AGPS簡(jiǎn)介
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1. GPS 確定位置的基本原理
GPS 信號(hào)傳輸時(shí)間
每一個(gè) GPS 衛(wèi)星里至少有四個(gè)原子鐘，原子鐘是當(dāng)前眾所周知的最精確的設(shè)備，每3萬年到100萬年最多慢一秒。為了使他們更精確，他們從地球上不同點(diǎn)上進(jìn)行定期的調(diào)整和同步。每一個(gè)衛(wèi)星以1575.42MHz頻率向地球發(fā)送自身精確的位置信號(hào)和準(zhǔn)確的時(shí)間信號(hào)。這些時(shí)間以光速傳播300，000km/s，信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星正下方地球表面的時(shí)間將近67.3ms。信號(hào)每傳輸一公里的時(shí)間是3.33微秒。如果你想確定你在陸地、海里或空中的位置，所有你所需的就是精確的時(shí)間，將衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)的時(shí)間和衛(wèi)星發(fā)射的發(fā)射時(shí)間，這樣就可能決定傳輸時(shí)間。
定位點(diǎn)到衛(wèi)星的距離 S 可以通過傳輸時(shí)間τ來決定： S = τ×C 式中 C 是光速。測(cè)量信號(hào)傳輸時(shí)間和到衛(wèi)星的距離并不足以計(jì)算出三維空間位置，這需要四個(gè)獨(dú)立的方程，因此需要和四個(gè)不同的衛(wèi)星來計(jì)算確切的位置。
三維空間中位置的確定
事實(shí)上，要確定三維空間的位置，需要三顆衛(wèi)星，如果到三顆衛(wèi)星的距離已知，三顆衛(wèi)星的坐標(biāo)已知，則三維空間位置也就可知?？臻g所有的點(diǎn)都可以落在到三個(gè)衛(wèi)星距離為半徑的球的表面，而要確定的點(diǎn)就是三個(gè)球表面的交點(diǎn)。如下圖：
以上我們?cè)O(shè)想能精確進(jìn)測(cè)量出信號(hào)的傳輸時(shí)間，但事實(shí)并非如此，對(duì)于一個(gè) GPS 接收機(jī)，要測(cè)量精確的時(shí)間，一個(gè)高精度的同步的時(shí)鐘是必須的。如果傳輸時(shí)間僅一微秒的誤差，這將造成位置計(jì)算上300米的誤差。由于衛(wèi)星上的時(shí)鐘都進(jìn)行了同步，所以幾顆衛(wèi)星到測(cè)量點(diǎn)的傳輸時(shí)間的誤差值是相同的，這時(shí)可以通過數(shù)學(xué)方法來消除時(shí)間誤差的影響。同時(shí)我們還需牢記的是當(dāng)計(jì)算時(shí)，有 N 未知變量，需要 N 個(gè)獨(dú)立方程。如果時(shí)間測(cè)量伴隨差一個(gè)恒定的未知誤差，要確定三維空間位置，我們有四個(gè)未知的變量。
經(jīng)度（X）
緯度（Y）
高度（Z）
時(shí)間誤差（Δt）
所以為了確定這四個(gè)未知的變量，需要四個(gè)獨(dú)立的方程，四個(gè)不同的衛(wèi)星提供所需的四個(gè)傳輸時(shí)間。所以28顆衛(wèi)星的分布方式是：在地球上任何時(shí)候任何一個(gè)點(diǎn)上，同時(shí)能“見到”至少四顆衛(wèi)星。
2. AGPS
A-GPS系統(tǒng)是在通訊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加上A-GPS服務(wù)器等組成，A-GPS服務(wù)器有一個(gè)參考的GPS接收器，它面對(duì)空曠的天空，和接收和用戶接收機(jī)同樣的GPS衛(wèi)星信號(hào)。A-GPS系統(tǒng)中的用戶端設(shè)備，除了有通訊功能外還是一個(gè)GPS接收機(jī)。A-GPS服務(wù)器的主要功能是計(jì)算出相關(guān)輔助信息，并傳送給傳輸設(shè)備。
A-GPS輔助信息可以通過兩種方式傳輸：
一是通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)。如A-GPS服務(wù)器連接到移動(dòng)交換中心， 通過無線基站將輔助信號(hào)以無線的方式發(fā)送給終端用戶。CDMA和GSM都有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)定義A-GPS服務(wù)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)定義了A-GPS服務(wù)器與終端用戶之間傳輸?shù)男畔?nèi)容、格式等。標(biāo)準(zhǔn)3GPP2 C.S0022-0，又稱 TIA/EIA/IS-801-1，定義了CDMA和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)中基站和移動(dòng)終端之間傳輸?shù)男畔?。GSM協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)是 3GPP TS O4.31。
二是通過互聯(lián)網(wǎng)。通過互聯(lián)網(wǎng)是這兩年才發(fā)展起來的，3GPP2編寫了適用于CDMA和CDMA2000的標(biāo)準(zhǔn) X.S0024-0，3GPP 編寫了適于GSM和WCDMA的 SUPL標(biāo)準(zhǔn)。
3. A-GPS系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì)
A-GPS大縮短首次定位時(shí)間：
