無線定位技術與途中傳輸技術分析

定位技術的分類方式，若以應用場所來區分則可以分為室外應用(如 GPS、A-GPS、

DGPS 等等)或室內應用(如 E-TOD、WLAN、Bluetooth、Zigbee 等等)，若以手機或網路

（Hands

熟，雖然 DGPS 或 WAAS(Wide Area Augmentation System)可以在空曠的室外提供小於

、 分類為「時間」Time。時間可以是即時的或是指一個區段，對於一個娛樂服 務而言，時間被用來決定一個事件是否仍然有效，例如音樂會是否結束或者 某地點緊急事件的發生時間及處理完成與否。

麼歷史建築物，也可檢查旅行者是否在正確方向上。

第五、 分類為「航行軌跡」Navigation history。航行軌跡歷史舉例允許使用者了 解他們目前在哪裡和他們曾經做了什

可以藉由航行軌跡找到回

用戶的使用需求則不同，其中包括資訊的型態的不同需求、呈現型態(如影 第七、 分類為「社會和文化情況」Social and cultural situation。用戶的特徵如

合作的工作、鄰近及社會關係，舉例而言，用戶常搜尋的地點包括跟隨人群 找到特別事件發生的地點、人群聚集的酒吧或展覽會、或搜尋避開人群的荒 漠無人煙處、或想知道他們的朋友在哪等等。

分類為「實體環境」Physical surroundings。實

周圍雜音、雜訊強度等，舉例而言，直接陽光將使閱讀螢幕較為困難，因此 要求對比度是可調整的。

分類為「系統特性」System Properties。用戶使用的電腦系統其特性包括，

週期性或

網路覆蓋率、GPS覆蓋率、彩色或黑白螢幕、是否須觸控螢幕、電池續航力等。

量測及計算功能為主來區分則可以分為網路基礎（Network-based ）、手機基礎 et-based）兩種。

以室外應用或室內應用來區分，主要是因為 GPS 等技術目前在室內的應用還不成

3 公

例如博物

E-TOD、WLAN、Bluetooth、Zigbee 等技術。

[註] WAAS 是一個由 GPS 加上地面站台所組成的系統，能夠藉由校正 GPS 訊號，

歐洲的

（Multi-Functional 等，其目的主要是提供較 GPS 更精確之定位資訊。

等蜂巢式

來做位置 分類方法主要視定位系統的運算核心是

由一個或 e

Locatio 地台連線的狀

動終端裝置」

器等接收衛星訊號，並將訊號加以運算得到位置資訊。

介紹完定位技術的分類後，本文將介紹目前常用的定位技術包括，CELL ID 的定位技 Observed Time Difference Of Arrival）定位技

位技術、

Cell-ID 是現有定位方法中最簡單且較不需花費成本的方法，只需要在行動網路 中修改定位流程，其準確度是依據行動終端裝置所在的基地台所涵蓋的面積範圍大小 而定，也就是說從都會區之幾百公尺，到到農村或山區的幾十公里不等。但是其好處 除了花費較少成本之外，還包括定位回應時間短(通常是在 3 秒之內)且不需修改手機 之軟硬體等優點。

第二、TOA/TDOA 定位技術：

尺的定位精準度，但是因為 GPS 必須在 LOS（Line Of Sight）的情形下才能準確 定位，因此在高樓林立的都會區及室內，常會定位不良或跟本無法完成定位。所以在 館、大賣場或展覽會場所要應用的定位技術，目前均未非常成熟，其中包括

得到更精確的定位。WAAS 目前僅適用於北美地區，全球其他國家也有類似系通，包括 EGNOS（Euro Geostationary Navigation Overlay Service）及日本的 MSAS

Satellite Augmentation System）

目前 LBS 的定位技術主要是以蜂巢式手機定位技術為主，也就是說利用 GSM、CDMA 無線通訊網路系統所量測之信號來計算出行動裝置的位置。而以手機或網路 之量測及計算，主要可分為兩類，其

在網路上或行動終端裝置上而定，第一為「網路基礎」，網路基礎模式之位置量測是 數個基地台來進行，並將量測完之資料傳送至網路之移動定位中心（Mobil n Centre）來計算，以決定手機位置，通常此模式必須在與基

