目前，7種關鍵技術使GPS進入世界各地的手機，本文詳述了這些技術的進入過程以及對未來10年有什么影響。

十年前的E911法案啟動了消費型GPS第一個成功的里程碑，自此以后，GPS接收器的靈敏度進步了幾乎千倍以上，超過九成（五億支） 以上的手機已搭配GPS 功能并以主機式GPS（Host-based GPS）為標準。聯(lián)邦傳播委員會（FCC）及美國國會在1999年通過了E911法案，此法案規(guī)定當手機使用者撥打911緊急電話時，手機可自動提供通話位置信息。原本，輔助定位系統(tǒng)（A-GPS）只用于移動電話網(wǎng)絡與GPS時間同步的時間校對，且主要是用在CDMA的電信網(wǎng)絡。而全球最大的電信網(wǎng)絡GSM和3G并不與GPS時間同步。所以在早期，一般認為非GPS技術（如現(xiàn)在已被淘汰的增強觀測時差E-OTD等技術）會在E911法案中勝出的。然而，正如我們現(xiàn)在所知道的，GPS和全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）成了手機定位系統(tǒng)的大贏家。E911法案是GPS在美國發(fā)展的主要動力，并且間接促進了全球GPS的發(fā)展。這要歸功于以下我所要談論的七項關鍵技術，它們使GPS技術在過去多年來逐漸成熟。

關鍵技術一：輔助定位系統(tǒng)（A-GPS）

關于A-GPS有三件值得記住的事：“更快、更長、更高”。透過奧林匹克運動會的名言“更快、更強、更高”，你就可以記得住了。

A-GPS最顯著的特征，是它使用衛(wèi)星軌道資料傳送替代了原有基站傳送相同（或等量）的軌道數(shù)據(jù)，所以A-GPS接收速度更快。在過去，接收器必須在二維代碼/頻率空間中，搜索每一個GPS衛(wèi)星信號。而輔助數(shù)據(jù)縮減了搜索范圍，讓裝置可以用更長的時間來做信號整合，換句話說，就是敏感度更高了 （見圖1）。就是我們說的更長，更高。

現(xiàn)在，我們更進一步來看看代碼/頻率搜索，并介紹精確校時、粗略校時以及大規(guī)模平行關聯(lián)器等概念。任何輔助數(shù)據(jù)都可以減少頻率搜索次數(shù)，頻率搜索的概念就是如同你轉動車上的收音機旋鈕，尋找電臺位置。只不過由于衛(wèi)星移動，會產(chǎn)生不同的GPS頻率，也就是多普勒效應。如果你可以預先知道衛(wèi)星是如何設置的，就可以縮小頻率搜尋的范圍。

代碼延遲（code-delay）就更加敏銳了。C/A 代碼的重復周期是1ms，所以如果可以在獲得衛(wèi)星信號之前，就知道比1ms更精確的GPS時間，便可以縮小代碼延遲搜索區(qū)域，這就是我們所說的“精確校時”。

CDMA通信網(wǎng)絡是和GPS的時間同步，而最普遍的通信網(wǎng)絡（GSM及目前的3G）則不然。后者與GPS時間有±2秒的誤差，我們稱之為粗略校時。在最初，只有精確校時的網(wǎng)絡可以應用A-GPS，但后來局勢改觀是因為我們有了關鍵技術二、關鍵技術三，那就是大量平行關聯(lián)器和高靈敏度。

關鍵技術二、三：大量平行關聯(lián)器和高敏感度

傳統(tǒng)的GPS中，每個頻道只有兩到三個關聯(lián)器。他們會搜索代碼延遲空間直到可搜索到信號，然后用一組關聯(lián)器追蹤峰值的前端，和用另一組追蹤峰值的后端，所以他們被稱為“前后關聯(lián)器”。

大量平行關聯(lián)器是指，有足夠數(shù)量的關聯(lián)器同時在多個頻道中，對所有的C/A代碼延遲進行搜索。就硬件而言，這意味著有上萬個關聯(lián)器在運作。大量平行關聯(lián)器的好處是，所有的代碼延遲搜索都是平行運作，因此接收器可以用更長的時間來整合信號，即使沒有精確對時也無所謂。所以現(xiàn)在接收器可以更快、更長、更高，也就是更高的靈敏度，這不限于我們在何種電信網(wǎng)絡中執(zhí)行A-GPS。在最初，我們認為室內(nèi)GPS定位會受限于高靈敏度，但發(fā)覺使用體積更小、更便宜天線的實際成果卻也不差。雖然小而便宜的天線會降低性能表現(xiàn)（我們稍后也會

