アシストGNSS

アシスト GNSS ( A-GNSS )は、多くの場合、全地球航法衛星システム(GNSS)の起動パフォーマンス、つまり初回測位までの時間(TTFF)を大幅に改善するGNSS 補強システムです。A-GNSS は、低速の衛星リンクではなく無線ネットワークを介してデバイスに必要なデータを提供して、基本的に測位のために受信機を「ウォームアップ」することで機能します。GPS に適用される場合、アシスト GPSまたは補強GPS (一般にA-GPSと略され、あまり一般的ではないがaGPSと略される)と呼ばれます。その他のローカル名には、 Galileo のA-GANSS 、BeiDou のA-Beidouなどがあります。

A-GPSはGPS対応携帯電話で広く使用されており、その開発は米国FCCの911緊急通報指令員が携帯電話の位置データを利用できるようにすることの要件によって加速されました。^[1]

すべてのGPS デバイスは、位置を計算するために衛星の軌道データを必要とします。衛星信号のデータ レートは 50 ビット/秒に過ぎないため、衛星から直接エフェメリスやアルマナックなどの軌道情報をダウンロードするには通常長い時間がかかり、この情報を取得中に衛星信号が失われた場合は破棄され、スタンドアロン システムは最初からやり直す必要があります。市街地などの信号条件が非常に悪い場合、衛星信号はマルチパス伝播を示し、信号が構造物を跳ね返ったり、気象条件や樹冠によって弱まったりすることがあります。条件が悪い場合に使用されるスタンドアロン GPS ナビゲーターの中には、衛星信号が途切れて位置を特定できず、衛星の受信状態が良くなるまで待たなければならないものもあります。通常の GPS ユニットでは、問題を解決して正しい位置を提供できるまでに 12.5 分 ( GPS アルマナックとエフェメリスをダウンロードするのに必要な時間) かかる場合があります。 ^[2]

A-GPSでは、ネットワーク事業者がGPSデータのキャッシュサーバーであるA-GPSサーバーを展開します。これらのA-GPSサーバーは衛星から軌道情報をダウンロードし、データベースに保存します。A-GPS対応デバイスはこれらのサーバーに接続し、GSM、CDMA、WCDMA、LTEなどのモバイルネットワーク無線ベアラ、またはWi-FiやLoRaなどの他の無線ベアラを使用してこの情報をダウンロードできます。通常、これらのベアラのデータレートは高いため、軌道情報のダウンロードにかかる時間は短くなります。このシステムを利用すると、ユーザーにコストがかかる場合があります。課金目的で、ネットワークプロバイダーはこれをデータアクセスとしてカウントすることが多く、料金プランによっては料金が発生する場合があります。^[3]

正確に言うと、A-GPS 機能は主にインターネット ネットワークまたはISP (または、セルラー ネットワーク プロバイダーのデータ サービスにリンクされた CP/携帯電話デバイスの場合は CNP) への接続に依存します。L1 フロントエンド無線受信機のみを備え、GPS 取得、追跡、および測位エンジンを備えていないモバイル デバイスは、ISP/CNP へのインターネット接続がある場合にのみ機能し、位置の修正はデバイス自体のオフボードで計算されます。カバレッジやインターネット リンクがないエリア (または、CNP サービス カバレッジ エリアの場合は、近くのベース トランシーバー ステーション(BTS) タワー) では機能しません。これらのリソースがまったくない場合、通常 CNP によって提供される A-GPS サーバーに接続できません。一方、GPS チップセットを備えたモバイル デバイスは、GPS データをキャプチャして位置ソリューションに処理するためにデータ接続を必要としません。これは、GPS 衛星から直接データを受信し、位置の修正を自分で計算できるためです。ただし、データ接続を利用できると、モバイル デバイスの GPS チップのパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。

支援は次の 2 つのカテゴリに分類されます。

モバイルステーションベース (MSB)

衛星をより早く捕捉するために使用される情報。

• GPS 受信機に GPS 衛星の軌道データやアルマナック (暦) を供給できるため、場合によっては GPS 受信機がより迅速に衛星にロックできるようになります。
• ネットワークは正確な時間を提供できます。

