AGPS定位基本原理淺析

位置服務(wù)已成為愈來(lái)愈熱的1門(mén)技術(shù)，也將成為以后所有移動(dòng)裝備（智能手機(jī)、掌上電腦等）的標(biāo)配。隨著人們對(duì)BLS(Based Location Serices，基于位置的服務(wù))需求的飛速增長(zhǎng)，無(wú)線定位技術(shù)也愈來(lái)愈得到重視。AGPS（Assisted GPS，A-GPS，網(wǎng)絡(luò)輔助GPS）定位技術(shù)結(jié)合了GPS定位和蜂窩基站定位的優(yōu)勢(shì)，借助蜂窩網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸功能，可以到達(dá)很高的定位精度和很快的定位速度，在移動(dòng)裝備特別是手機(jī)中被愈來(lái)愈廣泛的使用。本文以GSM網(wǎng)絡(luò)輔助GPS定位為例對(duì)AGPS的定位原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

AGPS定位基本機(jī)制

根據(jù)定位媒介來(lái)分，定位技術(shù)基本包括基于GPS的定位和基于蜂窩基站的定位兩類（瀏覽本文前，建議先瀏覽《GPS定位基本原理淺析》和《GSM蜂窩基站定位基本原理淺析》兩篇文章）。GPS定位以其高精度得到更多的關(guān)注，但是其弱點(diǎn)也很明顯：1是硬件初始化（首次搜索衛(wèi)星）時(shí)間較長(zhǎng)，需要幾分鐘至10幾分鐘；2是GPS衛(wèi)星信號(hào)穿透力若，容易遭到建筑物、樹(shù)木等的阻擋而影響定位精度。AGPS定位技術(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的輔助，成功的解決或減緩了這兩個(gè)問(wèn)題。對(duì)輔助網(wǎng)絡(luò)，有多種可能性，以GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò)為例，1般是通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助。

如上圖所示，直接通過(guò)GPS信號(hào)從GPS獲得定位所需的信息，這是傳統(tǒng)GPS定位的基本機(jī)制。AGPS中，通過(guò)蜂窩基站的輔助來(lái)解決或減緩上文提到的兩個(gè)問(wèn)題：

對(duì)第1個(gè)問(wèn)題，首次搜星慢的問(wèn)題，根據(jù)《GPS定位基本原理淺析》1文的介紹，我們知道是由于GPS衛(wèi)星接收器需要進(jìn)行全頻段搜索以尋覓GPS衛(wèi)星而致使的。在AGPS中，通過(guò)從蜂窩網(wǎng)絡(luò)下載當(dāng)前地區(qū)的可用衛(wèi)星信息（包括當(dāng)?shù)貐^(qū)可用的衛(wèi)星頻段、方位、仰角等信息），從而避免了全頻段大范圍搜索，使首次搜星速度大大提高，時(shí)間由原來(lái)的幾分鐘減小到幾秒鐘。

對(duì)第2個(gè)問(wèn)題，GPS衛(wèi)星信號(hào)易受干擾的問(wèn)題，這是由GPS衛(wèi)星信號(hào)本身的性質(zhì)決定的，我們沒(méi)法改變。但是APGS中，通過(guò)蜂窩基站參考GPS的輔助，或是借助GSM定位中Cell-ID定位（COO定位）方法的輔助，減緩了在GPS信號(hào)不良的情況下定位的問(wèn)題，有效提高了在此情況下的定位精度。

AGPS定位基本流程

1.搜索衛(wèi)星

AGPS定位依然是基于GPS的，因此定位的重要步驟還是先搜索到當(dāng)前地區(qū)的可用GPS衛(wèi)星。在傳統(tǒng)GPS定位中需要全頻段搜索以找到可用衛(wèi)星因此耗時(shí)較長(zhǎng)，而AGPS通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接下載當(dāng)前地區(qū)的可用衛(wèi)星信息，從而提高了搜星速度。同時(shí)，也減小了裝備的電量消耗。

如上圖所示,AGPS中從定位啟動(dòng)到GPS接收器找到可用衛(wèi)星的基本流程以下：

（1）裝備從蜂窩基站獲得到當(dāng)前所在的小區(qū)位置（即1次COO定位）

（2）裝備通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)將當(dāng)前蜂窩小區(qū)位置傳送給網(wǎng)絡(luò)中的AGPS位置服務(wù)器

（3）APGS位置服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前小區(qū)位置查詢?cè)搮^(qū)域當(dāng)前可用的衛(wèi)星信息（包括衛(wèi)星的頻段、方位、仰角等相干信息），并返回給裝備

（4）GPS接收器根據(jù)得到的可用衛(wèi)星信息，可以快速找到當(dāng)前可用的GPS衛(wèi)星

至此，GPS接收器已可正常接收GPS信號(hào)，GPS初始化進(jìn)程結(jié)束。AGPS對(duì)定位速度的提高就主要體現(xiàn)在此進(jìn)程中。

2.計(jì)算位置

GPS接收器1旦找到4顆以上的可用衛(wèi)星，就能夠開(kāi)始接收衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位。接下來(lái)的進(jìn)程根據(jù)位置計(jì)算所在真?zhèn)€不同，通常有兩種方案：在移動(dòng)裝備端進(jìn)行計(jì)算的MS-Based方式和在網(wǎng)絡(luò)端進(jìn)行計(jì)算的MS-Assisted方式。

MS-Based方式中，接下來(lái)進(jìn)程與傳統(tǒng)GPS定位完全相同，GPS接收器接收原始GPS信號(hào)，解調(diào)并進(jìn)行1定處理，根據(jù)處理后的信息進(jìn)行位置計(jì)算，得到終究的位置坐標(biāo)。

