由於手機及GPS是無線通訊領域近年來成長最為迅速的兩大領域，而兩相結合的便是A-GPS定位技術。為什麼說在行動手持裝置上需求A-GPS技術呢？主要的關鍵是A-GPS技術定位原理係利用行動通訊技術與手持裝置GPS的搭配，可以改進傳統GPS（conventional GPS）的定位反應時間、靈敏度、精準度以及耗電能。進一步來說，未來在手持裝置的市場裡，唯有A-GPS技術才能達到符合FCC E911 Mandate的定位反應時間及精準度需求。

但是欲利用手機的訊號鏈路來傳輸GPS定位時所需的輔助計算資料（aiding data）之通訊協定，以3GPP所規範的方式是以control plane型式，以broadcasting方式傳送輔助計算資料，不僅在手機實作上較複雜，電信網路端要配合的改變及設備投資也較多，因此近來有許多電信業者如Vodafone及China Mobile等，希求以IP-based的user plane方式傳送輔助計算資料，受到許多電信業者的廣泛支持。2005年7月OMA組織更通過了OMA SUPL的規範，並且3GPP Release 6亦針對A-GPS手機訂定Minimum Performance Standard認證規範，GCF亦將相關測試規範納入自2006年第三季起必須遵從的WI-015的範疇。

以下，茲針對定位技術的發展、A-GPS定位原理、定位服務架構及通訊協定、OMA SUPL通訊協定、定位模式與運作流程、A-GPS應用範疇及未來發展等分述如下：

定位技術的發展

行動通訊網路本身就存有手機使用者的位置資訊，作為建立通話的路由資訊，以GSM網路為例這些資訊就存在VLR/HLR之中。但是，這些資訊並不足以提供精確的定位服務。當美國聯邦通訊委員會（Federal Communications Commission；FCC）規範E911法規(表一)之後，要求行動電話業者建構一套行動通訊系統的技術，讓手機使用者撥出緊急電話911（相當於台灣119）時，緊急救援中心能及時獲知使用者的位置。為了達成這個目標，許多的行動定位技術被相繼提出。

行動定位技術大致分成兩類︰網路式定位技術與終端式定位技術。網路式定位為利用行動網路設備進行手機定位的技術，終端式則是利用具有定位功能的終端設備進行自我定位。

定位技術發展初期以網路式定位為主，目前台灣所有的電信廠商都是採用網路式定位技術，全球大部分經營定位服務的電信廠商也是如此。網路定位資源由電信業者所投資營運與控制，定位精確度較差，以市區來說約200～500m精度，郊區大約為1000m左右。

為了解決定位精準度的問題，於是開始導入GPS定位技術。這種高精確度的定位技術，原僅供作軍事用途，現在則廣泛利用在許多領域，如：行動中的車船能確切的透過GPS而定出目的地到達時間及路徑；救護車更能緊急有效執行救護任務；汽車駕駛者能透過電子地圖而知道目前所在位置及該往何處之目的地。然而GPS應用在行動定位中仍面臨到兩項重大難題。GPS手機在第一次定位時必須要花費約40～60秒的時間；第二，GPS必須在見天（open sky）的情形下才能接收到衛星訊號，一旦進入室內或在高樓林立的都會區中，將會嚴重干擾GPS的準確度，甚至收不到定位訊號。如(表二)所示。

為了克服GPS定位技術的限制，A-GPS定位技術架構開始被提出來，也成為目前唯一通過美國E911規格的定位技術。A-GPS定位技術之手持式裝置關鍵在於A-GPS定位技術與行動通訊技術的掌握。該裝置之終端產品多由電信公司或服務廠商與手機廠商搭配，由網路營運者開立規格委託手機廠商配合開發相關的定位終端裝置。