提到），但是它們已被配備在所有的智能型手機上，且被手機廠接受去執(zhí)行有關A-GPS的功能。

關鍵技術四：粗略時間導航

我們已經(jīng)了解，A-GPS輔助不再受限于根據(jù)解碼軌道數(shù)據(jù)（所以可以更快），并可以透過大量平行關聯(lián)器使用粗略對時（所以可以更長的時間做信號整合及提高靈敏度）。然而，要測量精確初估的距離（pseudorange），并計算行進時間，還是需要花時間對衛(wèi)星所傳送的星期時間（Time of Week， TOW）譯碼，譯碼后來取得位置進一步可執(zhí)行導航。粗略校時導航就是要解決一些衛(wèi)星的TOW問題，而不是直接解碼。其關鍵的技術是依靠在標準導航中的方程式中加入額外狀態(tài)資料;并于著名的視線矩陣（line-of-sight matrix）中加入相對應的欄位來解決TOW問題。

這個技術的成果就是，你定位所需要的時間，會比解讀衛(wèi)星的星期時間（TOW）（例如一秒、兩秒或三秒）還要更快;或是在衛(wèi)星信號微弱狀態(tài)下無法解讀衛(wèi)星的星期時間（TOW）時，仍然可以進行實際上的定位。因為你可以有更快的首次定位時間 （FF），無需頻繁喚醒接收器來維持熱啟動狀態(tài)，因此可延長電池壽命。

關鍵技術五：時間短TOW

另一個和粗略時間導航技術相提并論的是時間短的衛(wèi)星TOW解碼，也就是降低解讀衛(wèi)星的TOW數(shù)據(jù)的門坎標準。在1999年，衛(wèi)星接收的信號強度可讓接收器解讀衛(wèi)星的TOW最低標準可達到-142dBm。這是因為當我們在整合信號以20ms為間隔時，可以偵測到-142dBm信號數(shù)據(jù)位中強度。然而，解讀衛(wèi)星的TOW的技術不斷演進，現(xiàn)在最低可接受強度已經(jīng)降低到-152dBm。

關鍵技術六、七：主機式全球定位系統(tǒng)（Host-based GPS），RF-CMOS

從傳統(tǒng)的系統(tǒng)單芯片（SoC）架構出發(fā)，我們就可以清楚地認識主機式架構（Host-based）。SoC GPS通常是單一封裝，但封裝中包含了三個獨立的組件，有三個硅芯片被包在一起：基帶（baseband）模塊，包含中央處理器 （CPU）;分開的無線調(diào)頻器（RF）以及一個閃存。如果要降低成本，不使用閃存情況下，唯一的方法是改用只讀存儲器（ROM），它可以包含在基帶模塊中。然而這也意味著，你將無法可隨時更新接收器的軟件，來使用我們剛剛討論

的最新發(fā)展技術。

相對而言，主機式架構不需要在GPS芯片中有CPU功能。其主因是在智能型手機以及其他含有GPS產(chǎn)品上，其既有的CPU和閃存都能額外提供GPS運算時所需的低功耗。同時， RF-CMOS技術可以讓無線調(diào)頻器和基帶同在單一GPS芯片中。此為主機式架構 GPS 特質和優(yōu)勢。

這一切的結果代表著芯片價格大幅降低，但性能依舊可以維持。

現(xiàn)在已達到我們預期的目標了嗎？

A-GPS 技術已經(jīng)引領我們大步向前。 “從技術水平和消費者市場層面上我們是否已經(jīng)達到預期的目標了嗎？”

一般認為，體積小而便宜的天線會影響質量的表現(xiàn)，但是我要說，一個成本低于4 美元的單一 GPS 芯片，性能超過一個成本19，000 美元的接收器。這聽起來簡直是自相矛盾，甚至不可思議。但是我們可從首次定位時間、靈敏度和城市精確度（Urban Accuracy）的數(shù)據(jù)來證實這點。

另一個芯片革命的觀點是，我們已經(jīng)達到GPS 單系統(tǒng)技術開發(fā)的高點，難以再往上。然而，還有許多有待解決的問題，特別是城市信號屏障以及室內(nèi)使用方面。但是這些問題絕不會是由GPS（或是其它個別的系統(tǒng)）可以獨自解決的。所以我們可以把下個十年視為“GPS 增值”，單一GPS 的時代很快就會成為昨日黃花。這也不能被解讀為GPS 的失敗，甚至正好相反。這是因為GPS 單一系統(tǒng)運作得十分好，以至于在過去多年移動電話內(nèi)附GPS 的銷售總量已達5 億支，基于此銷售基礎，我們可以大膽將GPS 推展到衛(wèi)星導航從未涉足過的領域—是因為我們已開始嘗試突破單一GPS 的表現(xiàn)瓶頸。

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