在我国，随着GSM移动通信网的迅速发展，手机成为人们通信的重要工具之一，利用手机拨打“110”、“119”和“120”等求助、告警电话日趋增多。据报道，目前美国用手机呼叫“911”（类似我国的“110“）已占全部呼叫总数的20%，移动通信在社会治安、紧急救援等突发事件中的地位已越来越重要。传统有线电话拨打告警电话时，接警系统可根据用户的主叫号码，获得用户的准确位置，快速、准确地处警。然而，由于现有移动通信网不能提供呼叫者的位置，求助时手机用户无法明确告知准确位置，以致延误时机，导致事件恶化的情况时有发生。据统计，交通事故中70%的人员死亡发生在事故后两小时内。因此，实现GSM手机自动定位业务（LCS，Location Service）有非常重要的意义。

此外，实现手机定位还有其它广泛用途，包括自动导航、网络优化和手机防盗等。

1GSM手机定位业务系统结构

GSM移动通信网可通过增加一个网络节点——移动定位中心（MLC）实现LCS业务。该系统引入的相关接口有：服务移动定位中心SMLC与BSC间接口（Lb）、移动定位中心网关GMLC与GSM网业务控制功能间接口（Lc）外部LCS用户与移动定位中心MLC间接口（Le）、移动定位中心网关与HLR间接口（Lh）、移动定位中心网关与MSC/ VLR间接口（Lg）移动定位中心与同等移动定位中心间接口（Lp）、移动定位中心与MSC/VLR间接口 Ls）以及定位测量单元LMU空中接口（Um）。

1.1定位测量单元（LMU）

通过无线测量，LMU可支持多种定位方式，测量可分为两类：（1）针对一个MS的定位测量；（2）针对特定地理区域中所有MS的辅助测量。LMU的初始值、时间指令等其它信息可预先设置，或通过移动定位中心（SMLC）提供，LMU将得到的所有定位和辅助信息提供给相关的SMLC。LMU可分为A类和B类两种。A类LMU以标准的GSM空中接口接入，经BTS、BSC与控制该LMU的SMLC保持信令连接。当连接基于NSS的SMLC时，A类LMU有为其服务的MSC和VLR，并在HLR上保留其登记的信息。A类LMU有唯一的IMSI，并支持所有GSM无线资源和移动管理功能。网络管理者可为LMU指派专门的IMSI范围，并在IMSI中指派特定的数字，表示相关SMLC。IMSI中的某几个数字可用作一个SMLC中某个LMU的本地代码。A类LMU支持连接控制管理功能，可实现与SMLC之间的LCS信令处理。

它还支持呼叫控制功能，可利用电路交换方式实现与SMLC之间的信令连接。为了确保LMU与SMLC间的互访，LMU必须位于从属于同一BSC或MSC的小区中。当 SMLC基于 NSS时，任何A类LMU在HLR中都有注册信息，其中无附加业务（点对点短信和呼入呼出限制业务除外）。HLR中的注册信息同时将有LMU功能的MS与普通的MS区分开来，所有有关LMU的数据由LMU和相关SMLC管理。B类LMU可从BSC的Abis接口访问，它可以是一个单独的网络单元，编号采用一些伪小区ID号，也可以集成在BTS内或与BTS连接。当SMLC基于 BSS方式时，B类 LMU的信令通过BSC传输；当 SMLC基于 NSS方式时，则通过BSC和MSC传输。

1.2移动定位中心网关（GMLC）

一个PLMN可有多个GML。GMLC是外部LCS用户进入GSM网的第一个节点。GMLC通过Lh接口从HLR中获得路由信息。鉴权通过后，GMLC通过Lg接口向MSC/VLR发出定位请求，并接收最终定位结果。

1.3移动定位中心（SMLC）

一个PLMN可包括多个SMLC。SMLC管理所有用于手机定位的资源，计算最终定位结果和精度。SMLC通常有两种类型：一种是基于NSS，支持Ls接口标准；另一种是基于 BSS，支持Lb接口。前者通过与MSC/VLR相连的LS接口，传输各种手机定位信令；后者则通过与BSC相连的Lb接口，传输各种手机定位信令。这两种SMLC与其它SMLC连接时采用Lp接口。SMLC和GMLC功能可合并在同一个物理节点，也可分布在多个节点。在LCS业务中，当小区广播中心（CBC）与BSC相连时，SMLC可利用现有的广播功能，通过CBC广播辅助信息。这时 SMLC相当于CBC的用户。