A-GPS服務(wù)器主要的任務(wù)是提供GPS信號(hào)的近似的多普勒頻偏，A-GPS服務(wù)器有一個(gè)參考的GPS接收機(jī)，能計(jì)算出衛(wèi)星信號(hào)的多普勒頻偏，A-GPS服務(wù)器將多普勒頻偏信息發(fā)送給其他手持GPS接收機(jī)，這樣手持GPS接收機(jī)的搜索空間大大減少，只對(duì)很少的幾個(gè)頻率區(qū)（Frequency bins）進(jìn)行搜索，首次定位時(shí)間（TTFF）也就可以減小到只有幾秒。而傳統(tǒng)的GPS接收機(jī)要在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行搜索。下圖是A-GPS接收機(jī)搜索范圍。
A-GPS可以提高接收機(jī)的靈敏度：
在GPS接收機(jī)中，會(huì)對(duì)每個(gè)頻率區(qū)（frequency bins）中的所以代碼延遲（1023chips）進(jìn)行搜索，對(duì)每一個(gè)代碼延遲位進(jìn)行搜索的時(shí)間叫“積分周期（integration period）”，對(duì)強(qiáng)信號(hào)，1ms的積分周期就以足夠，而對(duì)于弱信號(hào)，必須延長(zhǎng)積分周期來改善相關(guān)器輸出的信噪比。因?yàn)锳-GPS已知了多普勒頻偏，搜索的頻率范圍減少，因此GPS接收機(jī)可以增加每個(gè)代碼延遲位的積分時(shí)間，這樣相關(guān)器輸出信號(hào)幅度提高，接收機(jī)的靈敏度得以提高。當(dāng)然，并不是積分時(shí)間越長(zhǎng)越好，他會(huì)帶來一些其他的問題，如首次定位時(shí)間延長(zhǎng)等。
4. A-GPS方案的兩種模式
當(dāng)前，通過無線通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的A-GPS方案有兩種運(yùn)營模式：基于用戶終端的A-GPS（UE-based A-GPS，MS-based A-GPS）和用戶終端輔助的A-GPS（UE-asisted A-GPS，MS-asisted A-GPS）。 基于用戶終端的A-GPS中用戶位置的計(jì)算在用戶終端設(shè)備，然后發(fā)送到通訊網(wǎng)絡(luò)。而用戶終端輔助的A-GPS中位置的計(jì)算在通訊網(wǎng)絡(luò)，用戶接收GPS信號(hào)，計(jì)算出基于時(shí)間的距離信號(hào)并發(fā)送到通訊網(wǎng)絡(luò)，通訊網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出用戶的位置。用戶終端設(shè)備兩種模式都支持。
用戶終端輔助的A-GPS系統(tǒng)中傳送的主要信息：
1、從用戶端送到A-GPS服務(wù)器的信息：
定位請(qǐng)求
用戶大概的位置
基于時(shí)間的偽距數(shù)據(jù)
2、從A-GPS服務(wù)器送到用戶端的信息：
可見衛(wèi)星列表
見到的衛(wèi)星的多普勒頻偏和代碼相位或近似的終端設(shè)備位置及星歷
GPS參考時(shí)間
用戶終端輔助的A-GPS方案中需短的下載時(shí)間，利用通訊網(wǎng)絡(luò)資源計(jì)算用戶位置，這樣加快了位置計(jì)算過程，用戶端不需要有額外的計(jì)算功能。缺點(diǎn)是輔助信息有效時(shí)間短，上傳數(shù)據(jù)較多。
基于用戶終端的A-GPS系統(tǒng)中傳送的主要信息：
1、從用戶端送到A-GPS服務(wù)器的信息：
定位請(qǐng)求
用戶大概的位置
計(jì)算出的位置信息
2、從A-GPS服務(wù)器送到用戶端的信息：
可見衛(wèi)星列表
見到的衛(wèi)星的多普勒頻偏和代碼相位
精確的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)（星歷），2-4小時(shí)內(nèi)有效，也可擴(kuò)展到衛(wèi)星可見的整個(gè)周期（12小時(shí)）
DGPS校正數(shù)據(jù)
GPS參考時(shí)間
衛(wèi)星實(shí)時(shí)完整性（故障或失靈衛(wèi)星信息）
基于用戶終端的A-GPS方案中，位置計(jì)算在終端設(shè)備，這就要求設(shè)備中要增加相關(guān)存儲(chǔ)器RAM和ROM，并需要一定的計(jì)算能力（幾MIPS）。另外是需長(zhǎng)時(shí)間下載輔助數(shù)據(jù)，減緩了計(jì)算過程。用戶終端可以做為一個(gè)獨(dú)立的GPS接收機(jī)，可以用于其它的GPS功能。用戶終端上傳的數(shù)據(jù)相對(duì)少，大部分輔助數(shù)據(jù)有效時(shí)間達(dá)2-4小時(shí)。
5. AGPS的具體工作原理如下所示：
(來源不詳, 好像是臺(tái)灣人所作)
a. AGPS手機(jī)首先將本身的基站地址通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器；
b. 位置服務(wù)器根據(jù)該手機(jī)的大概位置傳輸與該位置相關(guān)的GPS輔助信息（包含GPS的星歷和方位俯仰角等）到手機(jī)；
c. 該手機(jī)的AGPS模塊根據(jù)輔助信息（以提升GPS信號(hào)的第一鎖定時(shí)間TTFF能力）接收GPS原始信號(hào)；
d. 手機(jī)在接收到GPS原始信號(hào)后解調(diào)信號(hào)，計(jì)算手機(jī)到衛(wèi)星的偽距（偽距為受各種GPS誤差影響的距離），并將有關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器；
e. 位置服務(wù)器根據(jù)傳來的GPS偽距信息和來自其他定位設(shè)備（如差分GPS基準(zhǔn)站等）的輔助信息完成對(duì)GPS信息的處理，并估算該手機(jī)的位置；
f. 位置服務(wù)器將該手機(jī)的位置通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)蕉ㄎ痪W(wǎng)關(guān)或應(yīng)用平臺(tái)。