況下才能工作；第二為「手機基礎」，以手機基礎模式是以 GPS 為基礎，通常是指「行 內建 GPS 接收器模組、或藉由 Bluetooth-GPS 接收器或 GPS-Mouse 接收

識別 術、TOA、E-OTD/OTDOA（

術、GPS/DGPS 以及網路輔助的 A-GPS（Assisted Global Positioning Systems）定 多重模式定位技術、WLAN、Zigbee 等。

第一、CELL ID 定位技術：

TOA（Time of Arrival）到達時間，利用絕對時間換算成距離的方式，也就是利 用基地台對手機間之一準確的同步週期訊號，以量測信號的絕對到達時間，便可計算 出手機與基地台間的距離。

「到達時間差」TDOA（Time Difference Of Arrival），其量測利用相對時間差，

也就

E-OTD（Enhanced Observed Time Difference）技術由 GSM 標準委員會和 ETSI 在 1

置」測量不同基地台(BS) 的訊號，得到不同 BS 的 TOA 訊號到達時刻，並結合 BS 的 XY 座標，利用三角定位法 結合

第四、GPS/DGPS 定位技術：

GPS 定位技術之位置決定是基於 TOA 方式，其主要是利用 GPS 接收器接收到衛星 的 P

接收器等達到定位功能。

GPS 產品，包括 Philips 及 Sirf 等廠商均已有產品 是利用時間差經計算換算成之距離差，而兩個基地台所形成之兩條雙曲線交點即 為手機位置。

第三、E-OTD/OTDOA 定位技術：

999 年發布完成其標準化報告，其主要應用於 GSM 網路中。E-OTD 定位技術可以以 兩種模式執行包括，第一、手機為基礎模式，其動作方式是指網路必須傳送 RTD 值及 基地台的 xy 座標位置之輔助資料至手機，而手機依據這些輔助資料並且量測 OTD 值 以計算決定手機位置，然後傳送至網路之 SMLC；第二、手機為輔助模式，其動作方式 是指 OTD 信號值由手機量測，並傳送量測信號至基地台以計算決定手機之位置。

「觀測到達時間差」OTDOA（Observed Time Difference of Arrival）定位技術 不同於 E-OTD，其主要應用於 3G 網路下。3GPP 共定義兩種不同的 OTDOA，即手機輔助 和手機為主兩種模式，其量測原理同 E-OTD，「行動終端裝

三個以上的 BS 距離計算出「行動終端裝置」的位置。因此 OTDOA 或 E-OTD 之精 確度主要是靠基地台密度、Cell 的佈建計畫、干擾程度、計算單元之計算能力、基地 台本身之位置準確度等等來決定。

seudo Random Code 後，將時間調整成與其中一顆衛星同步，之後計算出與衛星 間之距離，再利用三角定位法推算出「行動終端裝置」之座標位置，其中完成 3 顆衛 星定位即可算出二維座標，若完成 4 顆衛星定位即可算出三維座標，而其精確度在戶 外可達到 10 公尺之內。「行動終端裝置」可內建 GPS 接收器模組、或藉由 Bluetooth-GPS 接收器或 GPS-Mouse

另外，還有以軟體為基礎的

出現

DGPS(Differential GPS) 主要目的為進一步提昇 GPS 接收機之效能，其方 式是

第五、A-GPS 定位技術：

A-GPS(Assisted-GPS)定位原理類似 DGPS。A-GPS 是將參考站連接至蜂巢式系統 的網

位 解決方案，舉例而言，Qualcomm 公司開發出適用於 CDMA2000、WCDMA 及 GSM 網路的 gpsO

第六、多重模式定位技術：

各種定位技術各有其優缺點，目前並沒有一種技術可以取代所有定位技術，也就 是說

位的應用則可使用 RFID、紅外線信 號柱等短距離定位技術，若某種服務需要混合這幾種情境(例如大型動物園)，則可用 多重

，通常這類產品可以在一顆 ARM 或 Xscale CPU 上完成所有 GPS 處理及計算的功 能(大約佔用 500MHz CPU 的 10%運算能力)，其特性當然是節省成本及小型化。

