스마트 폰 GPS가 GPS 모듈보다 위치가 더 빠른 이유는 무엇입니까?

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arduino GPS 모듈을 사용하는 경우 일반적으로 데이터 전송을 시작하는 데 몇 분이 걸립니다. 그리고 모든 GPS 모듈은 위성에 대해 한동안 "듣기"가 필요하기 때문에 일반적으로 그런 것처럼 보입니다. 그러나 휴대 전화 내부 GPS를 사용할 때마다 몇 초 만에 위치를 찾습니다. 왜 그런 겁니까?

gps 
— 의인화 십이 면체
소스
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한마디로 대답 : "A-GPS"
— 요원 _L
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그것은 한 단어가 아닙니다-그것은 네 단어의 약어입니다!
— Transistor
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@Transistor 글쎄요, A-GPS는 의미론 적이 아니라 초기 론입니다. ;)
— DavidCAdams
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@DavidCAdams : 당신 말이 맞아요! 나는 둘 다 찾아 보았다. 나는 약어가 단어로 발음된다는 것을 깨달았다. 내가 EE.SE에서 배운 것들!
— Transistor
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@DavidCAdams 그리고 지난 몇 년 동안 저는 A-GPS를 "aggps"로 발음하는 NASA 경로를 사용하고 있는데 이제는 더 이상 그렇게 할 수 없다고 말하고 있습니까? EE.SE에서 배우는 것들!
— CVn

답변:

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TTFX (Time to First Fix)에 영향을주는 몇 가지 사항이 있습니다 .

  1. 연감과 천체력을 얻는 것. 이 두 가지는 기술적으로 약간 다르지만 우리의 목적을 위해 그것들을 동일하게 취급합니다. 그것들은 위성의 위치이며, 자신의 위치를 ​​결정하기 위해 위성의 위치를 ​​알아야합니다. 각 위성은 대략 12 분마다 한 번씩 전체 로트를 전송합니다. 따라서 1 채널 수신기와 적절한 신호로 완전히 콜드 스타트하면 TTFX는 최소 12 분이됩니다. 다음을 통해 속도를 높일 수 있습니다.

    • 대신 인터넷에서 다운로드-일반적으로 전화에 적합합니다. 이 방법으로 알마 낙과 ephemreris를 다운로드하는 것을 MSB 보조 GPS라고합니다.
    • 지난 시간 (일주일 동안 좋음)의 기억을 기억하고 천체 만 다운로드합니다.
    • 장치에 둘 이상의 수신 채널이 있으므로 한 번에 둘 이상의 위성을들을 수 있습니다. 변속기는이 작업을 수행하기 위해 비틀 거리며,주의를 기울이면 많은 시간을 절약 할 수있는 연금술없이 ephemeris를 사용할 수 있습니다. 요즘 시장에 나와있는 대부분의 모듈에는 여러 개의 채널이 있으므로 여전히 12 분이 필요한 모듈을 찾는 것은 거의 없습니다.

  2. 위성 식별. 좋은 수정을 받으려면 적어도 3 개 이상의 위성을 청취해야하지만, 각 수신기 (상관기라고 함)는 한 번에 하나씩 만 조정할 수 있습니다. 당신이 대략 어디에 있는지, 몇 시인 지, 이미 연감이 있다면, 어떤 위성을 볼 수 있는지 추측 할 수 있습니다. 전화는 Wi-Fi 또는 블루투스 신호를 인식하고, 사용중인 셀 타워 및 기타 소스를 알고있는 위치를 대략적으로 알고있는 경향이 있습니다. 그들은 정기적으로 매우 정확한 시간 업데이트를 얻으므로 일반적으로 올바른 위성으로 직진 할 수 있습니다. 전화와 더 큰 모듈은 마지막으로 언제 어디서 사용했는지 기억하고이를 사용하여 시작할 수 있습니다.

