由于手机及GPS是无线通信领域近年来成长最为迅速的两大领域，而两相结合的便是A-GPS定位技术。为什么说在行动手持装置上需求A-GPS技术呢？主要的关键是A-GPS技术定位原理系利用行动通讯技术与手持装置GPS的搭配，可以改进传统GPS（conventional GPS）的定位反应时间、灵敏度、精准度以及耗电能。进一步来说，未来在手持装置的市场里，唯有A-GPS技术才能达到符合FCC E911 Mandate的定位反应时间及精准度需求。
但是欲利用手机的讯号链路来传输GPS定位时所需的辅助计算数据（aiding data）之通讯协议，以3GPP所规范的方式是以control plane型式，以broadcasting方式传送辅助计算数据，不仅在手机实作上较复杂，电信网络端要配合的改变及设备投资也较多，因此近来有许多电信业者如Vodafone及China Mobile等，希求以IP-based的user plane方式传送辅助计算数据，受到许多电信业者的广泛支持。2005年7月OMA组织更通过了OMA SUPL的规范，并且3GPP Release 6亦针对A-GPS手机订定Minimum Performance Standard认证规范，GCF亦将相关测试规范纳入自2006年第三季起必须遵从的WI-015的范畴。
以下，兹针对定位技术的发展、A-GPS定位原理、定位服务架构及通讯协议、OMA SUPL通讯协议、定位模式与运作流程、A-GPS应用范畴及未来发展等分述如下：
定位技术的发展
行动通讯网络本身就存有手机用户的位置信息，作为建立通话的路由信息，以GSM网络为例这些信息就存在VLR/HLR之中。但是，这些信息并不足以提供精确的定位服务。当美国联邦通讯委员会（Federal Communications Commission；FCC）规范E911法规(表一)之后，要求移动电话业者建构一套行动通讯系统的技术，让手机用户拨出紧急电话911（相当于台湾119）时，紧急救援中心能及时获知用户的位置。为了达成这个目标，许多的行动定位技术被相继提出。
表一 美国联邦通讯委员会订立之E911定位需求
定位基础 |
定位响应时间 |
67 ％ 准确度 |
95 ％ 准确度 |
Network-based |
<30s |
< 100m |
< 300m |
Handset-based |
<30s |
< 50m |
< 150m |
行动定位技术大致分成两类︰网络式定位技术与终端式定位技术。网络式定位为利用行动网络设备进行手机定位的技术，终端式则是利用具有定位功能的终端设备进行自我定位。
定位技术发展初期以网络式定位为主，目前台湾所有的电信厂商都是采用网络式定位技术，全球大部分经营定位服务的电信厂商也是如此。网络定位资源由电信业者所投资营运与控制，定位精确度较差，以市区来说约200～500m精度，郊区大约为1000m左右。
为了解决定位精准度的问题，于是开始导入GPS定位技术。这种高精确度的定位技术，原仅供作军事用途，现在则广泛利用在许多领域，如：行动中的车船能确切的透过GPS而定出目的地到达时间及路径；救护车更能紧急有效执行救护任务；汽车驾驶者能透过电子地图而知道目前所在位置及该往何处之目的地。然而GPS应用在行动定位中仍面临到两项重大难题。GPS手机在第一次定位时必须要花费约40～60秒的时间；第二，GPS必须在见天（open sky）的情形下才能接收到卫星讯号，一旦进入室内或在高楼林立的都会区中，将会严重干扰GPS的准确度，甚至收不到定位讯号。如(表二)所示。
表二 GPS与A-GPS定位技术比较
使用环境 |
郊区户外 |
车内 |
市区户外 |
室内 |
灵敏度（ dbm ） |
-130 |
-135 |
-140~-145 |
-145~-155 |
|
GPS |
A-GPS |
GPS |
A-GPS |
GPS |
A-GPS |
GPS |
A-GPS |
FFTT （ sec ） |
45 |
4 |
45 |
5 |
X |
10 |
X |
20 |
误差值（ m ） |
<10 |
<10 |
<20 |
<15 |
X |
<25 |
X |
<30 |
＜注：数据源：美商SiRF公司（2005）＞
