十年前的E911法案啟動了消費型GPS第一個成功的里程碑，自此以后，GPS接收器的靈敏度進步了幾乎千倍以上，超過九成(五億支) 以上的手機已搭配GPS 功能并以主機式GPS(Host-based GPS)為標準。聯(lián)邦傳播委員會(FCC)及美國國會在1999年通過了E911法案，此法案規(guī)定當手機使用者撥打911緊急電話時，手機可自動提供通話位置信息。原本，輔助定位系統(tǒng)(A-GPS)只用于移動電話網(wǎng)絡與GPS時間同步的時間校對，且主要是用在CDMA的電信網(wǎng)絡。而全球最大的電信網(wǎng)絡GSM和3G并不與GPS時間同步。所以在早期，一般認為非GPS技術(shù)(如現(xiàn)在已被淘汰的增強觀測時差E-OTD等技術(shù))會在E911法案中勝出的。然而，正如我們現(xiàn)在所知道的，GPS和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)成了手機定位系統(tǒng)的大贏家。E911法案是GPS在美國發(fā)展的主要動力，并且間接促進了全球GPS的發(fā)展。這要歸功于以下我所要談論的七項關(guān)鍵技術(shù)，它們使GPS技術(shù)在過去多年來逐漸成熟。

　　關(guān)鍵技術(shù)一：輔助定位系統(tǒng)(A-GPS)

　　關(guān)于A-GPS有三件值得記住的事：“更快、更長、更高”。透過奧林匹克運動會的名言“更快、更強、更高”，你就可以記得住了。

　　A-GPS最顯著的特征，是它使用衛(wèi)星軌道資料傳送替代了原有基站傳送相同(或等量)的軌道數(shù)據(jù)，所以A-GPS接收速度更快。在過去，接收器必須在二維代碼/頻率空間中，搜索每一個GPS衛(wèi)星信號。而輔助數(shù)據(jù)縮減了搜索范圍，讓裝置可以用更長的時間來做信號整合，換句話說，就是敏感度更高了 (見圖1)。就是我們說的更長，更高。

　　現(xiàn)在，我們更進一步來看看代碼/頻率搜索，并介紹精確校時、粗略校時以及大規(guī)模平行關(guān)聯(lián)器等概念。任何輔助數(shù)據(jù)都可以減少頻率搜索次數(shù)，頻率搜索的概念就是如同你轉(zhuǎn)動車上的收音機旋鈕，尋找電臺位置。只不過由于衛(wèi)星移動，會產(chǎn)生不同的GPS頻率，也就是多普勒效應。如果你可以預先知道衛(wèi)星是如何設置的，就可以縮小頻率搜尋的范圍。

　　代碼延遲(code-delay)就更加敏銳了。C/A 代碼的重復周期是1ms，所以如果可以在獲得衛(wèi)星信號之前，就知道比1ms更精確的GPS時間，便可以縮小代碼延遲搜索區(qū)域，這就是我們所說的“精確校時”。

　　CDMA通信網(wǎng)絡是和GPS的時間同步，而最普遍的通信網(wǎng)絡(GSM及目前的3G)則不然。后者與GPS時間有±2秒的誤差，我們稱之為粗略校時。在最初，只有精確校時的網(wǎng)絡可以應用A-GPS，但后來局勢改觀是因為我們有了關(guān)鍵技術(shù)二、關(guān)鍵技術(shù)三，那就是大量平行關(guān)聯(lián)器和高靈敏度。

　　關(guān)鍵技術(shù)二、三：大量平行關(guān)聯(lián)器和高敏感度

　　傳統(tǒng)的GPS中，每個頻道只有兩到三個關(guān)聯(lián)器。他們會搜索代碼延遲空間直到可搜索到信號，然后用一組關(guān)聯(lián)器追蹤峰值的前端，和用另一組追蹤峰值的后端，所以他們被稱為“前后關(guān)聯(lián)器”。