  3. 상관기 수 GPS 신호의 신호 대 잡음이 매우 낮기 때문에 신호를 수신하려면 특별한 비트의 하드웨어가 필요합니다. 일부 수신기에는 하나만 있고 위성 주위를 회전해야합니다. 다른 사람들은 더 많은 것을 가지고 있으며 한 번에 더 많이들을 수 있습니다. 따라서 이미 almanac / ephemeris를 가지고 있고 대략 어디에 있는지 알고 있더라도 더 많은 상관자가 더 빨리 수정하는 데 도움이됩니다. 더 많은 것이 항상 더 낫다고 생각할 수 있지만 더 많은 것이 비용과 전력 소비를 증가시킵니다. 일부 전화 및 모듈에는 다른 것보다 많은 것이 있습니다.

  4. 신호 및 안테나. 신호 대 잡음이 양호하면 상관 기가 더 빨리 작업을 수행합니다. 매우 불량한 신호는 전혀 작동하지 않을 수 있습니다. 좋은 안테나 디자인, 앰프, 스카이 뷰 및 우수한 PCB 레이아웃은 모든 차이를 만들 수 있습니다. 일부 모듈은 기본적으로 작동하며 안테나가 연결되어 있으면 훨씬 더 좋습니다.

  5. 사용 가능한 위성 수 실제로 위성에는 GPS (미국이 운영)와 GLONASS (러시아가 운영)라는 두 개의 큰 별자리가 있습니다. 갈릴레오 (EU)와 베이 도우 -2 (중국)와 인도의 NAVIC 또는 베이 도우 -1과 같은 지역 커버리지가 더 많은 공사가 진행 중입니다. 둘 이상의 별자리에서 위성으로 작업 할 수있는 수신기는 더 많은 위성을 선택할 수 있으며보다 빠르고 정확한 수정이 가능합니다.

  6. 상관기의 품질. 새로운 하드웨어 설계는 기존의 하드웨어 설계보다 우수하며 노이즈 신호에서 GPS 메시지 조각을 더 잘 선택할 수 있습니다. 전화기가 할 수있는 또 다른 트릭은 아주 좋은 소프트웨어 상관 기가있는 신호 단편을 캡처하여 인터넷을 통해 서버로 전달하고 완전한 알마 낙 / 일출을 검사하는 것입니다. 이를 MSA 지원 GPS라고합니다.

  7. 일부 전화 (및 일부 모듈)는 긴 TTFX를 피하거나 숨기기 위해 약간 교묘 한 속임수를 사용할 수도 있습니다. 그들은 항상 켜져 있기 때문에 위치와 천체를 대략 최신 상태로 유지하기 위해 사용자에게 알리지 않고 GPS를 잠깐 켤 수 있습니다. 다른 사람들은 실제 수정을 기다리는 동안 최근 위치를 표시 할 수 있습니다. 대부분 좋은 TTFX처럼 보이지만 위치가 매우 잘못되면 나빠 보입니다.

위의 포인트 1은 가장 큰 차이점이며 일반적으로 기본 모듈, 고급 모듈 및 전화간에 다른 핵심 요소입니다. 다른 것들은 보통 더 작은 차이를 만들지 만 실제로는 매우 복잡한 일이 될 수 있습니다. 자세한 내용을 보려면 "GPS time to first fix"를 검색하십시오.

