輔助全球定位系統(tǒng)(A-GPS)革命及其消費市場

　　在不久的將來，我們就會看到大量的GPS 增值產(chǎn)品，像是GPS+微機電系統(tǒng)(MEMS)、GPS+(無線網(wǎng)絡)Wi-Fi、GPS+網(wǎng)絡測量報告(NMR)、GPS+羅盤(Compass)以及GPS+蘇聯(lián)導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、日本準天頂導航衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)、歐洲伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)。將來能夠進行最大程度整合的公司，就會是贏家。所以，引用丘吉爾的話，目前的狀況并不是GPS 的終點，甚至談不上接近終點;了不起只能算是初階段的結(jié)束。

　　GPS 消費市場

　　幾年前Len Jacobson 的《GNSS 應用及市場》有一份對2010 年消費市場的預測： Frost & Sullivan 2006 報告預測，在2010 年，PND 及手持裝置 (不包括移動電話) 市場會達到 27 億美元(830 萬臺，平均售價325美元)。對照實況，目前的市場大約是60億美元，(4 千萬臺，平均售價150美元)。簡言之，消費市場的規(guī)模比幾年前所預估的還要大上一倍，還不包括手機市場。雖然價格比預估要低一半，但是出售量是預估的四倍之多。

　　談到移動電話，我們回頭看看1999 年，那時大家預估A-GPS 只會在精確校時通信網(wǎng)絡中被采用(像是CDMA)。如今A-GPS已經(jīng)大量在全球精確校時以及粗略校時通信網(wǎng)絡中被使用，包括歐洲和北美的GSM，以及日本的W-CDMA。最近三年GPS 消費市場，特別是移動電話市場已經(jīng)大幅成長，置入手機的GPS 接受器數(shù)量超過了以往所有GPS 產(chǎn)品數(shù)量的總和。而到如今，每年全球民用導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器產(chǎn)量99%以上的數(shù)量皆使用L1-only C/A code GPS 接收器。

　　所以，從消費市場觀點，我們是否已經(jīng)達到預期的目標?是的!我們不只達到，而且是已經(jīng)遠遠超過預期的成績。接下來，讓我們回顧過去十年的技術(shù)發(fā)展，看看這些技術(shù)是否已經(jīng)達到我們預期的目標。

　　摩爾定律表明，在一定的晶體管數(shù)目下，芯片體積每兩年便會縮小一半。摩爾定律在GPS 是適用的，大約每兩年，芯片尺寸會縮小一半。2010 年才剛剛開始，人們已經(jīng)開始在談論下一代，也就是40 nm的GPS 芯片了。過去二十年來，摩爾定律已經(jīng)重復了十回，所以同樣的芯片在二十年前，尺寸會比現(xiàn)在大上1000 倍。當然不可能會有這么大的芯片，但我要說的是，GPS 芯片并不只是隨著摩爾定律變小而已，它還變得更復雜，功能性更強。

　　最低價GPS性能表現(xiàn)

　　基本上，GPS 接收器只做三件事：啟動、追蹤微弱信號、計算定位速度時間和位置。撇開繁瑣的細節(jié)不談，主要重點可歸納為：速度、靈敏度和精確度。

　　從90 年代以來，首次定位時間(TTFF)和靈敏度都有一定程度的進步，這要歸功于上述七個關鍵技術(shù)。即使沒有精確時間，首次定位時間在輔助冷啟動或是未輔助熱啟動之下，已經(jīng)可以達到一秒。這比90 年代傳統(tǒng)GPS 表現(xiàn)好上45 倍。在靈敏度方面，到1998 年為止，大約有30 倍的進步(達到 -150dBm)，2006 年又增進了10 倍(到-160 dBm)。說不定假以時日，我們會擁有1000 倍的靈敏度。那么準確度又是如何呢?

　　有些低價芯片被當成是低精確度的代名詞，不過這并不正確。的確體積小、成本低的天線會降低定位準確度，然而就相同天線而言，在移動電話極為普遍的環(huán)境中，現(xiàn)今市場上最低價的GPS 接收器，其性能表現(xiàn)卻優(yōu)于最貴的GPS 接收器。以下圖表的數(shù)據(jù)會說明這一點。

　　首先，我們連接一個最小、最低價的GPS 接收器，到一個最好的天線上(扼流圈天線)，架設到可以清楚看見天空的開闊屋頂上。圖2 左側(cè)是定位點散布情形，藍色圈圈顯示了有2000 個定位點，它的中位數(shù)值是0.9 公尺。右側(cè)是一個19,000 美元的勘測級專業(yè)GPS(Survey-grade GPS)接收器量測的結(jié)果，使用的是同樣的天線。

　　勘測級專業(yè)(survey-grade) GPS比含GPS 移動電話的精準度表現(xiàn)要好上60cm，或者要說好上三倍也可以，看你要怎么說。但先別急，因為這種測試環(huán)境既非典型的消費者情境(在屋頂上架扼流圈天線)，也不是我們今日面對的主要挑戰(zhàn)。

　　接下來，我們要在一個比較典型的使用環(huán)境中，看看一般消費型天線的精確度表現(xiàn)如何。圖3 顯示一個主動式平板天線(就是個人導航設備PND 里面會看到的那種)在圣何塞市區(qū)的定位情形。圣何塞是一個典型的美國都市，不算是對GPS 最嚴峻的挑戰(zhàn)，但也不是太容易。城中的街道(Lightstone Alley)只有5 米寬，兩側(cè)都是高聳建筑物。

　　要測量精確度，我們使用實際參照的方法，結(jié)合GPS 以及配備環(huán)狀鐳射陀螺儀的戰(zhàn)術(shù)級慣性測量裝置(tactical grade IMU)，它可以在圖上顯示藍色小點;白色小點是低價GPS 的定位情形。大多數(shù)時間白色小點都和藍色小點重疊，偶而你會看到一些錯開的地方，紅色線段顯示的是水平誤差。水平誤差的中位數(shù)值是4.4 m。