用A-GPS" title="GPS">GPS,，接收器不必再下載和解碼來自GPS衛(wèi)星的導航數(shù)據(jù)，因此可以有更多的時間和處理能力來跟蹤GPS信號,，這樣能降低首次定位時間" title="首次定位時間">首次定位時間,，增加靈敏度" title="靈敏度">靈敏度以及具有最大的可用性。
GPS是一種基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng),，它最初由美國軍方設計并受美國軍方的控制,，可以為任何人免費使用。這個系統(tǒng)是由在6個中間環(huán)形軌道上運行的24顆衛(wèi)星組成,，一個衛(wèi)星環(huán)繞軌道運轉(zhuǎn)一周的時間接近12個小時,。每個衛(wèi)星不斷地發(fā)送關(guān)于當前時間、所有衛(wèi)星的位置以及像歷書(almanac)和星歷(ephemeris)這樣的一些相關(guān)數(shù)據(jù)信息,。GPS接收器使用這種信息來計算其自身與衛(wèi)星之間的距離,。為確定位置，GPS接收器必須接收來自至少三個衛(wèi)星的信號。
圖1：控制層面上的A-GPS" title="A-GPS">A-GPS,。
首次定位時間(TTFF)很大程度上決定于接收器的接收靈敏度,，以及可見衛(wèi)星的數(shù)量、每個衛(wèi)星信號的強度,、衛(wèi)星在天空中的分布以及接收器對天空的視角,。在一種不利的環(huán)境中，例如信號較弱的城市高樓間隙或者室內(nèi),，某些情況下需要幾分鐘的時間來計算位置,。這對于本地服務(LBS)或者緊急呼叫(E911)來說是不可接受的，這些情況需要一種更快的獲取時間,。為此,，人們開發(fā)了輔助型GPS(A-GPS)來解決不利環(huán)境下的TTFF問題。
A-GPS
A-GPS的開發(fā)部分地受到美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的E911強制要求能對緊急呼叫者提供蜂窩電話的定位所推動,。A-GPS的目的是或者提高TTFF,，或者當它不能提高TTFF時使定位運算成為可能。
在過去的幾年,，在A-GPS這個關(guān)鍵詞之下開發(fā)出了不同的概念和解決方案,，其中很多是受專利保護的。這些不同的概念可以分成支持型GPS(aided GPS)和輔助型GPS兩類(assisted GPS),。
圖2：用戶層面上的A-GPS,。
1. 支持型GPS
支持型GPS通過在移動網(wǎng)絡上發(fā)送歷書、星歷,、粗略的位置和時間來提高TTFF,。這種支持型數(shù)據(jù)可以在控制層面(control plane)上發(fā)送，或者移動網(wǎng)絡的用戶層面(user plane)上,。位置的運算大多數(shù)發(fā)生在移動設備上,。
2. 輔助型GPS
輔助型GPS使得采用快速TTFF計算位置成為可能。為實現(xiàn)這點,，利用像時間同步,、更準確的位置、多普勒和頻率這樣的額外信息用來確定位置,。這種額外信息可以通過使用移動網(wǎng)絡控制層面的基礎設備來獲得,，像高級前向鏈路三邊測量(AFLT)這樣的機制被用來確定移動設備的位置。這里,，信號從移動設備發(fā)出,，幾個移動基站接收并進行測量。位置的計算可以在移動設備內(nèi)發(fā)生(基于移動設備的),，或者在移動網(wǎng)絡服務器上(基于網(wǎng)絡的),。
基于移動設備的輔助型GPS解決方案通過移動網(wǎng)絡接收額外的輔助GPS數(shù)據(jù),，但是在移動設備上進行位置計算。這意味著LBS或者E911服務必須從移動設備得到當前的位置,。
