2.1.5. Gps и a-gps

Метод GPS (Global Positioning System) состоит в том, что GPS-приемники встраиваются в сотовые телефоны для решения задачи их позиционирования. Метод GPS основан на оценке времени распространения радиосигналов со спутников. Основные достигаемые при этом преимущества включают в себя: достаточно высокую точность определений и глобальное покрытие.

Первый недостаток метода – это необходимость модификации радиотелефона путем добавления в него GPS приемника и средств передачи координатной информации в сотовую сеть; при этом включение GPS приемника в состав радиотелефона увеличивает его стоимость. На настоящий момент существует еще несколько технических проблем. Так, пользователи обычных GPS-приемников знают, что определение координат возможно лишь на открытых пространствах, в зданиях, низинах, центрах городов или под плотной листвой приемники не работают – не хватает мощности или происходит потеря сигналов со спутников. В больших городах зачастую сигнал экранируется расположенными вокруг зданиями. Последний минус заключается в медленном приходе в состояние готовности после включения питания - если приемник был выключен, то может потребоваться 30-90 секунд (а в некоторых случаях и до 15 минут) для получения первого отсчета.

Производители и операторы сетей сотовой связи постарались обойти эти ограничения, задействовав в определении координат саму сотовую сеть. Именно поэтому технология называется A-GPS (А – от английского слова assisted). A-GPS – это система глобального позиционирования с поддержкой от сотовой сети.

Процесс определения координат в этом случае выглядит несколько иначе. Сигнал также поступает на МС, но затем он передается в сеть подвижной связи, где и производится расчет координат МС, передаваемых затем обратно на МС. Основная идея технологии – развернуть наземную сеть GPS так, чтобы ее приемники уверенно принимали сигналы от видимых в районе действия наземных сетей подвижной связи общего пользования (PLMN) навигационных спутников и могли функционировать непрерывно. Наземная сеть навигационных приемников соединяется с PLMN. По запросу мобильной станции или PLMN на мобильную станцию от наземной сети GPS передаются вспомогательные данные, которые позволяют улучшить характеристики встроенного в мобильную станцию GPS-приемника.

Опорные приемники собирают навигационные сообщения со всех спутников, видимых в данном сегменте сотовой сети. Наиболее важная информация (прежде всего, эфемериды и временные параметры спутников) впоследствии передается на встроенные в мобильную станцию приемники GPS через сегмент с коммутацией пакетов сети подвижной связи (GPRS). Наличие таких сведений значительно облегчает работу мобильного GPS приемника. Поскольку демодуляция сигналов навигационных спутников происходит с относительно низкой скоростью, то спутниковые сигналы должны быть достаточно мощными. Такая ситуация порой невозможна из-за неблагоприятных особенностей местности, когда, например, абонент находится в городском районе с высокой плотностью застройки, и для самостоятельного приема этих данных мобильному GPS приемнику требуется непрерывно находиться в зоне устойчивого приема спутникового сигнала от 18 до 30 секунд. В то же время, для определения собственно псевдорасстояния приемнику GPS достаточно "видеть" спутник несколько секунд. Кроме того, без вспомогательной информации, приемнику GPS необходимо отслеживать около 12 кГц спектра для учета доплеровского сдвига частоты, а также весь период (1023 символа) псевдослучайной последовательности, используемой для формирования широкополосного шумоподобного сигнала на спутниках.

Точность расчетов при использовании метода A-GPS может составить от 5 до 50 метров, в то время как GPS обеспечивает от 2-3 до 15 метров (в новых моделях приемников).

В некоторых сетях, (к примеру, в сетях CDMA) БС могут быть оснащены своими GPS- антеннами и, соответственно, приемниками. Они могут выступать в качестве ретранслятора сигнала от спутников. При ретрансляции, правда, возникает дополнительная погрешность, и точность определения координат уменьшается (от 5 до 400 метров). Однако за счет ретрансляции сигнала от БС достигается работа сервиса даже там, где в прямой видимости нет спутников или сигнал достаточно слабый (например, в помещениях). Время расчета текущих координат составляет от 20 до 40 секунд, в среднем это все-таки порядка 20 секунд.

Методы GPS и A-GPS реализуются на оценке сигналов, получаемых от наиболее развитой и популярной спутниковой системы GPS (Global Positioning System, концепция NAVSTAR GPS – NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System), разработанной и эксплуатируемой США.

В настоящее время запущена в эксплуатацию космические аппараты российской системы ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система), а также появились телефоны с приемниками ГЛОНАСС. По результатам измерений расстояний до трех спутников приемник может определить свое точное положение, а использование данных четвертого спутника позволяет определить не только широту, долготу и время, но и высоту. Третий спутник при решении задачи позиционирования по двум координатам и четвертый при трехмерном позиционировании необходимы для компенсации ошибок, обусловленных неточностью внутренних часов приемника, а также других факторов, в частности, случайных отличий скорости распространения радиоволн в атмосфере от величины, используемой при расчетах и интерференционных помех, обусловленных многолучевостью. Для исключения ионосферных погрешностей при навигационных измерениях каждый из спутников излучает шумоподобные непрерывные навигационные радиосигналы в двух диапазонах частот1600 МГц (L1) и 1250 МГц (L2).

Принцип определения местоположения в системе ГЛОНАСС такой же, как и в GPS т.е. для определения местоположения используется измерение дальности до спутников путем оценки времени распространения радиосигналов, излучаемых со спутников.

Навигационные системы GPS и ГЛОНАСС независимы, но совместимы, что позволяет использовать их как единую Глобальную Навигационную Спутниковую Систему (ГНСС) и тем самым повысить точность определения местоположения абонентов.