位置服務(wù)的靈感來源于英飛凌和其美國合作伙伴Global Locate共同開發(fā)的名為“A-GPS" title="A-GPS">A-GPS硬件/軟件系統(tǒng)解決方案">Hammerhead”的PMB2520單芯片" title="單芯片">單芯片輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(A-GPS)解決方案,。A-GPS定位指使用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，并接收來自蜂窩移動電話網(wǎng)絡(luò)的“輔助信息”來進行定位,。A-GPS可以在不到一秒鐘的時間內(nèi)對用戶進行精確定位，其定位精度高達幾米,。其高靈敏度意味著無論是在建筑物內(nèi)還是在很深的郊區(qū)峽谷內(nèi),，它都可以可靠地工作。
A-GPS基本原理
由于GPS系統(tǒng)的性質(zhì),，對衛(wèi)星信號中的數(shù)據(jù)進行核對是一項既復(fù)雜又耗時的工作,，但在自主操作中又是無法避免的。直接從手機移動網(wǎng)絡(luò)接收輔助定位信息后,，由于無須從衛(wèi)星信號中對該數(shù)據(jù)進行核對,，從而可以大幅減少GPS接收機的工作量。根據(jù)信號強度,，這樣做可以將首次定位時間(TTFF)縮減到幾秒鐘,，反過來又可以大幅減少每次定位所需要的可觀的能量損耗，從而實現(xiàn)了較長的待機和通話時間,，而這正是移動通信裝置最重要的特性之一,。
即使A-GPS的信號比一般“開放天空”的GPS信號更弱1,000倍時，它仍然能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的定位,，這就意味著A-GPS系統(tǒng)無論是在室內(nèi),、很深的峽谷內(nèi)或是在移動的交通工具上都可以正常工作。甚至在帶有強反射信號的較差接收條件下,，復(fù)雜的算法也能夠使該系統(tǒng)實現(xiàn)對信號的精確定位(智能化多徑干擾抑制技術(shù)),。
圖：Hammerhead PMB2520應(yīng)用于普通手機中的電路框圖。此A-GPS芯片通過串行接口與基帶部分通訊,，并使用手機現(xiàn)有的時鐘時序發(fā)生機制,。
該系統(tǒng)在使用輔助信息時基本上有兩種不同的操作模式，即移動裝置主模式和移動裝置輔助模式,。在移動裝置主模式下,，手機向網(wǎng)絡(luò)要求輔助信息，并在長達幾個小時的時間內(nèi)使用該數(shù)據(jù)集,，第一次和隨后的定位所需要的計算均在手機內(nèi)進行,。該模式可以實現(xiàn)最快的定位，但要求移動裝置具有一定的計算能力,。在移動裝置輔助模式下,，手機向網(wǎng)絡(luò)請求用于每次定位的獨立輔助信息，并將GPS數(shù)據(jù)發(fā)回基站進行進一步的處理,。在這種模式下,，網(wǎng)絡(luò)需要完成的工作量大于在移動裝置主模式下的工作量，因此,，每次定位所需要的時間也長一些,，但對移動裝置的計算能力沒有什么要求,。
在手機移動網(wǎng)絡(luò)上進行所有A-GPS相關(guān)數(shù)據(jù)交換的協(xié)議可以基于一種或兩種不同的概念，即控制面(Control Plane)或用戶面(User Plane),。較早的控制面結(jié)構(gòu)使用無線和核心網(wǎng)的專用信令通路,，這種方法需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進行改進，這當(dāng)然不利于網(wǎng)絡(luò)運營者,。在用戶面(又叫安全用戶面,，SUPL)架構(gòu)中，移動通信設(shè)備與使用IP鏈接的定位服務(wù)器進行通信 ,，而現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施保持不變,。數(shù)據(jù)連接可以通過常規(guī)的GPRS連接，如利用網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的接口和協(xié)議來完成,。Hammerhead與這兩種概念完全兼容,。
但Hammerhead并非總是依賴于單獨從網(wǎng)絡(luò)接收輔助導(dǎo)航信息。由于采用了高靈敏度的集成式低噪聲放大器(LNA),，該芯片還可以實現(xiàn)在自主運行狀態(tài)下的操作,。不過在這種情況下，它需要完全依賴衛(wèi)星信號來進行運算,，定位需要較長的時間,，而且室內(nèi)的接收效果會受到限制，這對于一般的GPS設(shè)備來說是很常見的事情,。為了彌補這一缺陷,，這里采用了一種稱為“增強型自主模式”的特殊功能模式(已成為Global Locate的一項專利)。借助該模式,，A-GPS可以利用以前記錄的輔助導(dǎo)航數(shù)據(jù)來進行定位計算,，這些數(shù)據(jù)的有效期長達四天。這種長期軌道(LTO)數(shù)據(jù)可以通過任何接口被傳輸?shù)揭苿友b置上,，也就是說,，該信息不一定必須來源于手機移動網(wǎng)絡(luò)，而是可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行下載,。該技術(shù)將發(fā)揮重要的作用,，直至移動網(wǎng)絡(luò)運營者完成全球A-GPS基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。