MS-Assisted方式中，解調(diào)并處理后，接下來(lái)的進(jìn)程以下圖所示:

（5）裝備將處理后的GPS信息（偽距信息）通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸給AGPS位置服務(wù)器

（6）AGPS服務(wù)器根據(jù)偽距信息，并結(jié)合其他途徑（蜂窩基站定位、參考GPS定位等）得到的輔助定位信息，計(jì)算出終究的位置坐標(biāo)，返回給裝備。

在此進(jìn)程中可以看到，在使用MS-Assisted方式時(shí)，由于輔助定位信息的加入，可以獲得更高的定位精度；同時(shí)，可以很大程度上克服弱GPS信號(hào)情況下的沒(méi)法定位或精度下降的問(wèn)題；將復(fù)雜計(jì)算轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)端，也能夠很大程度上減小裝備的電量消耗。

AGPS定位優(yōu)劣分析

與傳統(tǒng)GPS定位相比，APGS定位有以下的優(yōu)勢(shì)：

• 首次搜星速度快
• 有效減少裝備的電量消耗

對(duì)采取MS-Assisted方式的AGPS系統(tǒng)而言，除以上優(yōu)勢(shì)外，還有：

• 定位精度更高
• 減緩弱GPS信號(hào)情況下沒(méi)法定位或精度下降的問(wèn)題
• 對(duì)移動(dòng)裝備的計(jì)算能力要求更低

固然，AGPS也有1定的限制：

• 必須有蜂窩網(wǎng)絡(luò)（GRRS/EDGE/CDMA等）的支持用以數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)1般用戶而言可能需要為此支付1定的數(shù)據(jù)流量費(fèi)用
• 必須有AGPS位置服務(wù)器的支持
• 與GPS1樣，仍沒(méi)法完善解決室內(nèi)（室內(nèi)沒(méi)法接收GPS信號(hào)）定位的問(wèn)題

AGPS定位技術(shù)的實(shí)際利用情況

由于AGPS需要網(wǎng)絡(luò)支持，因此目前使用該技術(shù)的大部份裝備為手機(jī)。

1.目前大部份支持AGPS的手機(jī)采取1種純軟件的AGPS方案。

該方案基于MS-Based位置計(jì)算方式。具體的方案為：

定期下載星歷數(shù)據(jù)得手機(jī)中，手機(jī)中的AGPS軟件會(huì)根據(jù)星歷信息計(jì)算出當(dāng)前位置的可用衛(wèi)星信息，從而提供給裝備用于快速搜星。用戶可以選擇通過(guò)WiFi、固網(wǎng)等免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)定期更新星歷數(shù)據(jù)，從而避免使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量費(fèi)用。固然，由于星歷信息可能存在延遲，因此搜星時(shí)速度可能有所降落，但是依然會(huì)比傳統(tǒng)GPS定位快很多倍。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是純軟件，不需要專門(mén)的AGPS硬件，幾近所有GPS手機(jī)都可使用；同時(shí)用戶可以根據(jù)情況指定星歷更新周期及更新方式，控制或減免蜂窩網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量。

HTC的大部份AGPS手機(jī)都采取這類方案。以下圖為HTC手機(jī)中用于更新衛(wèi)星信息的“快速GPS”軟件。 
 

2.部份運(yùn)營(yíng)商的AGPS方案中，實(shí)行了在無(wú)GPS信號(hào)時(shí)自動(dòng)切換到GSM蜂窩基站Cell-ID定位的措施，從而1定程度上解決了室內(nèi)定位的問(wèn)題。

如中國(guó)移動(dòng)的OMA AGPS方案。

3.世界范圍內(nèi)1些AGPS芯片或相干服務(wù)已廣泛使用。

SiRF公司的AGPS芯片提供了硬件層次上的AGPS方案。

U-Blox的AssistNow A-GPS服務(wù)提供了AssistNow Online(在線AssistNow)和AssistNow OffLine(離線AssistNow)兩種易用的AGPS方案。實(shí)際上這兩種方案分別就是MS-Assisted和MS-Based兩種定位計(jì)算方式的實(shí)現(xiàn)。

u-blox在線AssistNow系統(tǒng)組成。

u-blox離線AssistNow系統(tǒng)組成。

4.國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商的AGPS方案

中國(guó)移動(dòng)正在制定的A-GPS方案基于OMA的SUPL規(guī)范，是1種用戶平面的解決方案。

中國(guó)聯(lián)通提供的gpsOne是MS-Assisted方式的A-GPS定位方案，也基于用戶平面方式，目前只用于CDMA網(wǎng)絡(luò)。

要了解2者的詳細(xì)信息，請(qǐng)自行Google。下面僅列出幾個(gè)可能有用的鏈接。

• 中國(guó)移動(dòng)AGPS 技術(shù)引入策略
• 中國(guó)移動(dòng)終端A-GPS技術(shù)規(guī)范3.0
• 2008⑵009年中國(guó)移動(dòng)位置服務(wù)(LBS)研究咨詢報(bào)告
• 淺析 CDMA 移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)下定位功能的實(shí)現(xiàn)

GPS定位、GSM蜂窩基站定位、AGPS定位是目前最流行的3種定位方式。AGPS定位基于GPS，卻又借助蜂窩網(wǎng)絡(luò)避免了GPS定位的兩大軟肋，無(wú)疑是最具競(jìng)爭(zhēng)力的1種定位方案。隨著3G時(shí)期的到來(lái)，BLS業(yè)務(wù)已成為各大運(yùn)營(yíng)商的必爭(zhēng)之地，這其中，AGPS方案絕對(duì)是競(jìng)爭(zhēng)中很重要的1部份。希望本文能讓你對(duì)AGPS技術(shù)有1個(gè)大致的了解。

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