采用基于網(wǎng)絡的輔助型GPS解決方案,，移動設備發(fā)送原始的GPS數(shù)據(jù)到移動網(wǎng)絡中的GPS輔助服務器。這個網(wǎng)絡服務器可以利用直接來自網(wǎng)絡的額外輔助GPS信息來計算位置,。在計算之后,，位置數(shù)據(jù)被發(fā)送到接收器。LBS或者E911服務可以直接訪問網(wǎng)絡服務器的位置數(shù)據(jù)庫,。
A-GPS的好處是改善TTFF,、增加靈敏性以及使可用性最大化，存在這些優(yōu)點是因為接收器不再必須下載和解碼來自GPS衛(wèi)星的導航數(shù)據(jù),，接收器可以使用更多的時間和處理能力來跟蹤GPS信號,。
基于控制層面的A-GPS
圖3：ANTARIS 4框圖。
控制層面方案利用無線網(wǎng)絡的功能以及信號發(fā)送層來從網(wǎng)絡獲取位置信息,，例如蜂窩ID,、AFLT或者時間同步機制。 CDMA和GSM的蜂窩扇區(qū)都針對控制層面A-GPS消息發(fā)送開發(fā)出了標準(分別為TIA/IS-801-1和3GPP TS25.331),，定義了用戶設備性能衡量標準(分別為TIA 916和3GPP TS 25.171),。這些標準描述了來自無線網(wǎng)絡的位置信息如何獲取，以及這個信息如何用于A-GPS,。
當在控制層面上使用A-GPS時,，定位測量單元利用在移動設備、幾個收發(fā)器基站和移動交換中心之間的測量信號傳輸來獲得位置信息,。服務移動定位中心收集這些基于網(wǎng)絡的位置數(shù)據(jù)以及來自具有幾個參考GPS 接收器的A-GPS服務器的數(shù)據(jù),，將這種輔助數(shù)據(jù)發(fā)送到移動設備，使移動設備能計算出準確的位置,。LBS可以通過網(wǎng)關(guān)移動定位中心來獲取這個位置數(shù)據(jù),。采用控制層面方法，基于網(wǎng)絡或者基于移動設備系統(tǒng)的位置計算是可能的,。基于控制層面的A-GPS系統(tǒng)安裝非常復雜而成本很高,，因為需要很多額外的硬件來處理復雜的協(xié)議,，但是這樣的A-GPS系統(tǒng)將具有位置運算的大部分好處。
基于用戶層面的A-GPS 用戶層面方案是一種在A-GPS服務器和移動設備之間的通信都基于全IP數(shù)據(jù)鏈接的A-GPS系統(tǒng),，與無線信令層無關(guān)(基于GPRS的IP),。相應的標準由開放式移動聯(lián)盟(OMA)制定，稱為安全用戶層面定位(SUPL),。當在用戶層面上使用A-GPS時,，帶GPS接收器的移動設備在移動網(wǎng)絡的用戶層面上通過IP與A-GPS連接,。A-GPS服務器從幾個參考GPS接收器收集支持數(shù)據(jù)，例如星歷與歷書,。服務器根據(jù)要求發(fā)送這個數(shù)據(jù)到移動設備,。移動設備的GPS接收器利用這個支持數(shù)據(jù)來進行位置運算。
圖4：GPS接收器模塊,。
LBS可以要求移動設備提供位置信息,，這些數(shù)據(jù)將通過IP連接發(fā)送。這種方法比通過控制層面的方法成本低,，因為移動網(wǎng)絡提供商對控制面不需要特別的硬件,，而且這種方法對于所有的移動標準都是可以使用的。 GPS芯片組--ANTARIS 4 Atmel最新的GPS芯片組ANTARIS 4包括射頻接收器IC ATR0601,、LNA ATR0610和基帶IC ATR0621,。這個芯片組是與u-blox公司緊密合作的結(jié)果，Atmel提供RF芯片/數(shù)字IC技術(shù),，u-blox提供GPS軟件技術(shù),。
高增益低噪聲放大器(LNA)使用了Atmel的SiGe技術(shù)設計用于GPS應用，具有1.6dB的噪聲系數(shù),、高增益(>16dB),、低功率設計(< 10mW)的特點，以及集成的上電控制和50Ω的輸出匹配,。