在量測時使用一些參考站設置之參考用 GPS 接收機，然後將修正資訊傳送給量測 之 GPS 接收機，以修正誤差。

路內，如此在計算位置時可以加上基地台之位置座標，其好處是可以降低「第一 次校準時間」TTFF（time-to-first-fix）至 10 秒以內。(註：若無即時可參考之 GPS 接收機，則必須搜尋整體的碼序列和衛星，通常在一般 GPS 內搜尋時間會需要 40 秒 至 1 分鐘以上。)

目前 A-GPS 挾其較短的 TTFF 時間及定位準確等優點，是市場上較被看好的定

ne 定位方案，是一種整合了衛星定位和網路定位的 A-GPS 定位技術，已取得了許 多手機廠商的支援。據調查了解，使用 gpsOne 解決方案之生產廠家就超過了 40 家，

其中手機量超過了 1.5 億隻，而銷售機型也超過了 200 種。其原因是因為 gpsOne 定 位方案支援包括，獨立 GPS、網路輔助、網路基礎(GSM/GPRS/EDGE/WCDMA/HSDPA 及 CDMA2000 1X/1xEV-DO)等模式，其中第一代 gpsOne 定位技術 10 秒內即可完成第一次 定位，而第二代 gpsOne 定位技術則可完成第二次以後 2 秒一次的連續定位。

不同之環境及應用有其適合之定位技術，多重模式定位技術之主要設計方式是自 動切換不同的定位技術，以提供不間斷的行動定位服務，如此可以簡化使用者介面之 操作程序，以提高使用意願。此定位技術可以結合 GPS、E-OTD、Wi-Fi、Zigbee 及其 他短距離定位技術（RFID、紅外線信號柱等）來達到。舉例而言，如汽車導航通常使 用 GPS 定位技術(空曠地)、大範圍但是樹木較多且不須太精確定位的地區通常使用 E-OTD 定位技術即可、較密集的地區且需要精確定

模式定位技術自動切換不同的定位技術，以提供不間斷的行動定位服務。

第七、WLAN/BT/Zigbee 定位技術：

Intel 正嘗試以無線區域網路（WLAN）來執行的三角定位工作。其原理與 Cell-ID 或 T

另外也可利用 Zigbee 取代 WLAN 在一些特定區域的應用(博物館、大賣場)，例如。

國立自然科學博物館與資策會網多所合作，結合了 PDA、Zigbee 定位系統與 WLAN(用 來傳輸大量資料，因為 Zigbee 頻寬只有最高 250Kbps，相較於 WLAN 的 11M/50Mbps 傳 輸

LT( Advanced Forward Link Trilateration) 、CI+TA+Rx(CI：

Cell-ID、TA：Timing Advance、Rx：接收功率)、AOA(Angle of Arrival) 到達角度 等等

OA 相同，只是基地臺換成 Wi-Fi 之 AP(Access Point)，且不同樓層也可分辨出來，

其應用範圍自然是在 Wi-Fi 覆蓋率較高之都會區(如無線台北城)。

資 料 明 顯 不 足 ， 但 是 用 來 傳 輸 定 位 資 訊 則 足 夠 ， 且 Zigbee,64K 個 相 較 於 Bluetooth,7 個有較多個結點) 佈建出一定位導覽系統。(註:此導覽系統在 8,000 坪 的面積內佈建了超過 150 個 Zigbee 之感應結點與路由器)

其他還包括 AF

方式。

表20 LBS 定位技術特性

定位方式 精準度(Accuracy) 定位技術

Nw-as Hs-as (公尺) (公尺) (公尺)

TTFF Hs-bs Hs-bs Nw-bs Nw-bs 鄉村 城市 室內 (秒) Cell-ID(CID) ˇ 1K~50K 50~2K - <3s

TOA/TDOA ˇ <3s

OTDOA/E-OTD ˇ ˇ 50~150 50~150 good <3s GPS ˇ 3~5 5~15 - ^30s~數分 DGPS ˇ 3~5 5~15 - ^30s~數分 A-GPS ˇ 10 10~100 - <10S

Glonass ˇ - - - -

Location ngerprinting

ˇ - - - -

Fi

WLAN ˇ ap ap ap <3s Blue tooth/ ˇ ap ap ap <3s

WLAN ˇ ap ap ap <3s Blue tooth/ ˇ ap ap ap <3s