为了克服GPS定位技术的限制，A-GPS定位技术架构开始被提出来，也成为目前唯一通过美国E911规格的定位技术。A-GPS定位技术之手持式装置关键在于A-GPS定位技术与行动通讯技术的掌握。该装置之终端产品多由电信公司或服务厂商与手机厂商搭配，由网络营运者开立规格委托手机厂商配合开发相关的定位终端装置。
GPS芯片之供应厂商国内外均有，包括SiRF、Global Locate、Qualcomm、RFMD、Philips、Rockwell、嘉硅、长茂与亚全等等。然而A-GPS技术搭配之定位芯片并非一般之GPS芯片，此类芯片的特点在于可以在定位过程中，传输辅助定位数据进入芯片中，以提高定位精确度并缩短初始定位时间，提供A-GPS定位功能芯片的厂商有SiRF、Global Locate、TI、Atmel、Qualcomm等等厂商。而采用SiRF及Global Locate等芯片组及A-GPS韧体及相关技术，最主要的优点是因为这两家厂商都同时有网络端的aiding server，并且都是OMA SUPL的活耀成员，因此对于产品标准化有许多帮助。目前台湾本地并无厂商提供A-GPS的芯片，期待藉由未来更多的A-GPS相关产品问世之后，带动台湾A-GPS芯片设计与开发。
A-GPS原理与架构
当GPS接收器不知道本身的大略位置时，无法估算卫星的位置，必须要重新对接收到的卫星讯号载波进行解相位与频率以得知其距离，判断当时天上可用之GPS卫星，此过程称为GPS冷启动（Cold Start），往往耗时长，需要至少40秒以上时间。A-GPS定位系统是一种结合全球卫星定位系统（Global Positioning System；GPS）功能与通讯功能的定位系统，定位装置本身具有完整的GPS定位功能，并能另外藉由通讯功能使用网络传输将辅助定位信息送入定位芯片中，如此便可以达到下列目的：
- (1) 缩短定位时间；
- (2)增加定位灵敏度；
- (3)节省定位运作的电源消耗；
- (4)增加定位精确度。
A-GPS系统架构如(图一)所示，整个系统包含三个部分：
- ●具通讯功能的GPS接收器：必须具有通讯能力，可以藉由无线接口传输辅助定位信息，传入芯片后进行坐标解算。
- ●网络系统端的地面GPS接收系统：A-GPS必须建立一个GPS参考网络（或者一个广域差分GPS网络），它的接收机视野完全见天而且连续运行。这个参考网络同时连着通讯网络，如GSM/GPRS。用以产生辅助定位信息。
- ●具有定位服务通讯功能的网络：通讯网络必须能够提供定位服务的资源，如定位通讯协议的传输、坐标信息运算及定位请求的发动等等。
此架构提供A-GPS定位系统透过行动通讯网络端辅助定位信息的传送，来降低初始定位时间，并解决GPS在室内或都会区内收不到定位讯号的问题，使GPS定位准确度在室内与室外皆可达5～15公尺。这些数据如(表三)所示。
表三 A-GPS辅助定位数据列表
数据种类 |
说明 |
Time Aiding |
Method for improving PRN data demodulation |
Clock Correction |
Methods for improving accuracy of GPS TCXO |
Ephemeris Aiding |
Passing of current ephemeris across the network |
Almanac Aiding |
Passing of current almanac across the network |
Location Aiding |
Passing of approximate location across the network |
Doppler and Phase Aiding |
Used in conjunction with Network Centric mode to allow for calculation of Pseudo Range data |
数据种类
| 《图二 辅助定位数据与初始定位时间、卫星讯号质量关系图》 |
|
辅助定位数据与初始定位时间、卫星讯号质量关系图
