器；对于Standalone GPS方式，是终端自己使用GPS星历进行计算。

图2 3种不同模式的计算和发起流程

3 GPSOne无线网络优化方法探讨

在进行GPSOne无线网络优化前，应根据各个省市实际情况，分析用户分布，针对不同场景采用不同测试方式，贴近实际用户使用感知，按照不同场景进行分类统计和给出有针对性的优化方案。除此之外，还要考虑日常投诉中的边界和室内投诉。因此评估主要是针对用户集中分布和业务投诉集中的区域，通过现场测试，查找问题点，进而有针对性地进行优化分析。

以某市为例，取一整天的用户位置分布和行业应用用户分布情况，如图3所示，定位主要集中在主城区、高速、海域区域。

图3 某市一日定位结果点分布

从历史GPSOne定位数据来看，导致定位失败的因素主要包括以下几个方面：弱覆盖、导频污染、切换失败、AN释放等无线网络问题，MPC及PDE平台问题，用户终端数据问题。从定位精度维度来看，在GPSOne定位系统中，高精度定位方式为AGPS和混合（hybrid）两种，而其他诸如AFLT、mixed cell、cell ID、b.s.region等 定 位 方 式 下 的 定 位精度则相对较低。卫星是否参与定位与测试环境和测试终端的放置位置等有很大关系，另外除卫星参与的定位方式外，AFLT定位方式相对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无线网优工作中提高整体定位准确度的关键。

下面结合GPSOne定位的信令流程[4]和测试流程对各定位失败类型进行相应说明。图4所示为GPSOne信令流程。图5为GPSOne测试流程。

图4 GPSOne信令流程

图5 GPSOne测试流程

（1）失败类型1——连接失败

连接失败主要是发生定位的第一阶段，也就是没有完成cdma2000 1x/Ev-Do信道连接，从而造成定位失败。cdma2000 1x/Ev-Do连接失败的原因有多种，如手机原因、无线环境原因，主要通过网优方法来解决。

（2）失败类型2——MPC交互失败

MPC交互失败主要发生在定位的第二阶段，cdma2000 1x/Ev-Do数据信道成功建立，MS向MPC发起StartPosition ProcessRequest消息，但没有收到MPC返回StartPosition ProcessResponse消息或者MPC返回了系统繁忙等原因，造成定位失败，则判定为MPC交互失败。

（3）失败类型3——无IS801请求

没有IS801请求主要发生在定位的第3个阶段前半阶段，MS与MPC交互成功，并成功收到StartPositionProcess Response消息，但由于网络原因或者终端原因，没有发起请求提供GPS辅助、提供移动信息、提供导频测量信息等消息，则判定为没有IS801请求。

（4）失败类型4——IS801过程中断

IS801过程中断主要发生定位的第3个阶段后半阶段，MS发起请求提供GPS辅助、提供移动信息、提供导频测量信息等消息，PDE返回提供GPS辅助，MS发起Provide LocationRequest消息后，没有收到PDE返回定位结果消息ProvideLocationResponse消息，则判定为IS801过程中断。

3.1 无线环境与定位成功率关系

以某市进行的一次GPSOne专题测试为例，城区中定位失败主要原因是连接失败、MPC交互失败、无IS801请求三大类。其中由于无线原因引起的定位失败约占三分之一，详见表2。

定位失败比例如图6所示。针对无线因素造成的定位失败，主要是由区域的SINR弱覆盖、导频污染、邻区漏配、频繁切换等原因造成，其中SINR弱覆盖占绝大部分（GPSOne无线承载通常可以采用cdma2000 1x和Ev-Do两种方式，本例中测试过程无线承载采用Ev-Do网络，所以关注参数是SINR）。可见无线环境的优劣，特别是SINR值的覆盖水平，对GPSOne业务的定位成功率有一定的影响。从图7可以看出，SINR越好，空口失败概率越低，IS801交互成功率越高。