GPS晶片之供應廠商國內外均有，包括SiRF、Global Locate、Qualcomm、RFMD、Philips、Rockwell、嘉矽、長茂與亞全等等。然而A-GPS技術搭配之定位晶片並非一般之GPS晶片，此類晶片的特點在於可以在定位過程中，傳輸輔助定位資料進入晶片中，以提高定位精確度並縮短初始定位時間，提供A-GPS定位功能晶片的廠商有SiRF、Global Locate、TI、Atmel、Qualcomm等等廠商。而採用SiRF及Global Locate等晶片組及A-GPS韌體及相關技術，最主要的優點是因為這兩家廠商都同時有網路端的aiding server，並且都是OMA SUPL的活耀成員，因此對於產品標準化有許多助益。目前台灣本地並無廠商提供A-GPS的晶片，期待藉由未來更多的A-GPS相關產品問世之後，帶動台灣A-GPS晶片設計與開發。

A-GPS原理與架構

當GPS接收器不知道本身的大略位置時，無法估算衛星的位置，必須要重新對接收到的衛星訊號載波進行解相位與頻率以得知其距離，判斷當時天上可用之GPS衛星，此過程稱為GPS冷開機（Cold Start），往往耗時長，需要至少40秒以上時間。A-GPS定位系統是一種結合全球衛星定位系統（Global Positioning System；GPS）功能與通訊功能的定位系統，定位裝置本身具有完整的GPS定位功能，並能另外藉由通訊功能使用網路傳輸將輔助定位資訊送入定位晶片中，如此便可以達到下列目的：

A-GPS系統架構如(圖一)所示，整個系統包含三個部分：

《圖一　 A-GPS架構圖》

此架構提供A-GPS定位系統透過行動通訊網路端輔助定位資訊的傳送，來降低初始定位時間，並解決GPS在室內或都會區內收不到定位訊號的問題，使GPS定位準確度在室內與室外皆可達5～15公尺。這些資料如(表三)所示。

輔助定位資料與初始定位時間、衛星訊號品質關係如(圖二)所示。在有輔助資料的情況下，可以有效將TTFF（time to first fixed）降低，並且在衛星訊號較弱的狀況下仍舊可以進行定位。

《圖二　輔助定位資料與初始定位時間、衛星訊號品質關係圖》

由於A-GPS定位時間極短，僅需1至數秒之間，因此平時GPS之射頻（RF）及基頻（Baseband）除了定位請求及運算的數秒時間以外，均是在全部關閉的狀態，不需要如傳統GPS般為讓下次定位更為迅速，隨時保持在熱開機的狀態，而耗損許多電源。尤其是在行動裝置上（主要電力為電池），如此電力規劃不恰當，也不實用。因此，相對於傳統GPS，A-GPS所耗電力以一般使用者的使用行為及情境來說，電力消耗約只有1/20，某些狀況下更省電。

並且，服務供應商透過網路端定位技術如Cell-ID或是E-OTD的混合定位方式（Hybrid），提供使用者如(圖三)般無縫隙的定位結果。

《圖三　A-GPS及Cell-ID的混成定位技術提供較佳的定位結果》

定位服務架構及通訊協定

GSM/GPRS/UMTS網路的LCS標準是由ETSI/3GPP所制定，主要工作成員為3GPP之TSG SA小組，訂立的標準包括LCS stage 1、LCS stage 2和LCS stage 3。定位服務運作步驟從定位開始到定位結束，基本上可以分為三個階段，如(表四)所示。

在3GPP所提出Release 4之後較新的LCS網路架構中，考慮到使用GPRS的網路設備，讓GPRS中的SGSN加入LCS服務運作的流程中。當使用者在封包交換（Packet switching；PS）網路傳輸同時，則藉SGSN與BSS系統的連接，建立MS與SMLC之間的連線，在2.5G網路中提供另一條傳輸LCS訊息的通道。另外，此規格中同時設計3G網路的LCS架構，與2G/2.5G網路共同構成完整的LCS網路，如(圖四)：