由于A-GPS定位时间极短，仅需1至数秒之间，因此平时GPS之射频（RF）及基频（Baseband）除了定位请求及运算的数秒时间以外，均是在全部关闭的状态，不需要如传统GPS般为让下次定位更为迅速，随时保持在热开机的状态，而耗损许多电源。尤其是在行动装置上（主要电力为电池），如此电力规划不恰当，也不实用。因此，相对于传统GPS，A-GPS所耗电力以一般用户的使用行为及情境来说，电力消耗约只有1/20，某些状况下更省电。
| 《图三 A-GPS及Cell-ID的混成定位技术提供较佳的定位结果》 |
|
A-GPS及Cell-ID的混成定位技术提供较佳的定位结果
定位服务架构及通讯协议
GSM/GPRS/UMTS网络的LCS标准是由ETSI/3GPP所制定，主要工作成员为3GPP之TSG SA小组，订立的标准包括LCS stage 1、LCS stage 2和LCS stage 3。定位服务运作步骤从定位开始到定位结束，基本上可以分为三个阶段，如(表四)所示。
表四 A-GPS辅助定位数据列表定位服务运作步骤 |
项次 |
说明 |
1 |
Location preparation |
项目 |
2 |
Positioning measurement establishment procedure |
此阶段包含几项步骤：查核 MS 用户的隐私权设定，保留个别定位程序所需网络资源，找出被追踪 MS 并建立讯息沟通管道，依照定位 QoS 与现行网络资源决定定位方法。 |
3 |
Location calculation and release procedure |
此阶段即为定位的核心流程，与 LCS 定位服务网络或是 MS 所提供的定位资源极为相关，不同的定位方法会采用不同的位置量测流程与步骤。 |
此为定位核心流程之后的阶段，在将量测结果进行运算取得坐标，并释放所有曾经占用到的网络资源。
| 《图四 UMTS GERAN网络LCS架构图（3GPP Release4）》 |
|
UMTS GERAN网络LCS架构图（3GPP Release4）而GSM LCS完整架构中的各局端设备间均有特定的通讯协议以提供定位功能的运作，依照网络传输方式的差异建构出不同的通讯协议堆栈。在此针对与行动通讯相关的通讯协议进行说明，其他LCS相关设备的通讯协议则省略不讨论。在回路交换（Circuit switch；CS）的GSM网络中，SMLC与MS以BSC进行沟通，通讯协议堆栈，如(图五)、(图六)所示。
SMLC与MS CS通讯模式
SMLC与MS PS通讯模式
表四 A-GPS辅助定位数据列表定位服务运作步骤 |
表五 RRLP通讯协议种类表 |
说明 |
1 |
讯息种类 |
位置定位请求（ Measure Position Request ） |
2 |
为 SMLC 向 MS 所发出之定位请求。讯息包括定位指令、定位方法的指定、定位服务 QoS 指针等等。另外定位请求讯息可同时包含辅助定位数据（ Assistance Data ）。 |
位置定位结果（ Measure Position Response ） |
3 |
为 MS 响应 SMLC 定位请求之定位结果。讯息包括位置测量值、坐标估计值与误差量等。 |
辅助定位数据（ Assistant Data ） |
4 |
为 SMLC 传输定位相关辅助数据给 MS 的讯息。依照不同的定位方法需求，决定不同辅助定位数据的种类。 |
辅助定位数据确认（ Assistant Data Acknowledgement ） |
5 |
为当 MS 收到辅助数据时回复给 SMLC 的确认讯息。 |
通讯协议错误讯息（ Protocol Error ） |
当 SMLC 或 MS 任何一方在定位过程中，发生任何运作错误时传输给对方的错误讯息，提供定位功能故障处理的依据。
| 《图九 位置定位请求（Mobile Terminated Location Request)运作模式示意图》 |
|
| 《图十 位置定位结果（Mobile Originated Location Request)运作模式示意图》 |
|
位置定位结果（Mobile Originated Location Request)运作模式示意图
OMA SUPL通讯协议
| 《图十一 Control Plane Signaling架构示意图》 |