表2 定位失败原因统计

图6 定位失败比例

图7 SINR与空口失败率及IS801交互成功率关系

对于SINR的优化，可采用RF及参数优化等常规方法，如调整天馈、增加邻区、调整邻区优先级、解决基站故障等。针对非无线原因造成的定位失败，主要还是通过降低平台的繁忙度来解决。

表3 SINR与定位精度的关系

3.2 无线环境与定位精度关系分析

从某市的测试结果来看，无线环境与定位精度也存在一定的关联。无线环境良好区域，圆概率CEP68误差相对偏大，主要原因是，从无线角度来说，SINR好的区域，导频数量相对较少，在没有卫星参与定位的情况下，使用AFLT定位方式的概率相对偏小，精度会差；而SINR差的区域，导频相对比较多，使用AFLT定位方式的概率相对偏大，精度反而更高，如表3所示。影响定位精度的无线因素主要是基站布局。

为研究终端收到的导频数量和GPSOne定位精度之间的关系，利用网优平台对AFLT计算的导频数量（小于实际收到的导频数量）和定位精度进行统计，以HEPE作为精度参考，统计全天定位情况，如图8所示。

图8 AFLT定位精度与导频数量关系

从统计结果来看，AFLT方式下，参与计算的PN数量4个是临界点：小于4个时，定位精度会比较低，HEPE在300 m以上，最大可达1 000 m左右；大于或等于4个PN参与定位，精度迅速降到100 m或以下。参与计算的PN越多，HEPE越小，精度越高，有时仅20 m左右，甚至优于AGPS方式。在GPSOne业务的精度优化中，对于AFLT方式的优化，单纯增加导频数量并不是线性收益，应尽量控制导频的数量，避免造成导频污染影响其他业务质量。

3.3 无线环境与定位时延的关系分析

无线环境与定位时延同样存在一定的关联。从某市的测试结果来看（如表4所示），无线环境良好区域，空口连接时延明显缩短，从而整体业务时延也较短。影响定位空口时延的无线因素主要有导频污染、频繁切换、弱覆盖（Ev-Do切换到cdma2000 1x）、RSSI高等原因，另外还跟手机休眠态时长、缺省协议软切换时延、TCA重发次数等无线参数设置有关。

表4 SINR与定位时延的关系

4 典型案例分析处理和探讨

如上所述，影响GPSOne业务质量的三大类问题是定位失败、定位精度和定位时延，下面从这3个方面结合实际案例进行分析和探讨。

图9 地理化展现定位失败和SINR

4.1 定位失败类

定位失败是指终端在定位过程中，由于信息交互中断导致定位失败，包括无线侧数据业务连接时的中断和平台侧MS与MPC交互时的中断。其中无线侧数据业务链路中断主要是由于前向覆盖不足、SINR值过差、特殊事件（如其他呼叫呼入）等因素造成，MPC交互中断主要是由MPC系统繁忙、IS801交互失败等因素造成。

下面这个实例为SINR过差导致的定位失败。

4.1.1 问题描述

在对城区进行定位测试过程中，测试车辆由西向东行驶并左拐后发生一次定位失败。从定位过程中的无线网络覆盖指标看，定位时SINR较差。图9为地理化展现定位失败和SINR，图10展现了定位失败前后各个状态。

4.1.2 原因分析

从定位失败时的现象看，在定位过程中SINR较差，通过分析定位信令以及比较相应的SINR情况查找原因。从本次定位信令中可以看到终端在11:20:39.609发出定位请求，并已在cdma2000 1x Ev-Do上建立连接。造成该次定位失败的时间点在11:20:39.609—11:21:10.562。对这段时间内的无线指标进行分析，可以发现在定位过程中的这段时间里SINR较差，影响了终端与MPC间的交互，最终造成该次定位没有成功。

4.1.3 案例小结

从本案例可以看到，当SINR过差时，会影响终端与MPC间的交互，最终造成定位失败，需通过优化改善SINR。

4.2 定位精度类

对定位精度的影响主要取决于定位方式的不同，尽量使终端采用定位精度较高的方式来定位能提高定位精度。而在卫星没有参与定位的情况下，基站参数的设置对定位精度具有较大的影响，其中影响定位精度的主要因素有：

