AGPS定位基本原理浅析

位置服务已经成为越来越热的一门技术，也将成为以后所有移动设备（智能手机、掌上电脑等）的标配。随着人们对BLS(Based Location Serices，基于位置的服务)需求的飞速增长，无线定位技术也越来越得到重视。AGPS（Assisted GPS，A-GPS，网络辅助GPS）定位技术结合了GPS定位和蜂窝基站定位的优势，借助蜂窝网络的数据传输功能，可以达到很高的定位精度和很快的定位速度，在移动设备尤其是手机中被越来越广泛的使用。本文以GSM网络辅助GPS定位为例对AGPS的定位原理进行简单介绍。

AGPS定位基本机制

根据定位媒介来分，定位技术基本包含基于GPS的定位和基于蜂窝基站的定位两类（阅读本文前，建议先阅读《GPS定位基本原理浅析》和《GSM蜂窝基站定位基本原理浅析》两篇文章）。GPS定位以其高精度得到更多的关注，但是其弱点也很明显：一是硬件初始化（首次搜索卫星）时间较长，需要几分钟至十几分钟；二是GPS卫星信号穿透力若，容易受到建筑物、树木等的阻挡而影响定位精度。AGPS定位技术通过网络的辅助，成功的解决或缓解了这两个问题。对于辅助网络，有多种可能性，以GSM蜂窝网络为例，一般是通过GPRS网络进行辅助。

如上图所示，直接通过GPS信号从GPS获取定位所需的信息，这是传统GPS定位的基本机制。AGPS中，通过蜂窝基站的辅助来解决或缓解上文提到的两个问题：

对于第一个问题，首次搜星慢的问题，根据《GPS定位基本原理浅析》一文的介绍，我们知道是因为GPS卫星接收器需要进行全频段搜索以寻找GPS卫星而导致的。在AGPS中，通过从蜂窝网络下载当前地区的可用卫星信息（包含当地区可用的卫星频段、方位、仰角等信息），从而避免了全频段大范围搜索，使首次搜星速度大大提高，时间由原来的几分钟减小到几秒钟。

对于第二个问题，GPS卫星信号易受干扰的问题，这是由GPS卫星信号本身的性质决定的，我们无法改变。但是APGS中，通过蜂窝基站参考GPS的辅助，或是借助GSM定位中Cell-ID定位（COO定位）方法的辅助，缓解了在GPS信号不良的情况下定位的问题，有效提高了在此情况下的定位精度。

AGPS定位基本流程

 

1.搜索卫星

AGPS定位仍然是基于GPS的，因此定位的首要步骤还是先搜索到当前地区的可用GPS卫星。在传统GPS定位中需要全频段搜索以找到可用卫星因而耗时较长，而AGPS通过网络直接下载当前地区的可用卫星信息，从而提高了搜星速度。同时，也减小了设备的电量消耗。

如上图所示,AGPS中从定位启动到GPS接收器找到可用卫星的基本流程如下：

（1）设备从蜂窝基站获取到当前所在的小区位置（即一次COO定位）

（2）设备通过蜂窝网络将当前蜂窝小区位置传送给网络中的AGPS位置服务器

（3）APGS位置服务器根据当前小区位置查询该区域当前可用的卫星信息（包括卫星的频段、方位、仰角等相关信息），并返回给设备

（4）GPS接收器根据得到的可用卫星信息，可以快速找到当前可用的GPS卫星

至此，GPS接收器已经可正常接收GPS信号，GPS初始化过程结束。AGPS对定位速度的提高就主要体现在此过程中。

2.计算位置

GPS接收器一旦找到四颗以上的可用卫星，就可以开始接收卫星信号实现定位。接下来的过程根据位置计算所在端的不同，通常有两种方案：在移动设备端进行计算的MS-Based方式和在网络端进行计算的MS-Assisted方式。

MS-Based方式中，接下来过程与传统GPS定位完全相同，GPS接收器接收原始GPS信号，解调并进行一定处理，根据处理后的信息进行位置计算，得到最终的位置坐标。

MS-Assisted方式中，解调并处理后，接下来的过程如下图所示:

（5）设备将处理后的GPS信息（伪距信息）通过蜂窝网络传输给AGPS位置服务器

（6）AGPS服务器根据伪距信息，并结合其他途径（蜂窝基站定位、参考GPS定位等）得到的辅助定位信息，计算出最终的位置坐标，返回给设备。

在此过程中可以看到，在使用MS-Assisted方式时，由于辅助定位信息的加入，可以取得更高的定位精度；同时，可以很大程度上克服弱GPS信号情况下的无法定位或精度降低的问题；将复杂计算转移到网络端，也可以很大程度上减小设备的电量消耗。

AGPS定位优劣分析

与传统GPS定位相比，APGS定位有如下的优势：

• 首次搜星速度快
• 有效减少设备的电量消耗

对于采用MS-Assisted方式的AGPS系统而言，除了以上优势外，还有：

• 定位精度更高
• 缓解弱GPS信号情况下无法定位或精度降低的问题
• 对移动设备的计算能力要求更低

当然，AGPS也有一定的限制：

• 必须有蜂窝网络（GRRS/EDGE/CDMA等）的支持用以数据传输，对一般用户而言可能需要为此支付一定的数据流量费用
• 必须有AGPS位置服务器的支持
• 与GPS一样，仍无法完美解决室内（室内无法接收GPS信号）定位的问题

AGPS定位技术的实际应用情况

因为AGPS需要网络支持，因此目前使用该技术的大部分设备为手机。

1.目前大部分支持AGPS的手机采用一种纯软件的AGPS方案。

该方案基于MS-Based位置计算方式。具体的方案为：

定期下载星历数据到手机中，手机中的AGPS软件会根据星历信息计算出当前位置的可用卫星信息，从而提供给设备用于快速搜星。用户可以选择通过WiFi、固网等免费网络定期更新星历数据，从而避免使用蜂窝网络产生的数据流量费用。当然，由于星历信息可能存在延迟，因此搜星时速度可能有所下降，但是仍然会比传统GPS定位快很多倍。

该方案的优点是纯软件，不需要专门的AGPS硬件，几乎所有GPS手机都可以使用；同时用户可以根据情况指定星历更新周期及更新方式，控制或减免蜂窝网络数据流量。

HTC的大部分AGPS手机都采用这种方案。如下图为HTC手机中用于更新卫星信息的“快速GPS”软件。 
 

 

2.部分运营商的AGPS方案中，实施了在无GPS信号时自动切换到GSM蜂窝基站Cell-ID定位的措施，从而一定程度上解决了室内定位的问题。

如中国移动的OMA AGPS方案。

 

3.世界范围内一些AGPS芯片或相关服务已经广泛使用。

SiRF公司的AGPS芯片提供了硬件层次上的AGPS方案。

U-Blox的AssistNow A-GPS服务提供了AssistNow Online(在线AssistNow)和AssistNow OffLine(离线AssistNow)两种易用的AGPS方案。实际上这两种方案分别就是MS-Assisted和MS-Based两种定位计算方式的实现。

u-blox在线AssistNow系统组成。

u-blox离线AssistNow系统组成。

4.国内电信运营商的AGPS方案

中国移动正在制订的A-GPS方案基于OMA的SUPL规范，是一种用户平面的解决方案。

中国联通提供的gpsOne是MS-Assisted方式的A-GPS定位方案，也基于用户平面方式，目前只用于CDMA网络。