A-GPS в смартфонах

Сегодня даже в самых бюджетных телефонах, стоимостью менее 100 долларов, уже можно встретить GPS-приемник. Самой технологии GPS не одно десятилетие, спутниковая система навигации была полностью готова еще в 1995 году. Для того, чтобы GPS полностью функционировал в любой точке земли, достаточно всего 24 спутников (на самом деле на сегодня их больше, разных поколений и разной степени точности сигнала), по 4 в шести плоскостях – их сигнал покрывает всю земную поверхность. При этом максимальная погрешность определения для гражданских пользователей (не оснащенных специальной дорогой военной аппаратурой, которая принимает сигналы повышенной точности со спутников) составляет всего 20 метров, для обычных GPS-приемников при хороших условиях видимости это составляет обычно 6-8 метров. Находясь в любой точке планеты пользователь в условиях чистого неба принимает сигнал сразу не менее чем с шести спутников. GPS это американская космическая навигационная система, но у нее есть соглашение о взаимодополняемости с европейской системой Galileo и российской ГЛОНАСС.

GPS-приемники сегодня применяются для определения местоположения и навигационных задач крайне широко – в смартфонах, КПК, автомобильных навигаторах, и т.п. С их помощью можно осуществить фактически лишь одну задачу – узнать свое текущее местонахождение в данный момент времени. Ну а при помощи программных продуктов, используемых в смартфонах и КПК, и точных карт местности, список этих задач увеличивается в разы – с помощью GPS-приемника уже можно спланировать маршрут куда угодно, узнать расстояние до какого-либо объекта, увидеть свою траекторию передвижения, среднюю скорость, получать динамические подсказки по ходу движения, и т.д. Эта технология делает навигацию очень простой и удобной.

Турист с дешевым GPS-приемником в телефоне не заблудится и в другой стране, если заблаговременно скачает себе ее карты. Но все же обычный GPS не лишен недостатков. Главный недостаток технологии то, что при различных обстоятельствах сигнал может вообще не дойти до приемника, или дойти со значительными искажениями, которые только введут пользователя в заблуждение. Причин этому существует очень много – мощность сигнала сравнительно невелика, и он может не пройти сквозь любое достаточно плотное вещество – листья и ветки деревьев, крыши зданий, железобетонные перекрытия, и пр. Даже плотные облака уже могут быть непреодолимой преградой для GPS-сигнала. Этот сигнал передается в дециметровом волновом диапазоне, поэтому его приему могут помешать еще и различные источники радиопомех.

Больше всего это влияет собственно на включение приема сигнала – ведь время первого определения координат зависит от уверенного сигнала сразу от нескольких спутников, и информации приемник должен получить много. Чем больше времени прошло со времени последнего определения координат (а если GPS-приемник быстро передвигался в другое место – то и расстояния), тем больше будет происходить первичное определение координат. Это может занимать до десяти минут, и даже более. И если сигнал в это время слабый, и на него влияют еще какие-то посторонние помехи, то определить свои координаты приемник просто не сможет. Для того, чтобы проверить это, не обязательно забираться в далекие полярные районы, где сами спутники стоят очень низко над горизонтом – в любом городе достаточно выключить GPS-прием на несколько дней, а потом снова включить, в самых обычных городских условиях. Например, в транспорте. Ничего хорошего из этого не выйдет – видимость спутников ограничивают высокие здания, туннели, различные железобетонные конструкции, транспорт передвигается – и приемник никак не может определить местоположение. В результате придется останавливаться, выйти на относительно открытое место, постоять на месте – только тогда координаты будут определены, и дальше уже будут отсчитываться от этого места. Но что делать, если нет возможности остановиться и выйти на открытое место? Если дело происходит в пробке, в автомобиле, при плохих погодных условиях, и надо узнать свое местонахождение уже сейчас? Или человек затерялся в холодном зимнем лесу, спасти его может только карта – а он не может определить на ней свои координаты. Для таких случаев и разработана технология A-GPS (Assisted GPS) – она ускоряет первоначальное определение координат GPS-приемником (который сам по себе может делать это довольно долго). Делается это очень просто, путем предоставления вспомогательной информации GPS-приемнику через другие каналы связи. Обычно это мобильная GSM связь, и чаще всего A-GPS используется именно в мобильных телефонах и смартфонах.

Для мобильной связи нет стольких ограничений, как для уверенного приема сигнала со спутника, и для получения информации о своих координатах достаточно обычно лишь находиться в зоне действия базовой станции оператора мобильной связи. При этом мобильная связь обычно не позволяет просто сама по себе определить свое местонахождение (хотя это и возможно, правда с погрешностью метров до 500 и более, но только при нахождении в зоне покрытия сразу нескольких базовых станций) – по ней просто передается так называемый альманах, который указывает GPS-приемнику, на каких частотах ему нужно искать спутники в этой местности (без этой информации он будет перебирать множество частот пока не найдет необходимое количество спутников). Впрочем, существуют и реализации A-GPS, которые могут получать информацию о спутниках не через мобильную связь, а через другие каналы связи – Wi-Fi, например. При использовании A-GPS первое местоопределение происходит в десятки раз быстрее, и чувствительность приемника возрастает, позволяя ему работать даже с самым слабым сигналом. Имея альманах, приемнику остается только получать так называемые эфемериды со спутников – эта информация передается значительно быстрее.

Собственно, A-GPS приемники могут работать в двух режимах, онлайновом, когда вся информация, от орбит спутников до текущих координат пользователя, передается ему по мобильной связи, и оффлайновом – когда по мобильной связи только обновляется информация в момент старта приемника, а дальше он уже работает в режиме нормального GPS. Второй вариант может быть предпочтительнее ввиду того, что A-GPS потребляет трафик, который может быть далеко не дешевым в условиях какого-то конкретного мобильного оператора. В целях экономии трафика и средств в России многие отключают поддержку A-GPS на самом устройстве, хотя в странах, где мобильный трафик очень дешевый (США, Евросоюз, Япония), A-GPS используется повсеместно. Его основные достоинства очевидны – быстрое получение координат прямо после включения, за несколько секунд, и улучшенное получение сигнала в зонах, где обычный GPS не работает – туннели, помещения под бетонной крышей, узкие улицы между высокими домами, и пр. На сегодня A-GPS приемниками оснащено подавляющее большинство мобильных телефонов, смартфонов и коммуникаторов, а с дальнейшим удешевлением мобильного интернет-трафика эта технология будет становиться только более популярной.