基于GSM蜂窩網(wǎng)絡的無線定位裝置設計

0 引 言
    全球移動通訊系統(tǒng)(Global System of Mobile com-munication，GSM)俗稱“全球通”，是第二代移動通信技術，其開發(fā)目的是讓全球可以共同使用一個移動電話網(wǎng)絡標準，用戶使用一部手機就能行遍全球，它采用全數(shù)字的信令和語音信道，是目前基于分時多址技術的移動通信體制中最成熟、最完善、應用最廣的系統(tǒng)。
    GSM網(wǎng)絡現(xiàn)已成為我國移動通信網(wǎng)絡的主體，中國的GSM網(wǎng)絡已經(jīng)是全世界最大的移動通信網(wǎng)絡，它為國家的經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大貢獻。同時人們對無線定位的需求日益增多，如：車輛的防盜，野外供電設備、野外通信中繼設備、野外自動檢測設備等無人值守財產(chǎn)的防盜報警以及公共場所的停放，海關緝私定位追蹤，防止老人的走失等。

1 無線定位技術
    無線定位按照空間位置可分為衛(wèi)星無線定位和地面無線定位：衛(wèi)星定位利用全球定位系統(tǒng) (Global Posi-tion System，GPS)、全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(Global Navi-gation Satellite System，GLONASS)以及我國的北斗雙星等衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)移動目標的三維定位；地面無線定位則通過測量無線電波的傳播時間、信號場強、相位、入射角度等參數(shù)實現(xiàn)移動目標的二維定位。蜂窩網(wǎng)絡無線定位屬于地面無線定位系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星定位在戶外時可以獲得精度很高的定位效果，但是它需要專門的接收設備，在大多數(shù)情況下使用不方便，另外在室內、市區(qū)密集的高樓之間等特殊情況下，GPS接收機無法接收到4顆及更多的GPS衛(wèi)星信號，就會造成定位差甚至無法定位。
    GSM網(wǎng)絡和CDMA網(wǎng)絡都是蜂窩網(wǎng)絡，所謂“蜂窩”即是一個地理區(qū)域被分成的若干個小區(qū)。基于GSM蜂窩網(wǎng)絡的無線定位技術中CELL-ID法是最簡單最直接的定位方法，也是目前最廣泛應用的蜂窩網(wǎng)絡定位方法，它通過采集移動臺即定位裝置所處的小區(qū)識別號(Cell-ID號)來確定其位置，每個蜂窩小區(qū)有惟一的識別碼，因此其定位只能是區(qū)域定位。目前，國內GSM網(wǎng)基站密度很大，小區(qū)定位的精度可高達100 m。故本文采用CELL-ID法，在已有無線網(wǎng)絡不做任何改變的情況下就可完成區(qū)域定位。

2 定位裝置的設計與實現(xiàn)
2．1 定位系統(tǒng)設計
2．1．1 定位裝置功能設計
    (1)具有位置跟蹤和休眠兩種工作模式，并可以通過短信進行設定。位置跟蹤模式要求當位置變化時向指定的手機或設備發(fā)信息報告新的位置。休眠模式是裝置以最小的能耗工作，當外部查詢時喚醒并對查詢進行應答。
    (2)支持對短信或者電話查詢的應答。
    (3)支持短信對受信手機號碼或GSM模塊的設定。
    (4)待機時間超過120 h。
2．1．2 定位裝置系統(tǒng)的組成
    定位裝置組成如圖1所示。GSM模塊實時檢測用戶通過GSM網(wǎng)絡發(fā)送短信或者撥打電話到定位裝置，GSM模塊收到短信或者電話信號后自動響應，并將響應得到的數(shù)據(jù)傳送給單片機，單片機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行判斷處理，然后發(fā)送AT指令到GSM模塊，控制GSM模塊工作并以短信的形式向用戶回饋信息。

2．2 硬件設計
    定位裝置硬件原理框圖如圖2所示。

    電話短信處理模塊是單片機發(fā)送AT指令“ATH”到GSM模塊，即執(zhí)行掛斷電話命令，然后提取電話號碼，判斷電話查詢是否有效，有效就電話處理，無效則短信處理；位置檢測模塊是當有位置查詢命令到達后，按照GSM蜂窩網(wǎng)絡的CELL-ID定位法得到裝置的當前位置；發(fā)送短信模塊則是根據(jù)需求生成發(fā)送信息的內容并完成發(fā)送短信到指定手機。
2．4 裝置的實現(xiàn)
    定位裝置已成功地通過了多次性能測試，目前已用于某海關緝私隊進行定位追蹤，用戶反映良好，裝置的實物圖如圖4所示。

3 結語

    采用GSM蜂窩網(wǎng)絡的無線定位裝置能夠在現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡基礎上完成對定位精度要求不高的移動物體的位置跟蹤要求。本文開發(fā)的裝置雖然是為海關緝私用途開發(fā)，但設計思路可供類似的定位和位置跟蹤參考。實際應用證明，該裝置穩(wěn)定、可靠，且具有易攜帶，成本低等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。