モバイルステーションアシスト（MSA）

GPS 受信機からの情報を使用してサーバーが位置を計算します。

• デバイスは、おおよその時間とともに GPS 信号のスナップショットをキャプチャし、サーバーが後で位置を処理します。
• 支援サーバーは良好な衛星信号と豊富な計算能力を備えているため、中継された断片的な信号を比較することができます。
• セル サイトタワーの正確な測量座標により、 GPS 受信機のみの場合よりも、ローカルの電離層の状態や GPS 信号に影響を与えるその他の状態をより正確に把握できるため、より正確な位置計算が可能になります。

計算コストと、独自の計算を実行できないモバイル端末の減少により、すべての A-GNSS サーバーが MSA モード操作を提供するわけではありません。Google の SUPL サーバーは MSA モード操作を提供していません。

一般的なA-GPS対応受信機は、データ接続（インターネットなど）を使用してアシスタンスサーバーに接続し、aGPS情報を取得します。自律型GPSも機能している場合は、スタンドアロンGPSを使用する場合があります。スタンドアロンGPSは、最初の位置特定に時間がかかる場合がありますが、ネットワークに依存しないため、ネットワーク範囲を超えて動作し、データ使用料もかかりません。^[3]一部のA-GPSデバイスには、スタンドアロンまたは自律型GPSにフォールバックするオプションがありません。

多くの携帯電話はA-GPSとWi-Fi測位システムやセルサイトマルチラテレーションなどの他の位置情報サービスを組み合わせており、ハイブリッド測位システムを採用している場合もあります。^[4]

高感度 GPS は、追加のインフラストラクチャを必要とせずにこれらの問題の一部に対処する関連技術です。ただし、一部の A-GPS とは異なり、高感度 GPS では、GPS 受信機が一定時間オフになっていると、瞬時に位置を特定することはできません。

A-GPS プロトコルは、2 つの異なる標準化団体である3GPPとOpen Mobile Alliance (OMA)によって定義された測位プロトコルの一部です。

コントロールプレーンプロトコル

3GPP によってさまざまな世代の携帯電話システム向けに定義されています。これらのプロトコルは回線交換ネットワーク用に定義されています。次の測位プロトコルが定義されています。

• RRLP – 3GPP は、GSM ネットワーク上の位置特定プロトコルをサポートするために RRLP (無線リソース ロケーション プロトコル) を定義しました。
• TIA 801 – CDMA2000ファミリは、CDMA 2000 ネットワーク用にこのプロトコルを定義しました。
• RRC 位置プロトコル - 3GPP は、このプロトコルをUMTSネットワークのRRC標準の一部として定義しました。
• LPP – LTEネットワーク用の 3GPP 定義の LPP または LTE ポジショニング プロトコル。

ユーザープレーンプロトコル

パケット交換ネットワークでの位置プロトコルをサポートするために OMA によって定義されています。バージョン 1.0 から 3.0 まで、 3 世代のSecure User Plane Location (SUPL) プロトコルが定義されています。

SUPL (Secure User Plane Location) プロトコルは、モバイル ネットワークに限定されたコントロール プレーンのプロトコルとは異なり、インターネットのTCP /IPインフラストラクチャ上で実行されます。その結果、その用途はモバイル デバイスの本来の用途を超えて、汎用コンピューターでも使用できます。^[5] SUPL 3.0 では、WLAN およびブロードバンド接続の許可を追加することで、このような使用が正当化されます。^[6]

SUPL 3.0で定義されているアクションには、ジオフェンシングや課金などの幅広いサービスが含まれます。A-GNSS機能はSUPLポジショニング機能グループで定義されています。これには以下が含まれます。^[6]

• SUPL アシスタンス配信機能 (SADF) は、両方の A-GNSS モードでデバイスに送信される基本情報を提供します。
• SUPL 参照検索機能 (SRRF) は、衛星から受信して上記の情報を準備するようにサーバーに指示します。
• SUPL 位置計算機能 (SPCF) は、クライアントまたはサーバーがクライアントの位置を問い合わせることを可能にします。サーバーが生成した位置は、MSA またはモバイル セルから得られる場合があります。MSB (SET ベース) モードが使用されている場合、クライアントは代わりにサーバーに位置を報告します。

通信の詳細はSUPLスイートのULP（Userplane Location Protocol）サブスタンダードで定義されています。2018年12月現在、サポートされているGNSSシステムには、GPS、Galileo、GLONASS、BeiDouが含まれます。^[6]

• 携帯電話の追跡
• GNSS強化