— 잭 B
소스
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포인트 2에서 : WiFi 외에, 전화기는 또한 접촉하고있는 셀룰러 기지국에 기초하여 대략적인 위치를 얻을 수있다.
— alphabetter
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장치는 마지막으로 알려진 위치 데이터를 "캐시"하고 즉시 사용하고 실제 데이터가 들어 오면이를 조정할 수 있습니다. 휴대폰은 GPS로이를 수행합니다.
— rdtsc
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셀 네트워크 외에도 Google을 포함한 많은 공급자가 WiFi 액세스 포인트의 물리적 위치에 대한 데이터베이스를 구축하여 장치의 위치를 ​​놀라 울 정도로 정확하게 찾아 낼 수 있습니다. 저렴한 Android 태블릿에는 GPS 나 셀 액세스 권한이 없지만 WAP에 연결되어있는 한 Google지도는 항상 내가 어디에 있는지 정확히 알고있는 것 같습니다. 나는 그들이 역 프로세스를 통해 WAP의 위치를 ​​얻는 것으로 생각합니다-연결된 전화 및 GPS가있는 다른 장치의 위치에서 추론합니다.
— Dave Tweed
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@ ゼ ー ロ 각 프레임은 35 초이지만 완전한 알마 낙은 25 개 프레임으로 나누어 져 전송하는데 12-13 분이 걸립니다. 알마 낙없이 ephemeris 데이터에서 수정을 얻을 수는 있지만 1) 아주 오래된 하드웨어, 2) GPS 시간에서 UTC까지의 정확한 보정 및 3) 일부 하드웨어의 전리층 지연 보정을 위해서는 알마 낙이 필요합니다.
— Jack B
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@ ゼ ー ロ 음. 12 분이 단일 채널 수신기에 사용되었다는 것이 매우 분명했습니다. 또한 다중 채널 수신기가 더 빠르다고 말했습니다. 대부분의 최신 수신기는 다중 채널이지만 확실히 오래된 단일 채널이 있으며 12 분이 걸립니다. 단일 채널이 있고 전리층 지연 보정을 원하는 경우 전체 알고리즘을 얻을 수있는 것보다 더 빠르게 얻을 수있는 방법이 없습니다. 다중 채널 모듈을 사용하고 3 분 TTFX가 필요하다고해서 다른 유형이 존재하지는 않습니다. 그러나 이전 유형이 드물다는 대답을 업데이트합니다.
— Jack B
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휴대 전화 운영 체제는 셀 네트워크를 통해 인터넷을 통해 GPS 알마 낙 데이터 (위성 역학 및 상태 정보)를 다운로드하여 GPS 위성에서 직접 50bps로 직접 다운로드하는 것보다 훨씬 빠르게 GPS 모듈에로드합니다 ( 예, 초당 50 비트입니다. GPS는 매우 낮은 SNR에서 작동하도록 최적화 된 오래된 기술 입니다.) 이를 보조 GPS 라고합니다. 또한 셀 모뎀으로부터의 매우 정확한 초기 시간 참조 (셀 타워는 일반적으로 GPS를 통해 시간 동기화 됨)와 셀 모뎀으로부터의 대략적인 위치 추정치를 가질 수 있습니다. 이 모든 조합은 수신기가 수행해야 할 검색의 양을 크게 줄입니다. 어떤 위성을 볼 수 있는지 알고 있으므로 위성 만 찾을뿐 위성이 전송 될 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 전체 메시지.

— alex.forencich
소스
따라서 기본적으로 프로세스에서 "동기화"를 수행합니다. GPS 모듈은 위성 자체에서 보낸 데이터를 사용하여 위성을 검색합니까?
— 의인화 십이 면체
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그것은 프로세스에서 벗어나지 않으며, GPS 수신기에 좋은 추정치를 제공하여 가속화합니다.
— alex.forencich
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50bps는 GPS가 오래되었다는 것이 아닙니다. 이는 GPS 수신기가 매우 약한 신호를 감지하는 방법과 모든 GPS 위성이 단일 주파수로 전송하지만 여전히 독립적으로 수신되는 방법의 필수 부분입니다. GPS 수신기에는 많은 복잡한 것들이 계속 발생합니다.
— JRE
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@TomTom : 아닙니다. GPS의 비밀은 결코 모호함으로 인해 달성되지 않았습니다. SA (Selective Availability)를 생각하고 있었지만 의도적 인 위치 지정 오류였습니다.
— MSalters
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@TomTom : GPS의 확산 스펙트럼은 신호를 숨기기위한 것이 아닙니다. 단순한 RF 수신기에는 그 효과가 있지만 그다지 중요하지 않습니다. 확산 스펙트럼 기술은 신호 대 잡음비가 매우 낮은 작동과 방해에 대한 내성 두 가지를 제공합니다. 거의 모든 사람과 그의 형제는 주파수 GPS가 어떤 주파수를 사용하는지 알고 있습니다. 이미 알려진 것을 숨길 필요가 없습니다. 그래도 (쉽게) 걸리지 않는 것이 큰 장점이었습니다. GPS 재머 (현재)가 있지만 그 당시에는 훨씬 더 어려웠습니다.
— JRE
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여기서 답변의 일부는 휴대 전화 GPS가 단순한 GPS가 아니라는 것입니다. 셀은 또한 휴대 전화 타워의 삼각 측량 및 Wi-Fi 네트워크의 가시성과 같은 지리 위치 정보를 위해 다른 정보를 사용합니다. 예를 들어, 비 셀룰러 버전의 iPad Air에는 실제 GPS가 없지만 이러한 기술을 사용하여 사용자가 내장 된 지역의 위치를 ​​여전히 알고 있습니다.

