LTE筆記: LTE網路定位(4) ~ GPS

全球定位系統 (Global Positioning System)，又稱全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System)，簡稱 GPS或是GNSS。 是一個中距離圓型軌道衛星導航系統，可以為地球表面絕大部分地區 (98%) 提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。至少需要其中 3 顆衛星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度，所接收到的衛星訊號數越多，解碼出來的位置就越精確。可滿足位於全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續精確的確定三維位置、三維運動和時間的需要。

為了達成GPS定位，我們需要以下三個要素：

• 基於時間差(以及所推知的距離)的三角定位

GPS衛星定位系統採用三維空間的定位方式，根據一般三角定位原理，兩顆不同的衛星資訊，可以解算出二維空間的位置 (此時有兩組解)。但為了糾正與修正定位誤差，通常會加入第三顆衛星的資訊 (找出三圓交點)。同理，想做較精確的三維空間定位，除需要基本三顆衛星資訊外，通常會加入第四顆衛星資訊以消彌及修正定位的可能產生的誤差。

• 量測從衛星到使用者端的量距離

根據上述原理，我們知道GPS的定位概念是利用至少三顆以上的衛星，以衛星在太空中的位置作為參考點，反向計算出我們在地球表面上的位置。這些衛星同步的發出訊號，並接經由Pseudo Random Code (展頻碼)的保護，傳送到使用者的裝置上。藉由比對使用者端的時間，以及衛星所廣播的時間，計算時間差並推算距離，便可以估算使用者和衛星的距離。

• 使用者端精準的時間

如果量測無線電信號在空間中行進的時間是GPS定位的關鍵要素，那就需要非常精確的記時裝置，因為如果計時器誤差超過一毫秒（千分之一秒），以無線電波傳送的速度，也就是光速來說就會產生極大的誤差。因此，GPS引入了第4個衛星作為同步時間使用。

除了來自衛星的資訊外，GPS還有許多輔助的資訊能夠幫助定位。例如：星圖、地面接收站、地面參考坐標等。事實上，GPS對於LTE網路來說是一個重要的資訊，在室外的基地台也依據GPS資訊進行同步以及位置資訊的取得。