|
| 《图十二 3GPP LCS Standard之网络辅助流程（Control Plane Signaling）》 |
|
3GPP LCS Standard之网络辅助流程（Control Plane Signaling）如图十二所示，电信业者为了提供A-GPS服务必须在原有的GSM网络系统架构（如图五）或GPRS网络系统架构（如图七）上，作为数不少的整合及可观的电信设备投资。因此，A-GPS技术架构提出初期，许多电信业者，尤其是2G/2.5G的业者及手机制造商，对于架构在RR层的implement方式望之却步。
| 《图十三 User Plane Signaling架构示意图》 |
|
| 《图十四 IP-based之OMA SUPL的网络辅助流程(User Plane Signaling)》 |
|
IP-based之OMA SUPL的网络辅助流程(User Plane Signaling)
| 《图十五 GSM/GPRS LCS与IP-based的OMA SUPL服务架构比较示意图》 |
|
GSM/GPRS LCS与IP-based的OMA SUPL服务架构比较示意图
| 《图十六 User Plane之位置定位结果（MO-LR）运作流程示意图》 |
|
| 《图十七 User Plane之位置定位请求（MT-LR）运作流程示意图》 |
|
定位模式与运作流程
当行动网络与GPS定位芯片到位之后，就需要结合行动通信网络传送GPS辅助参考讯号，提供GPS定位芯片所需的定位信息进行定位机制的运作。
从定位终端装置到网络系统端的功能比重不同，可以组合出四种不同型式混合的定位模式。与传统GPS相较，不仅精确度及灵敏度提高，更弥补在讯号较差如室内或是拥挤市区的收讯。定位模式如(表六)。
表六 A-GPS定位模式列表
A-GPS 定位模式 |
说明 |
A-GPS 定位模式 |
辅助数据种类 |
MS-based （即 Network-assisted ） |
利用无线通信网络传送辅助卫星信息到手机，由手机计算位置信息，经由行动通信网络回传位置信息至网络服务器。此模式可大幅度改善传统卫星定位系统的使用范围与第一次定位时间
GPS navigation data |
Network+MS aiding ： |
MS-assisted （即 Network-based ） |
利用无线通信网络传送辅助卫星信息到手机，由手机计算位置信息，经由行动通信网络回传位置信息至网络服务器。此模式可大幅度改善传统卫星定位系统的使用范围与第一次定位时间
GPS acquisition data |
Autonomous |
手机传送卫星量测信息至网络服务器，网络服务器结合手机量测信息与卫星辅助信息计算出手机位置信息。此模式可大幅度改善传统卫星定位系统的使用范围，但占用较多的行动通信网络资源，适用于紧急救援服务（例如 E-911 ） |
由手机端直接接收卫星信息运算并显示地址信息，此模式不须使用无线通信网络传送辅助卫星信息，但使用无线通信网络回传地址信息，至网络服务器端 . 此模式手机端可连续回传地址信息与卫星量测数据（最小时间间隔为 1 秒）至网络服务器端
MS aiding ：
Time ，
approximate position |
Standalone |
clock correction ， |
由手机端直接接收卫星信息运算并显示地址信息，运作方式与传统 GPS 相同。此种定位方式不须连接无线通信网络，手机是唯一的地址信息拥有者，隐私权保护最佳。不须网络通讯来回较适用于定位要求频繁的各种定位应用服务，但因无网络传送辅助卫星信息将造成其使用范围较小与第一次定位时间较长 |
P-Si的直线偏亮度异方特性
无
自OMA SUPL Standard确立后，A-GPS发展进入新的纪元，相信不久的将来，以标准的通讯协议方式传输定位辅助数据，并透过许多测试规范的相关手机、设备及应用服务将会如雨后春笋般蓬勃发展，正如许多研究报告所显示的，以A-GPS技术所导引并衍生的Location-based Services将成为下一波3G网络的杀手级应用。
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