TOW (Time of Week) je uplynulý čas v rámci aktuálního týdne GPS, používaný pro synchronizaci satelitních přenosů a výpočet polohy v satelitních navigačních systémech.

Popis

Time of Week (TOW) je kontinuální časová míra používaná v rámci globálních navigačních satelitních systémů (GNSS), především Global Positioning System (GPS). Je to skalární hodnota, která počítá počet sekund uplynulých od začátku aktuálního týdne GPS. Týden GPS je definován jako 604 800 sekund (7 dní * 24 hodin * 3600 sekund). Počítadlo TOW se vynuluje při přechodu mezi týdny GPS, k němuž dochází každou neděli v 00:00:00 času GPS (který je přibližně sladěn s UTC, ale nezahrnuje přestupné sekundy). TOW je přenášen v navigační zprávě od každého satelitu GPS, konkrétně v Handover Word (HOW) každého podrámce.

Z architektonického hlediska je TOW jádrovou součástí struktury signálu GNSS. Každý satelit vysílá svá navigační data v rámcích a podrámcích. HOW v každém podrámci obsahuje počítadlo TOW pro začátek následujícího podrámce. To umožňuje přijímači GNSS, jakmile dekóduje HOW z jednoho satelitu, synchronizovat svůj vnitřní časový základ s přesným systémovým časem GPS. Přijímač používá tuto informaci TOW k výpočtu přesného času vysílání dálkoměrných kódů (pseudonáhodných šumových kódů) z každého satelitu. Přesnost těchto časových razítek je zásadní pro výpočet doby šíření signálu neboli pseudodosahu ze satelitu k přijímači.

Během provozu přijímač GNSS provádí korelaci pro zachycení satelitních signálů. Jakmile je signál zachycen a sledován, přijímač dekóduje navigační zprávu, aby extrahoval TOW a další efemeridní data. TOW se používá k vyřešení celočíselné nejednoznačnosti v milisekundách u měřené fáze kódu. Znalostí přesného TOW odpovídajícího přijatému signálu může přijímač vypočítat plnou, jednoznačnou dobu šíření signálu. Tento proces je nezbytný pro výpočet přesné polohy. Time To First Fix (TTFF) je silně závislý na tom, jak rychle může přijímač získat platný TOW. Při studeném startu musí přijímač dekódovat alespoň celý podrámec (6 sekund) z jednoho satelitu, aby získal TOW, což je hlavní faktor počátečního TTFF. Asistenční data, jako předpovězené efemeridy a časové modely, mohou přijímači poskytnout přibližný TOW, což drasticky zkracuje tuto dobu akvizice.

K čemu slouží

TOW existuje jako základní časový mechanismus v rámci architektur GPS a podobných GNSS, aby poskytoval společný, přesný a kontinuální časový odkaz pro všechny satelity a uživatele. Před zavedením celosystémového času, jako je TOW, by koordinace signálů z více nezávisle se pohybujících satelitů pro přesné dálkoměření byla nesmírně složitá. TOW řeší problém synchronizace přenosů z celé satelitní konstelace a poskytuje uživatelům kritické časové razítko potřebné pro měření zpoždění šíření signálu.

Historická motivace vychází ze základního principu satelitní navigace: poloha je odvozena z přesně změřených vzdáleností (dosahů) ke známým polohám satelitů. Pro měření vzdálenosti je nutné přesně vědět, kdy signál opustil satelit a kdy dorazil k přijímači. TOW poskytuje časové razítko „kdy opustil“ v univerzálním systémovém čase. Omezení spočívající v absenci takového synchronizovaného času by byla katastrofální – měření dosahů by byla nekoherentní a výpočet polohy nemožný. TOW spolu s číslem týdne GPS vytváří pro systém kontinuální, jednoznačnou časovou osu.

Jeho role v TTFF je obzvláště klíčová. Přijímač musí určit celkovou dobu šíření signálu, která zahrnuje neznámý celočíselný počet milisekund. Hodnota TOW, vysílaná každých 6 sekund, umožňuje přijímači tuto nejednoznačnost vyřešit. Potřeba dekódovat tento TOW z relativně pomalého (50 bps) navigačního datového spojení byla hlavním úzkým hrdlem pro rychlé určování polohy. Toto omezení přímo vedlo k vývoji technologií Assisted-GNSS (A-GNSS), kde síť poskytuje aktuální TOW (nebo jeho blízký odhad) UE jako asistenční data, což umožňuje TTFF pod sekundu a umožňuje lokalizační služby pro tísňová volání a spotřebitelské aplikace.

Klíčové vlastnosti

• Počítá sekundy od 0 do 604 799 v rámci týdne GPS
• Přenášen v Handover Word (HOW) každého navigačního podrámce GPS
• Poskytuje přesný časový odkaz systému GPS pro časové označování satelitních signálů
• Nezbytný pro vyřešení celočíselné nejednoznačnosti v milisekundách u měření fáze kódu
• Základní parametr pro výpočet doby šíření satelitního signálu (pseudodosah)
• Primární determinant Time To First Fix (TTFF) v autonomním provozu GNSS

Související pojmy

• GNSS – Global Navigation Satellite System
• TTFF – Time To First Fix

Definující specifikace

• TS 25.171 (Rel-19) — A-GPS Minimum Performance Requirements for UTRA FDD UE
• TS 25.172 (Rel-19) — A-GANSS UE Minimum Performance Requirements (FDD)
• TS 25.173 (Rel-19) — A-GANSS Performance Requirements (TDD)
• TS 25.305 (Rel-19) — UTRAN UE Positioning Stage 2
• TS 25.453 (Rel-19) — PCAP Protocol Specification
• TS 36.171 (Rel-19) — A-GNSS Minimum Performance Requirements for UE
• TS 36.355 (Rel-19) — LTE Positioning Protocol (LPP)
• TS 37.355 (Rel-19) — LTE Positioning Protocol (LPP)
• TS 37.571 (Rel-19) — UE Conformance for Positioning
• TS 38.171 (Rel-19) — 5G A-GNSS UE Positioning Requirements
• TS 45.005 (Rel-19) — GSM RF Requirements for MS and BSS

📖 Anglický originál a plná specifikace: TOW na 3GPP Explorer