GPS之家

今日GPS卫星导航定位的应用已愈来愈普及，但大多数人对它的认识仍限定在行车导航的用途之上。这只是GPS应用的冰山一角，其实它在国防、地理信息和建筑工程等领域已是不可或缺的重要技术，而下一步，GPS将走入每个人的生活，成为人手一支的GPS手机或手持导航设备（PND）。
    目前内置GPS功能的手机在市场上虽仍不多，但预估到了2008年时此类手机将会占智能型手机市占率的25%。此一趋势的背后推手之一，就是3G手机逐渐地盛行，而在高端的3G市场上，GPS应用就成了3G及智能型手机的杀手级应用之一；此外，电信业者也乐于提供基于GPS的位置服务（Location-based Service, LBS），因为这是他们与其它业者形成区隔的一种加值性服务，而且有助于他们创造新的市场利基。

    电信业者可提供的LBS服务很多，例如为行人提供所在位置附近的加油站、推荐餐厅、旅馆等信息的“兴趣点”（point of interest, POI）增值服务，或在人潮众多的商场、运动场及剧院、电影院中找到朋友（Friend Finder）服务。此外，GPS手机还有另一项备受重视的用途，那就是能在紧急时发出使用者的位置信息，进而发挥急难救助的功能，这也是美国政府提出E911法案的目的。不仅如此，移动通讯业者也能和保全业者结合，推出具有追踪定位随身保护的手机，内置SOS紧急求救键、蜂鸣器等，以保障妇女或老人、小孩的安全。

A-GPS为手机定位首选技术

    这些应用的立意极佳，也必然有其市场的卖点，但要将GPS做到手机当中，仍有不少瓶颈需要突破。手机的GPS应用与车载导航差异甚大，前者要求在行走的环境中能获得精准的定位信息，而手机用户又经常会处于收信不良的室内或巷弄当中。从开放天空直接进行定位的自主模式（Autonomous Mode）这时就显得定位能力不足，而需要采用辅助网络的定位模式。目前最受重视的手机定位模式，就是A-GPS（Assisted-GPS）。

    所谓的A-GPS是让手机从移动网络获得辅助定位信息，以加速对卫星进行定位的时间，而且能提升定位的精确度。通过A-GPS，首次定位时间（TTFF）能够缩减到几秒钟之内，而且当手机处于GPS信号较开放天空弱一千倍的环境中，它仍然能够实现可靠的定位，这意味着A-GPS系统无论是在室内、很深的峡谷内或是在移动的交通工具上都可以正常工作。此外，A-GPS模式能够大幅减少终端运算上功耗，最多可以减少终端GPS芯片60%的功耗，这让它成为GPS手机的首选模式。

LTO加速GPS手机业务推广

    不过，手机用户仍可能处于无法收到移动网络实时辅助信息的环境，这时就需要采用其它的定位途径。由Global Locate发展出来的长期轨道 (Long Term Orbit，LTO) 技术（有时又称为“扩充式星历表”(extended ephemeris) 技术），它是通过Global Locate的全球参考网络 (Worldwide Reference Network，WWRN) 来追踪GPS星座，并产生LTO数据。所有GSP卫星的追踪数据会被编译成完整的轨道模型，然后产生精确度符合导航要求的未来轨道预测。

    这些LTO数据能通过各种接口传输给移动装置，可以是手机移动网络，也可以通过网络，一旦数据下载成功了，在数天内它都能提供准确的A-GPS辅助定位能力，就不再受限于广播星历短短4小时的有效期限和50bps的GPS广播速率。此外，由于不需要对导航信号进行译码，在开放天空的环境下，此模式能节省约30秒的定位时间。

    在实际建置的案例上，在HP推出的“Quick GPS Connection” 功能背后，采用的就是LTO的技术。在HP的iPAQ Mobile Messenger 6500智能型PDA手机系列中，其手机用户不需受限于特定移动网络业者的A-GPS服务，只需能联机到Quick GPS Connection网站，就能下载LTO数据，并获得实时的定位能力。这让手机业者不用再等待移动网络业者在A-GPS基础建设上的布建，就能开始拓展GPS手机的业务。

GPS手机需要最佳化系统架构

    除了网络面的定位问题外，GPS手机在终端系统的建置上，也存在不小的挑战。移动装置非常重视功耗、成本及尺寸等议题，而这些都会影响GPS功能在移动装置中实现的可行性。就GPS的模块系统来说，其中涉及的关键单元包括天线、射频和基带，这些功能需要以更适合移动装置的架构来进行规划，包括更高的整合度、灵敏度，及对系统资源的有效利用。

     以Global Locate的Hammerhead方案来说，它是一款将低噪声放大器、射频调谐器、锁相回路和基带功能汇集至7 × 7毫米芯片的高整合度A-GPS接收机。目前市场上的GPS芯片大多数采用双芯片方案，常常需要300mm2的电路板面积，Hammerhead包括SAW滤波器和一些无源器件的系统只占手机PCB约80mm2的面积。此外，它能够提供高达-160dBm的接收灵敏度，在冷启动后以-130dBm的灵敏度进行接收的情况下，Hammerhead的首次定位时间仅为一秒钟左右。

    值得一提的是，Hammerhead针对手机的架构做了最佳化的设计调整，它善用手机中既有的功能单元，如用于高精密度参考频率频率(10-40MHz)和实时频率频率(32,768kHz)的晶振；在运算上则采用Global Locate提供的软件库，利用手机基带来协助定位运算。这种方案所需的运算能力很低，仅为3MIPS，对目前的基带不构成任何挑战。这种软件既无任何实时要求，也不会干扰目标系统的电话呼叫流程。此软件库的内存需求也不高：不超过80KB的RAM和不超过300KB的ROM。该软件库能以二进制可执行码的形式提供至目标CPU架构。

    Hammerhead PMB2520应用于普通手机中的电路结构图。此A-GPS芯片通过串行接口与基带部份通讯，并使用手机现有的频率时序产生机制。

    整体来说，Hammerhead可以与许多针对2.5G和3G网络的手机基带解决方案兼容，和主CPU之间的数字连接可以通过使用任何一种Hammerhead接口选项来完成，该芯片可以提供标准UART端口、SPI或I2C。用户可以对任何一种接口进行配置以满足目标系统的要求。该芯片对数字接口数据率的要求不超过9,600波特。

    随着芯片技术及网络定位服务的进步，GPS的应用将不会只受限于行车导航，而会进一步成为随身应用的必要功能之一。这种基于用户所在位置而衍生的应用才刚刚开始，仍存在着宽广的想象空间，以及市场发展契机。