GPS RF接收器IC具有優(yōu)良的RF性能和小于6.8dB的噪聲系數(shù),，對干擾不敏感，功耗小于40mW,。它包括一個頻率合成器,、帶自動增益控制(AGC)的中頻放大器和1.5比特的A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器，采用了BiCMOS工藝制造,，接收器支持XTO和TXCO,。外部必須使用一個SAW帶通濾波器和一個分立的IF濾波器(96.764 MHz)連接到RF接收器。 GPS基帶處理器ATR0621包括一個16通道GPS相關(guān)器,，該基帶處理器基于ARM7TDMI處理器內(nèi)核,。它有128kB的內(nèi)部SRAM和384kB內(nèi)部ROM，在這個ROM中包括全部的GPS固件,，由u-blox公司授權(quán),，用來執(zhí)行基本的GPS處理，包括跟蹤,、獲取,、導航和定位數(shù)據(jù)輸出。對于普通的PVT(位置/速度/時間)應用,，不需要片外閃存或ROM,。固件支持在可選的外部EEPROM中存儲可能的配置設置,，對于特定的用戶應用提供一套軟件開發(fā)套件?；鶐Ь哂胁煌慕涌谝苑奖沆`活的系統(tǒng)集成(2個USART,、USB 2.0、SPI,、GPIO),，而且通過不同的省電模式提供先進的功率管理。導航的結(jié)果通過USART或者USB接口輸出,，使用內(nèi)部NMEA(0183)協(xié)議或者u-blox公司的協(xié)議,，后者具有增強的導航信息和控制功能。
ANTARIS 4技術(shù)展現(xiàn)了在任何靜態(tài)的和動態(tài)的環(huán)境下的魯棒性能,，包括像具有挑戰(zhàn)性的大城市環(huán)境,。在不影響導航準確性的情況下它能提供-158dB靈敏度、支持先進的WAAS/EGNOS,、良好的獲取性能(例如34秒的冷啟動時間),、優(yōu)良的多徑抑制、4Hz的刷新率,、低功耗,，而且使系統(tǒng)方案具有最低的材料成本。
圖5：ANTARIS 4支持的協(xié)議消息,。
ANTARIS 4和A-GPS ANTARIS芯片組提供全面的A-GPS功能,，例如針對輔助數(shù)據(jù)在用戶層面上發(fā)送的情形。這種方案對于需要立即的位置定位應用來說,，例如通過蜂窩電話的E911緊急呼叫者定位,，沒有等待的基于定位的服務以及移動資產(chǎn)跟蹤。來自外部資源的輔助數(shù)據(jù),，例如輔助服務器,，減少了第一次準確的定位確定時間到僅僅4秒。輔助參數(shù)提供星歷,、歷書,、粗定位、時鐘飄逸和時間,、衛(wèi)星狀態(tài),，以及如果可能的話，提供一個精確的時間同步信號,。這種輔助數(shù)據(jù)提供了GPS接收器用于搜尋和跟蹤的關(guān)于衛(wèi)星的即時信息，以提高TTFF,。
NTARIS 4的協(xié)議具有特殊消息用于A-GPS來與A-GPS服務器交換輔助數(shù)據(jù),。 根據(jù)輔助數(shù)據(jù)和時間同步,，芯片組的性能將能得到提高： -如果沒有輔助數(shù)據(jù)的話，對于冷啟動一般TTFF為34秒,； -沒有時間同步的情況,，對于輔助型啟動TTFF為15到20秒； -對于時間同步優(yōu)于8ms的情況,，輔助型啟動的TTFF時間一般為12秒,； -時間同步優(yōu)于400us的輔助啟動的TTFF時間一般為4秒。
同樣,，靈敏度從-142dBm提高到-145dBm,，因為接收器可以執(zhí)行重新獲取過程。
本文總結(jié)：
采用A-GPS,，像LBS和E911這樣的新應用變得可行,。使用輔助數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)微弱信號的快速獲取，可以推動導航解決方案,，否則導航方案將不可能實現(xiàn),。對于A-GPS來說，技術(shù)已經(jīng)是現(xiàn)成的,，應用時機已經(jīng)來臨,。在移動網(wǎng)絡端有兩種可用的方法：用戶層面上的A-GPS適合低成本和快速集成，基于控制層面的A-GPS適合于提供最佳的性能,。