《圖四　UMTS GERAN網路LCS架構圖（3GPP Release4）》

而GSM LCS完整架構中的各局端設備間均有特定的通訊協定以提供定位功能的運作，依照網路傳輸方式的差異建構出不同的通訊協定堆疊。在此針對與行動通訊相關的通訊協定進行說明，其他LCS相關設備的通訊協定則省略不討論。在迴路交換（Circuit switch；CS）的GSM網路中，SMLC與MS以BSC進行溝通，通訊協定堆疊，如(圖五)、(圖六)所示。在封包交換的GPRS網路中，SMLC與MS之間以SGSN建立溝通管道進行溝通，通訊協定堆疊如(圖七)、(圖八)所示，兩者因網路的種類不同，在Layer 3以下有不同的通訊協定。

《圖五　SMLC與MS之間CS狀況下的通訊協定》

《圖六　SMLC與MS CS通訊模式》

接著將針對Layer 3 以上MS與SMLC之間，提供LCS服務的RRLP（Radio Resource Location Protocol）通訊協定進行說明。RRLP通訊協定為專門提供LCS功能之協定，其規範的訊息種類包含五種，如(表五)所示。

《圖七　SMLC與MS之間PS狀況下的通訊協定》

《圖八　SMLC與MS PS通訊模式》

若依照位置資訊請求（Location Request；LR）發出單元的不同，將定位的情境分成兩類：「位置定位請求」（Mobile Terminated Location Request；MT-LR）與「位置定位結果」（Mobile Originated Location Request；MO-LR），分別如下圖所示。

《圖九　位置定位請求（Mobile Terminated Location Request)運作模式示意圖》

《圖十　位置定位結果（Mobile Originated Location Request)運作模式示意圖》

OMA SUPL通訊協定

GSM RRLP（相對於WCDMA為RRC protocol；CDMA網路為IS-801 protocol）原本係以Control Plane型式架構在RR層之上的傳輸方式，為MS與SMLC之間提供LCS服務。其架構如(圖十一)及(圖十二)所示。

《圖十一　Control Plane Signaling架構示意圖》

《圖十二　3GPP LCS Standard之網路輔助流程（Control Plane Signaling）》

如圖十二所示，電信業者為了提供A-GPS服務必須在原有的GSM網路系統架構（如圖五）或GPRS網路系統架構（如圖七）上，作為數不少的整合及可觀的電信設備投資。因此，A-GPS技術架構提出初期，許多電信業者，尤其是2G/2.5G的業者及手機製造商，對於架構在RR層的implement方式望之卻步。及至2003年底，許多電信業者及GPS晶片商，如Vodafone、AT&T、China Mobile及Global Locate等共同提出以IP網路為基礎架構之User Plane方式，並提交此架構至OMA組織，希望變成標準之一。OMA組織之LOC工作小組成立目的係為促進Mobile Location Protocol、Roaming Location Protocol、Privacy Checking Protocol、SUPL（Secure User Plane Location）等標準化而努力。經過多次討論，終於在2005年中左右定案，OMA SUPL 1.0於焉誕生，其架構示意圖如(圖十三)及(圖十四)所示。

《圖十三　User Plane Signaling架構示意圖》

《圖十四　IP-based之OMA SUPL的網路輔助流程(User Plane Signaling)》

從此A-GPS技術進入嶄新的紀元，電信業者可以IP網路為基礎，並且直接架構在TCP層之上，以更容易部署的方式以標準的通訊協定方式傳輸定位輔助資料，如(圖十五)所示。並且相關的測試規範如3GPP Release 6 MPS認證規範，以及GCF WI-015相關測試規範陸續建立。

