辅助全球定位系统(A-GPS)革命及其消费市场

　　在不久的将来，我们就会看到大量的GPS 增值产品，像是GPS+微机电系统(MEMS)、GPS+(无线网络)Wi-Fi、GPS+网络测量报告(NMR)、GPS+罗盘(Compass)以及GPS+苏联导航卫星系统(GLONASS)、日本准天顶导航卫星系统(QZSS)、欧洲伽利略卫星系统。将来能够进行最大程度整合的公司，就会是赢家。所以，引用丘吉尔的话，目前的状况并不是GPS 的终点，甚至谈不上接近终点;了不起只能算是初阶段的结束。

　　GPS 消费市场

　　几年前Len Jacobson 的《GNSS 应用及市场》有一份对2010 年消费市场的预测： Frost & Sullivan 2006 报告预测，在2010 年，PND 及手持装置 (不包括移动电话) 市场会达到 27 亿美元(830 万台，平均售价325美元)。对照实况，目前的市场大约是60亿美元，(4 千万台，平均售价150美元)。简言之，消费市场的规模比几年前所预估的还要大上一倍，还不包括手机市场。虽然价格比预估要低一半，但是出售量是预估的四倍之多。

　　谈到移动电话，我们回头看看1999 年，那时大家预估A-GPS 只会在精确校时通信网络中被采用(像是CDMA)。如今A-GPS已经大量在全球精确校时以及粗略校时通信网络中被使用，包括欧洲和北美的GSM，以及日本的W-CDMA。最近三年GPS 消费市场，特别是移动电话市场已经大幅成长，置入手机的GPS 接受器数量超过了以往所有GPS 产品数量的总和。而到如今，每年全球民用导航卫星系统(GNSS)接收器产量99%以上的数量皆使用L1-only C/A code GPS 接收器。

　　所以，从消费市场观点，我们是否已经达到预期的目标?是的!我们不只达到，而且是已经远远超过预期的成绩。接下來，让我们回顾过去十年的技术发展，看看这些技术是否已经达到我们预期的目标。

　　摩尔定律表明，在一定的晶体管数目下，芯片体积每两年便会缩小一半。摩尔定律在GPS 是适用的，大约每两年，芯片尺寸会缩小一半。2010 年才刚刚开始，人们已经开始在谈论下一代，也就是40 nm的GPS 芯片了。过去二十年来，摩尔定律已经重复了十回，所以同样的芯片在二十年前，尺寸会比现在大上1000 倍。当然不可能会有这么大的芯片，但我要说的是，GPS 芯片并不只是随着摩尔定律变小而已，它还变得更复杂，功能性更强。

　　最低价GPS性能表现

　　基本上，GPS 接收器只做三件事：启动、追踪微弱信号、计算定位速度时间和位置。撇开繁琐的细节不谈，主要重点可归纳为：速度、灵敏度和精确度。

　　从90 年代以来，首次定位时间(TTFF)和灵敏度都有一定程度的进步，这要归功于上述七个关键技术。即使没有精确时间，首次定位时间在辅助冷启动或是未辅助热启动之下，已经可以达到一秒。这比90 年代传统GPS 表现好上45 倍。在灵敏度方面，到1998 年为止，大约有30 倍的进步(达到 -150dBm)，2006 年又增进了10 倍(到-160 dBm)。说不定假以时日，我们会拥有1000 倍的灵敏度。那么准确度又是如何呢?

　　有些低价芯片被当成是低精确度的代名词，不过这并不正确。的确体积小、成本低的天线会降低定位准确度，然而就相同天线而言，在移动电话极为普遍的环境中，现今市场上最低价的GPS 接收器，其性能表现却优于最贵的GPS 接收器。以下图表的数据会说明这一点。

　　首先，我们连接一个最小、最低价的GPS 接收器，到一个最好的天线上(扼流圈天线)，架设到可以清楚看见天空的开阔屋顶上。图2 左侧是定位点散布情形，蓝色圈圈显示了有2000 个定位点，它的中位数值是0.9 公尺。右侧是一个19,000 美元的勘测级专业GPS(Survey-grade GPS)接收器量测的结果，使用的是同样的天线。

　　勘测级专业(survey-grade) GPS比含GPS 移动电话的精准度表现要好上60cm，或者要说好上三倍也可以，看你要怎么说。但先别急，因为这种测试环境既非典型的消费者情境(在屋顶上架扼流圈天线)，也不是我们今日面对的主要挑战。

　　接下来，我们要在一个比较典型的使用环境中，看看一般消费型天线的精确度表现如何。图3 显示一个主动式平板天线(就是个人导航设备PND 里面会看到的那种)在圣何塞市区的定位情形。圣何塞是一个典型的美国都市，不算是对GPS 最严峻的挑战，但也不是太容易。城中的街道(Lightstone Alley)只有5 米宽，两侧都是高耸建筑物。

　　要测量精确度，我们使用实际参照的方法，结合GPS 以及配备环状镭射陀螺仪的战术级惯性测量装置(tactical grade IMU)，它可以在图上显示蓝色小点;白色小点是低价GPS 的定位情形。大多数时间白色小点都和蓝色小点重叠，偶而你会看到一些错开的地方，红色线段显示的是水平误差。水平误差的中位数值是4.4 m。