輔助全球定位系統(A-GPS)革命及其消費市場(chǎng)

　　在不久的將來(lái)，我們就會(huì )看到大量的GPS 增值產(chǎn)品，像是GPS+微機電系統(MEMS)、GPS+(無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ))Wi-Fi、GPS+網(wǎng)絡(luò )測量報告(NMR)、GPS+羅盤(pán)(Compass)以及GPS+蘇聯(lián)導航衛星系統(GLONASS)、日本準天頂導航衛星系統(QZSS)、歐洲伽利略衛星系統。將來(lái)能夠進(jìn)行最大程度整合的公司，就會(huì )是贏(yíng)家。所以，引用丘吉爾的話(huà)，目前的狀況并不是GPS 的終點(diǎn)，甚至談不上接近終點(diǎn);了不起只能算是初階段的結束。

　　GPS 消費市場(chǎng)

　　幾年前Len Jacobson 的《GNSS 應用及市場(chǎng)》有一份對2010 年消費市場(chǎng)的預測： Frost & Sullivan 2006 報告預測，在2010 年，PND 及手持裝置 (不包括移動(dòng)電話(huà)) 市場(chǎng)會(huì )達到 27 億美元(830 萬(wàn)臺，平均售價(jià)325美元)。對照實(shí)況，目前的市場(chǎng)大約是60億美元，(4 千萬(wàn)臺，平均售價(jià)150美元)。簡(jiǎn)言之，消費市場(chǎng)的規模比幾年前所預估的還要大上一倍，還不包括手機市場(chǎng)。雖然價(jià)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(dòng)電話(huà)，我們回頭看看1999 年，那時(shí)大家預估A-GPS 只會(huì )在精確校時(shí)通信網(wǎng)絡(luò )中被采用(像是CDMA)。如今A-GPS已經(jīng)大量在全球精確校時(shí)以及粗略校時(shí)通信網(wǎng)絡(luò )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(chǎng)，特別是移動(dòng)電話(huà)市場(chǎng)已經(jīng)大幅成長(cháng)，置入手機的GPS 接受器數量超過(guò)了以往所有GPS 產(chǎn)品數量的總和。而到如今，每年全球民用導航衛星系統(GNSS)接收器產(chǎn)量99%以上的數量皆使用L1-only C/A code GPS 接收器。

　　所以，從消費市場(chǎng)觀(guān)點(diǎn)，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(guò)預期的成績(jì)。接下來(lái)，讓我們回顧過(guò)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，在一定的晶體管數目下，芯片體積每?jì)赡瓯銜?huì )縮小一半。摩爾定律在GPS 是適用的，大約每?jì)赡?，芯片尺寸?huì )縮小一半。2010 年才剛剛開(kāi)始，人們已經(jīng)開(kāi)始在談?wù)撓乱淮?，也就?0 nm的GPS 芯片了。過(guò)去二十年來(lái)，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(huì )比現在大上1000 倍。當然不可能會(huì )有這么大的芯片，但我要說(shuō)的是，GPS 芯片并不只是隨著(zhù)摩爾定律變小而已，它還變得更復雜，功能性更強。

　　最低價(jià)GPS性能表現

　　基本上，GPS 接收器只做三件事：?jiǎn)?dòng)、追蹤微弱信號、計算定位速度時(shí)間和位置。撇開(kāi)繁瑣的細節不談，主要重點(diǎn)可歸納為：速度、靈敏度和精確度。

　　從90 年代以來(lái)，首次定位時(shí)間(TTFF)和靈敏度都有一定程度的進(jìn)步，這要歸功于上述七個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。即使沒(méi)有精確時(shí)間，首次定位時(shí)間在輔助冷啟動(dòng)或是未輔助熱啟動(dòng)之下，已經(jīng)可以達到一秒。這比90 年代傳統GPS 表現好上45 倍。在靈敏度方面，到1998 年為止，大約有30 倍的進(jìn)步(達到 -150dBm)，2006 年又增進(jìn)了10 倍(到-160 dBm)。說(shuō)不定假以時(shí)日，我們會(huì )擁有1000 倍的靈敏度。那么準確度又是如何呢?

　　有些低價(jià)芯片被當成是低精確度的代名詞，不過(guò)這并不正確。的確體積小、成本低的天線(xiàn)會(huì )降低定位準確度，然而就相同天線(xiàn)而言，在移動(dòng)電話(huà)極為普遍的環(huán)境中，現今市場(chǎng)上最低價(jià)的GPS 接收器，其性能表現卻優(yōu)于最貴的GPS 接收器。以下圖表的數據會(huì )說(shuō)明這一點(diǎn)。

　　首先，我們連接一個(gè)最小、最低價(jià)的GPS 接收器，到一個(gè)最好的天線(xiàn)上(扼流圈天線(xiàn))，架設到可以清楚看見(jiàn)天空的開(kāi)闊屋頂上。圖2 左側是定位點(diǎn)散布情形，藍色圈圈顯示了有2000 個(gè)定位點(diǎn)，它的中位數值是0.9 公尺。右側是一個(gè)19,000 美元的勘測級專(zhuān)業(yè)GPS(Survey-grade GPS)接收器量測的結果，使用的是同樣的天線(xiàn)。

　　勘測級專(zhuān)業(yè)(survey-grade) GPS比含GPS 移動(dòng)電話(huà)的精準度表現要好上60cm，或者要說(shuō)好上三倍也可以，看你要怎么說(shuō)。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(xiàn))，也不是我們今日面對的主要挑戰。

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

　　要測量精確度，我們使用實(shí)際參照的方法，結合GPS 以及配備環(huán)狀鐳射陀螺儀的戰術(shù)級慣性測量裝置(tactical grade IMU)，它可以在圖上顯示藍色小點(diǎn);白色小點(diǎn)是低價(jià)GPS 的定位情形。大多數時(shí)間白色小點(diǎn)都和藍色小點(diǎn)重疊，偶而你會(huì )看到一些錯開(kāi)的地方，紅色線(xiàn)段顯示的是水平誤差。水平誤差的中位數值是4.4 m。