《圖十五　GSM/GPRS LCS與IP-based的OMA SUPL服務架構比較示意圖》

但是以IP-based為網路架構提供位置定位結果（MO-LR）的運作模式固然沒有問題，如(圖十六)所示，那是因為MS端主動連線GPRS網路時都會賦予一個浮動的IP位置。但是如果是來自網路端的位置定位請求（MT-LR），則因為MS端並不會有固定的IP，並且既使有固定的IP，為了節電，MS端也不會一直掛在GPRS網路端，因此如何由網路端連線被定位端MS便成為主要的問題，如(圖十七)所示。實作上以WAP PUSH或SMS驅動連線。

《圖十六　User Plane之位置定位結果（MO-LR）運作流程示意圖》

《圖十七　User Plane之位置定位請求（MT-LR）運作流程示意圖》

定位模式與運作流程

當行動網路與GPS定位晶片到位之後，就需要結合行動通信網路傳送GPS輔助參考訊號，提供GPS定位晶片所需的定位資訊進行定位機制的運作。

從定位終端裝置到網路系統端的功能比重不同，可以組合出四種不同型式混合的定位模式。與傳統GPS相較，不僅精確度及靈敏度提高，更彌補在訊號較差如室內或是擁擠市區的收訊。定位模式如(表六)。

結語

自OMA SUPL Standard確立後，A-GPS發展進入新的紀元，相信不久的將來，以標準的通訊協定方式傳輸定位輔助資料，並透過許多測試規範的相關手機、設備及應用服務將會如雨後春筍般蓬勃發展，正如許多研究報告所顯示的，以A-GPS技術所導引並衍生的Location-based Services將成為下一波3G網路的殺手級應用。

（作者為華寶通訊新技術開發部副總）

延 伸 閱 讀

A-GPS是一種GPS動作方式。利用手機基地站的資訊，配合傳統GPS衛星。讓定位的速度更快。GPS使用24個人造衛星所形成的網路來三角定位接受器的位置，並提供經緯度座標。雖然GPS提供絕佳的位置的精確度，但定位的位置需要在可看見人造衛星或軌道所經過的地方。Assisted GPS, or A-GPS則是使用協助服務的技術，用來減少定位所需的時間。相關介紹請見「A-GPS是什麼？」一文。 利用A-GPS，接收器不必再下載和解碼來自GPS衛星的導航數據，因此可以有更多的時間和處理能力來追蹤GPS訊號，將能降低首次定位時間，增加靈敏度以及具有最大的可用性。你可在「利用A-GPS提高全球定位系統應用的性能」一文中得到進一步的介紹。 當市場在尋找下一個行動電話手機的殺手級應用，打算再把手機市場往上推升的同時，行動定位服務（LBS：Location-Based Service）儼然成為繼照相功能、MP3等的下一波手機潛力應用。在「定位服務殺手應用行動通訊與GPS結合將成趨勢」一文為你做了相關的評析。

市場動態

最新一代的手機已經可以充當遊戲機、MP3播放器、照相機和PDA，下一步就是一些新興手機 業務的推出，如定位服務（LBS）將提供一系列基於用戶目前地理位置定位的服務，從定位發出緊急呼叫的用戶，到導航應用及根據用戶目前位置提供定製資訊等。相關介紹請見「採用單晶片A-GPS方案實現手機導航應用」一文。 德州儀器（TI）為支援日益流行的手機GPS應用，特別推出業界第一顆採用90奈米技術的單晶片輔助GPS（A-GPS）解決方案。消費者可透過手機A-GPS功能連線至衛星以取得座標或地圖資訊，例如最近的提款機或商店位置、尋找附近的朋友。你可在「TI單晶片解決方案提供手機中地圖、緊急求助和定位服務」一文中得到進一步的介紹。 Global Locate宣佈將與Freescale半導體合作，利用Global Locate的Hammerhead單晶粒CMOS A-GPS晶片以及Freescale的3G MXC300平台發展一套參考設計。這套低成本、高效能的A-GPS參考設計將讓電信業者達到政府法規要求，同時提供消費者所需的安全性與方便性。在「Global Locate與Freescale合作開發3G A-GPS手機參考設計」一文為你做了相關的評析。