單芯片整合射頻功能和基帶
在PMB2520方案中,，高靈敏度的射頻接收器(靈敏度為-160dBm)和數(shù)字基帶被整合在一個0.13um CMOS芯片上,。英飛凌的射頻和系統(tǒng)經(jīng)驗結(jié)合Global Locate的既有的A-GPS專有技術(shù)，為實現(xiàn)Hammerhead芯片的設(shè)計提供了基礎(chǔ),。
Hammerhead使用“大規(guī)模并行關(guān)聯(lián)”技術(shù)來接收衛(wèi)星以八個并行信道發(fā)射的信號，并將它們同32,000多個相關(guān)器中的參考碼進行比較,。與車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中常用的接收器相比,，該技術(shù)可以大幅縮短首次定位時間,，并可以顯著減少功耗。因此,，在冷啟動后以-130dBm的靈敏度進行接收的情況下,，Hammerhead的首次定位時間僅為一秒鐘左右。該功能主要適用于只需一次定位,、無需連續(xù)追蹤的應(yīng)用(如應(yīng)急服務(wù)和尋人),。
由于它的大規(guī)模集成度，Hammerhead包括外部元件(SAW濾波器和一些無源器件)占手機印刷電路板的面積僅為80mm2,。目前市場上的GPS芯片大多數(shù)采用雙芯片方案,，常常需要300mm2的電路板面積。
另一個使成本最優(yōu)化的方面是該芯片經(jīng)過調(diào)整設(shè)計,，可以適用于一般的手機架構(gòu),。盡管完全不是一種自主運行解決方案，Hammerhead還是巧妙地使用了目前手機設(shè)計中既有的功能單元,，如用于高精度參考時鐘頻率(10-40MHz)和實時時鐘頻率(32,768kHz)的晶振,。
實際位置是通過GPS芯片的相關(guān)器(時間延遲差)的原始數(shù)據(jù)在手機基帶中進行計算來確定的，這種計算是采用Global Locate提供的軟件庫,。和單純基于DSP的GPS解決方案相比,，這種方案所需的計算能力很低，僅為3MIPS,，對目前的基帶不構(gòu)成任何挑戰(zhàn),。這種軟件既無任何實時要求，也不會干擾目標(biāo)系統(tǒng)的電話呼叫流程,。此軟件庫的存儲器需求也不高：不超過50kb的RAM和不超過200kb的ROM,。該軟件庫能以二進制可執(zhí)行碼的形式提供給目標(biāo)CPU架構(gòu)。
總的來說,，Hammerhead可以與許多針對2.5G和3G網(wǎng)絡(luò)的手機基帶解決方案兼容,，和主CPU之間的數(shù)字連接可以通過使用任何一種Hammerhead接口選項來完成，該芯片可以提供標(biāo)準(zhǔn)UART端口,、SPI或I2C,。用戶可以對任何一種接口進行配置以滿足目標(biāo)系統(tǒng)的要求。該芯片對數(shù)字接口數(shù)據(jù)率的要求不超過9,600波特,。
廣泛的應(yīng)用
A-GPS的典型應(yīng)用包括搜索“興趣點(POI)”以及至預(yù)定地點的個人導(dǎo)航,。POI是一種提供有關(guān)陌生環(huán)境信息的服務(wù)，可以被用來下載最近加油站,、推薦餐廳,、旅館等信息。與此直接相關(guān),，導(dǎo)航功能對人們非常有用,，就像車載導(dǎo)航系統(tǒng)一樣,，可以告訴用戶如何去想要去的目的地。需要注意的是在這種情況下,，步行者需要更加詳細的地圖信息,，雖然這種信息未必需要儲存在手機內(nèi)，在需要的情況下,，它可以作為服務(wù)的一部分由網(wǎng)絡(luò)運營者發(fā)送至用戶的手機,。
人的定位是另一種應(yīng)用，典型的用途包括“查找朋友”和“兒童追蹤”,，可以顯示朋友和需要監(jiān)護的兒童的當(dāng)前位置,。出于資料保護和系統(tǒng)本身性質(zhì)等原因，加入了防止未經(jīng)人們同意而對他們進行追蹤的機制,。因此有關(guān)個人位置的信息決不會無條件地被存儲在網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器中,。系統(tǒng)只會對來自接收機、由用戶明確要求啟動的查詢做出響應(yīng),。然而目前在技術(shù)上已經(jīng)可以根據(jù)蜂窩連接情況進行未經(jīng)用戶授權(quán)的大致定位,，只有網(wǎng)絡(luò)運營者才能進行這種定位。
有時這種技術(shù)甚至可以挽救生命,。作為增強型緊急呼叫功能的一部分,，當(dāng)手機發(fā)出一個緊急呼叫時時，呼叫者當(dāng)前的位置會自動與呼叫一起被傳送至緊急控制中心,。在實際情況下,，呼叫者經(jīng)常很難準(zhǔn)確可靠地報告其位置。通過A-GPS對呼叫者的位置進行精確測定可以使緊急事故處理人員迅速準(zhǔn)確地判斷位置并抵達現(xiàn)場,。美國已頒布法律,，從2007年起強制在所有的手機中推行這種稱為E911(增強型911)的功能，日本也通過了類似的法律,。雖然歐洲目前在這方面還未制定強制法規(guī),，但類似的法規(guī)極有可能會出臺。