— 데이비드 리처 비
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문제는 구체적으로 GPS 작동 방식에 관한 것이 었습니다. 위치 정보가 없기 때문에 휴대폰은 휴대폰 타워에서 삼각 측량 할 수 없습니다.
— Transistor
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@ 트랜지스터이 질문은 독립형 GPS와 휴대폰 GPS를 비교하며 질문 제목은 특히 휴대폰이 독립형 GPS 장치보다 GPS를 더 빠르게 수행하는 방법을 묻습니다. Wikipedia에 따르면 휴대폰 은 위치를 결정하기 위해 타워 삼각 측량 을 사용합니다. 사용 가능한 위치 정보가 없다고 말하는 이유가 확실하지 않습니다. 타워는 위치를 알리지 않지만 도로는 위치를 알리지 않습니다. 휴대 전화에는 데이터베이스에 저장된지도가 있습니다.
— David Richerby
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@Transistor : 핸드폰이 삼각 측량을 수행하지 않습니다. 네트워크 공급자가 않습니다.
— Jörg W Mittag
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@ JörgWMittag : 네트워크 AFAICT에 따라 다릅니다. 최신 네트워크는 Enhanced 911 / E112의 일부로 현지화 서비스를 제공합니다.
— MSalters
@DavidRicherby : 링크 주셔서 감사합니다. 나는 그것을 두 번 읽었지만 내가 볼 수있는 것은 전화의 위치가 전화가 아닌 네트워크에 알려져 있다는 것 입니다. 내가 무엇을 놓쳤습니까?
— Transistor
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구형 수신기가 데이터를 기다리는 동안 발생하는 상황에 대해 좀 더 자세하게 설명하고 싶었습니다. 다시 말해, 그 연금술 (및 기억 된 위치)이 왜 그렇게 유용한가?

GPS 신호가 매우 약합니다. 거리가 주어지면 신호는 지구에 도달 할 때 노이즈 플로어보다 훨씬 아래에 있습니다. 올바른 주파수로 스코프 스캔을보고 있었다면 위성을 직접 감지 할 수 없습니다.

수신기가 정보를 얻는 방법은 들어오는 신호를 특정 패턴과 비교하는 것입니다 (FFT 상관 관계를 통해). 올바른 패턴을 사용하면 상관 관계가 정렬되고 데이터를 볼 수 있습니다.

이 지점에 도착하는 단순하고 구식 수신기의 경우 장치 상관기에서 위성으로부터의 메시지 빈도와 메시지 단계 (패턴 정렬)의 두 가지가 필요합니다. 이들 중 하나가 올바르지 않으면 상관 관계가 실패하고 아무 것도 감지되지 않습니다. 위성의 움직임은 수신 된 신호가 비교적 큰 도플러 편이의 영향을 받는다는 것을 의미합니다.

현재 위치와 시간에 대한 알마 낙과 좋은 위치를 통해 수신기는 위성과 수신기의 상대적인 움직임을 추정하여 대부분의 도플러 편이를 제거하고 주파수에 다소 근접 할 수 있습니다. 즉, 신호 패턴에 대해 서로 다른 위상을 시도하여 상관 기가 일반적으로 적중을 초래할 수 있습니다. 이 위상 공간 검색은 몇 초 안에 수행 할 수 있습니다.