2.3种手机定位技术

GSM手机定位方式通常可分为基于网络方式和基于终端方式两种。从技术上可分为到达时间（TOA）、增强测量时间差（E－OTD）和GPS辅助（A－GPS）3种方式。

2.1TOA定位技术

TOA定位方式可在现有的任何手机上实现，手机无需作任何改动。具体实现步骤：（1）要定位的手机发出一已知信号，三个或多于三个LMU同时接收该信号，已知信号是手机执行异步切换时发出的接入突发信号；（2）各LMU得到信号到达时的绝对GPS时间后，可得到相对时间差（RTD）；（3）根据前两步的信息， SMLC进行两两比较，计算突发信号到达时间差（TDOA），得出精确位置，并回到应用中。要通过三角计算得出手机精确位置，必须知道另外两个参数：LMU的地理位置和各LMU之间的时间偏移量。例如各LMU必须提供的绝对GPS时间，或在已知位置的地点放置参考LMU可得到实际时间差（RTD）参数。LMU用接入突发信号确定TOA。当定位请求发出时，LMU被选定，且配置正确的频率，以便接收接入突发信号。此时，手机在业务信道（可能会处于跳频方式）上，以特定功率发送达70个接入脉冲（时长320ms）。各LMU通过多种方式实现和改善TOA的测量结果。利用收到的突发信号可提高测量成功概率和测量精度。采用分集技术（如天线分集和跳频），可降低多径效应的影响，提高测量精度。当某个应用需要知晓手机位置时，该应用向SMLC发出请求，同时告知手机号码和定位精度要求。被测量的TOA参数及其误差值一同被采集并发送到SMLC，根据该数据，SMLC可计算出应用所需要的手机位置，再将位置信息和误差范围发送回应用。

TOA定位方式需要附加硬件（LMU），以达到精确计算突发信号到达时间的目的。实现方式有多种：LMU既可集成在BTS内，也可作为单独设备。LMU作为单独设备时，既可有单独的天线，也可与BTS共享天线，通过空中接口实现网络间通信。

2.2 E－OTD定位技术

E－OTD定位方式是从测量时间差（OTD）发展而来的，OTD指测量所得的时间量，E－OTD指测量的方式。手机无需附加任何硬件便可得到测量结果。对于同步网，手机测量几个BTS信号的相对到达时间；对于非同步网，信号同时还需要被一个位置已知的LMU接收。确定了BTS到手机的信号传输时间，则可确定BTS与手机之间的几何距离，然后再根据此距离进行计算，最终确定手机的位置。实现步骤如下：手机收到各基站发来信号，得到TOA参数；LMU得到RTD参数；手机将TOA和RTD参数传送到GSM网。

OTD测量需要用同步、标准且模拟的脉冲。当BTS发送的帧未被同步时，网络需要测量BTS之间的RTD。为了进行精确的三角测量，OTD测量和RTD测量（非同步BTS时）均需要3个BTS。获得OTD参数后，手机位置既可在网络中计算，也可在终端计算（要求手机具备各种必要信息）。前者称为手机辅助方式，后者称为手机自主方式。通过手机或网络中的位置计算功能模块，实现位置计算。在网络结构、手机功能以及LMU功能与测量输入参数等均一样的情况下，位置计算可基于两种 E－OTD定位方式实现。

（1）双曲线方式

与E－OTD计算相关的基本时间量有3个：

•OTD：即手机得到GSM网络上两个不同BTS发来脉冲的时间间隔。t1时得到BTS1的脉冲，t2时得到BTS2的脉冲，则OTD＝t2－t1。两个脉冲同时得到，则OTD＝0。

•RTD：即GSM网上两个BTS的相对同步时间差。若BTS1在t3时刻发送脉冲，BTS2在t4时刻发送脉冲，则RTD=t4-t3。若GSM网同步，则BTS在同一时刻发送，RTD不需要计算，此时RTD＝0。

• GTD（几何时间差）：几何距离不等，导致手机接收两个不同BTS发来的脉冲存在时间差。如果手机到BTS1的传播距离为d1，BTS2到手机的距离为d2，则GTD＝（d2－d1）/C（C为电磁波传播速度）。若两个BTS到手机的距离相等，GTD=0。上述参数之间的关系为：OTD＝ RTD＋GTD。位置信息从GTD计算出来，由OTD和RTD可用前面的公式推导。手机 GTD中的d2－d1值为恒量，这时可能的位置信息为双曲线。手机位置则位于由三个基站和两个GTD得到的两条双曲线交界处。测量结果存在误差，灰色区域为OTD测量结果可能的位置。双曲线交叉得到的黑色区域为手机的位置。

（2）圆弧方式

圆弧方式不测量手机和 LMU接收不同 BTS信号的时间差值，只测量那些信号各自到达的时间。以下参数与E－OTD圆弧方式相关：

•MOT：BTS信号到达手机的时间，以手机内部时钟为准；

•LOT：BTS信号到达 LMU的时间，以 LMU内部时钟为准。通常手机与LMU的内部时钟之间有一个偏移量ε；

•DMB：手机与 BTS之间的几何距离；