·服务小区缺失；

·服务小区配置设置错误；

·服务小区经纬度严重偏差；

·MAR值不合理；

·PN参数错误；

·BSA存在冗余数据；

·直放站标示设置；

·扇区中心设置不合理；

·PNINC不同；

图10 趋势图展现定位失败前后各个状态

图11 测试位置结果

·异PDE无法查找。

下面这个实例反映了小区经纬度错误导致PN查找失败的情况。

4.2.1 问题描述

某机场候机厅主要由机场候机厅室分RRU覆盖，PN为388。在该点进行测试时发现，用户在定位时由于匹配到的其他PN的匹配度太差，而无法使用AFLT方式进行定位，最终采用了mixed cell sector方式进行定位，在采用该方式定位时的HEPE也属于正常范围240 m左右，并且RNG为4。但是由于BSA数据库中该室分经纬度填写错误，造成最终定位结果与实际位置误差达30 km，如图11所示。

4.2.2 原因分析

检查RRU的经纬度，发现BSA数据库中经纬度与实际经纬度不一致，如图12所示。

将某机场候机厅室分RRU经纬度由120.1014、30.24125修改为正确的经纬度120.4355、30.23701后对该点进行复测，返回的经纬度正常，PN也全部查找成功。

4.2.3 案例小结

BSA中扇区经纬度位置十分重要，特别是作为服务小区时的经纬度决定了定位的大致查找范围，一旦偏离过大会造成较大的定位误差，而且这种误差从HEPE值上无法发现。HEPE值并不能真正反映定位误差，以GPS来对比的日常测试就显得非常重要。PN查找失败也不能光从查找失败的那些小区来判断，本案中PN248、242这些查找失败都不是其本身的原因，而是服务小区的问题引起的，需先排除服务小区的问题。

4.3 定位时延类

对定位时延的影响主要来源于网络侧接入时延与定位平台处理时延，其中网络接入时延对整个定位时长影响最大。弱覆盖、导频污染等影响终端数据业务接入的问题均延长了终端定位时延。因此，改善定位时延主要是改善无线网络覆盖状况，改善方法与普通的改善Ev-Do/cdma2000 1x覆盖方法相似。

图11 BSA数据库经纬度与实际不一致

下面这个实例反映了乒乓切换对定位时延的影响。

4.3.1 问题描述

在测试过程中，测试车辆由西南向东北方向行驶时，发现终端在PN=462、PN=294、PN=123间乒乓切换（如图13所示），造成本地定位时延持续37.2 s。

4.3.2 原因分析

从图13的信令可以看到，在定位发起事件请求之后、Ev-Do信道连接建立过程中，终端进行多次小区重选及切换，形成乒乓切换。

在成功完成Ev-Do连接，MPC交互完成后，关闭连接，然后与PDE交互过程中发起第二次Ev-Do连接过程中，终端仍然频繁地进行小区重选，最终导致加大本次定位时长。

图13 扇区乒乓切换状况

4.3.3 案例小结

从本案例可以看到由于终端在接入过程中发生乒乓切换，影响了终端接入的时间，最终影响了定位的时延。因此需要通过RF调整、功率调整等措施调整切换带，减少乒乓切换的影响，从而改善定位时延。

5 结束语

在进行GPSOne业务优化前，需要根据用户分布及使用场景制订评估计划，使得测试结果能够更加贴近用户感知。对GPSOne业务进行优化，主要入手点是无线网络和MPC、PDE等服务器，对于MPC、PDE优化已经有大量文献进行讲解和介绍，但是对于无线网络质量对GPSOne业务的的影响分析研究，以及对应分优化思路方面则较少提及。从天翼GPSOne业务无线网络优化实际工作中总结出部分经验，用以与相关人员共同探讨。

1 李明峰，冯宝红，刘三枝.GPS定位技术及其应用.北京：国防工业出版社，2006

2 罗圣美，邓芳伟，王炜.CDMA无线定位业务及其实现.电信技术，2002(3)

3 谭锴.GPSOne定位技术研究.计算机技术与应用，2005(5)

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