　　大量平行關(guān)聯(lián)器是指，有足夠數(shù)量的關(guān)聯(lián)器同時在多個頻道中，對所有的C/A代碼延遲進行搜索。就硬件而言，這意味著有上萬個關(guān)聯(lián)器在運作。大量平行關(guān)聯(lián)器的好處是，所有的代碼延遲搜索都是平行運作，因此接收器可以用更長的時間來整合信號，即使沒有精確對時也無所謂。所以現(xiàn)在接收器可以更快、更長、更高，也就是更高的靈敏度，這不限于我們在何種電信網(wǎng)絡中執(zhí)行A-GPS。在最初，我們認為室內(nèi)GPS定位會受限于高靈敏度，但發(fā)覺使用體積更小、更便宜天線的實際成果卻也不差。雖然小而便宜的天線會降低性能表現(xiàn)(我們稍后也會提到)，但是它們已被配備在所有的智能型手機上，且被手機廠接受去執(zhí)行有關(guān)A-GPS的功能。

　　關(guān)鍵技術(shù)四：粗略時間導航

　　我們已經(jīng)了解，A-GPS輔助不再受限于根據(jù)解碼軌道數(shù)據(jù)(所以可以更快)，并可以透過大量平行關(guān)聯(lián)器使用粗略對時(所以可以更長的時間做信號整合及提高靈敏度)。然而，要測量精確初估的距離(pseudorange)，并計算行進時間，還是需要花時間對衛(wèi)星所傳送的星期時間(Time of Week, TOW)譯碼，譯碼后來取得位置進一步可執(zhí)行導航。粗略校時導航就是要解決一些衛(wèi)星的TOW問題，而不是直接解碼。其關(guān)鍵的技術(shù)是依靠在標準導航中的方程式中加入額外狀態(tài)資料;并于著名的視線矩陣(line-of-sight matrix)中加入相對應的欄位來解決TOW問題。

　　這個技術(shù)的成果就是，你定位所需要的時間，會比解讀衛(wèi)星的星期時間(TOW)(例如一秒、兩秒或三秒)還要更快;或是在衛(wèi)星信號微弱狀態(tài)下無法解讀衛(wèi)星的星期時間(TOW)時，仍然可以進行實際上的定位。因為你可以有更快的首次定位時間 (FF)，無需頻繁喚醒接收器來維持熱啟動狀態(tài)，因此可延長電池壽命。

　　關(guān)鍵技術(shù)五：時間短TOW

　　另一個和粗略時間導航技術(shù)相提并論的是時間短的衛(wèi)星TOW解碼，也就是降低解讀衛(wèi)星的TOW數(shù)據(jù)的門坎標準。在1999年，衛(wèi)星接收的信號強度可讓接收器解讀衛(wèi)星的TOW最低標準可達到-142dBm。這是因為當我們在整合信號以20ms為間隔時，可以偵測到-142dBm信號數(shù)據(jù)位中強度。然而，解讀衛(wèi)星的TOW的技術(shù)不斷演進，現(xiàn)在最低可接受強度已經(jīng)降低到-152dBm。

　　關(guān)鍵技術(shù)六、七：主機式全球定位系統(tǒng)(Host-based GPS)，RF-CMOS

　　從傳統(tǒng)的系統(tǒng)單芯片(SoC)架構(gòu)出發(fā)，我們就可以清楚地認識主機式架構(gòu)(Host-based)。SoC GPS通常是單一封裝，但封裝中包含了三個獨立的組件，有三個硅芯片被包在一起：基帶(baseband)模塊，包含中央處理器 (CPU);分開的無線調(diào)頻器(RF)以及一個閃存。如果要降低成本，不使用閃存情況下，唯一的方法是改用只讀存儲器(ROM)，它可以包含在基帶模塊中。然而這也意味著，你將無法可隨時更新接收器的軟件，來使用我們剛剛討論的最新發(fā)展技術(shù)。

　　相對而言，主機式架構(gòu)不需要在GPS芯片中有CPU功能。其主因是在智能型手機以及其他含有GPS產(chǎn)品上，其既有的CPU和閃存都能額外提供GPS運算時所需的低功耗。同時， RF-CMOS技術(shù)可以讓無線調(diào)頻器和基帶同在單一GPS芯片中。此為主機式架構(gòu) GPS 特質(zhì)和優(yōu)勢。