알마 낙이 없거나 현재 위치 및 시간의 추정치가없는 경우, 시스템은 각 위성으로부터 데이터를 얻기 위해 다른 위상과 다른 주파수를 시도해야합니다. 이제 두 가지 다른 차원으로 검색해야하는 경우에도 다중 채널 시스템에서도 3 개의 위성을 무차별 적으로 찾아내는 데 몇 분이 걸릴 수 있습니다.

최신 칩셋은 추가 신호와 많은 병렬 비교기를 사용하여 A-GPS가 없어도 검색 속도를 높일 수 있습니다. Arduino 쉴드에 장착 된 칩셋이 더 오래되었거나 더 저렴하다고 생각하며 이러한 새로운 기능을 사용하지 않을 것입니다.

— BowlOfRed
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미국에서는 FCC가 2012 년 9 월 11 일까지 최초 전화 통화 후 6 분 이내에 긴급 서비스 에 300 미터 이내에 전화를 걸 때 휴대 전화 사업자가 발신자의 위치를 ​​식별 할 수 있어야했습니다 .

이는 전년도에 걸쳐 점진적으로 단계적으로 진행되었으며, 요구 사항은 이후 몇 년 동안 거리 및 위치 추적 보고서에서 강화되었습니다.

휴대 전화 회사는 하나 또는 두 개의 휴대 전화 타워 만 휴대 전화와 접촉 한 원격 지역이나 전화가 여러 대의 타워를 가질 수 있어도 반사 및 건물 밀도가 위치를 방해하는 도시 환경에서는이를 보장하지 못했습니다. GPS 칩은 휴대 전화가 여전히 상용화 될 수있을 정도로 낮은 전력으로 요구되는 시간 내에이 기능을 제공 할 수 없었습니다 (요구 사항이 소개 된 시점에서). 모든 휴대 전화에는 GPS 칩셋의 일부 또는 전부가 포함됩니다). 또한 GPS 칩셋은 다른 전화 구성 요소에 비해 매우 비쌉니다.

그래서 그들은 Assisted GPS의 모니 커 "AGPS"에 해당하는 몇 가지 다른 경쟁 시스템을 만들었습니다.

이러한 다양한 AGPS 시스템을 뒷받침하는 기술은 때로는 크게 다릅니다.

가장 저렴한 셀룰러 AGPS 시스템은 수 밀리 초의 GPS RF 신호를 기록하고이를 AGPS 서버로 전송 한 다음 전화의 대략적인 위치를 알고 GPS RF 스 니펫을 사용하여 훨씬 정확한 위치를 결정할 수 있습니다. 휴대 전화가 제대로 연결되어 있지 않으면 GPS 좌표를 얻을 수 없습니다.

일부는 완전한 GPS 칩셋을 가지고 있지만 전화로 알마 낙과 천체력을 제공 할 수 있습니다. 두 가지 정보는 칩셋이 몇 초 안에 수정을 할 수있게하고, 그 후 정상적인 방법을 사용하여 위치 결과를 생성합니다. 시간이 주어지면이 전화기는 네트워크와 독립적으로 위치를 얻을 수 있습니다.

대부분의 GPS 칩셋을 사용하면 ephemeris 및 almanac 정보를로드 할 수 있으므로 arduino 장치에 인터넷이 연결되어 있고 AGPS 서버에 액세스 할 수있는 경우 비슷한 방식으로 GPS 수정 속도를 높일 수 있습니다. 그러나 대부분의 프로젝트에서 GPS 수신기의 오른쪽 핀에 리튬 코인 셀 배터리를 추가하면 마지막 연감 및 역학 업데이트를 유지할 수 있으며 짧은 시간 동안 변경이 적기 때문에 첫 번째 수정 속도가 크게 향상됩니다. 장치가 수천 마일을 이동하지 않고 며칠마다 전원이 공급되는 한.

— 아담 데이비스
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