GPS machte Positionierung kostenlos, indem es ein offenes Signal ausstrahlte, für das niemand Gebühren erheben kann

Ein GPS-Satellit sendet mit etwa der Leistung einer Haushaltsglühbirne aus zwanzigtausend Kilometern Entfernung. Wenn das Signal die Erde erreicht, liegt es rund 50 dB unter dem thermischen Rauschboden – hunderttausendmal schwächer als das Rauschen um es herum –, sodass es unmöglich zu empfangen scheint, und ein Navigationssystem, das jeder nutzen konnte, hätte eigentlich nicht funktionieren dürfen. Doch die Signale sind überall um uns herum, bei jedem Wetter und in jeder Höhe, und eine Karten-App funktioniert noch im Flug.

GPS löst dies mit einem Trick. Jeder Satellit mischt seinen langsamen Datenstrom von 50 Bit/s in einen schnellen pseudozufälligen C/A-Code, der tausendmal pro Sekunde wiederholt wird, und der Empfänger kennt diesen Code bereits: Tabelle 3-I der öffentlichen Spezifikation IS-GPS-200L listet die Chipping-Sequenz jedes Satelliten auf. Durch das Erzeugen lokaler Repliken und deren Korrelation mit dem eingehenden Rauschen mittelt sich zufälliges Rauschen zu null, während sich das echte Signal aufsummiert und das Flüstern aus dem Rauschen hervorholt. Verschiedene Satelliten verwenden verschiedene Codes – Codemultiplex-Vielfachzugriff –, sodass rund dreißig in einem Band teilen können.

Weil der zivile Code öffentlich ist und die Satelliten einfach senden – senden und vergessen –, kann niemand Gebühren für den Zugang erheben, einem Zuhörer den Zugang entziehen oder auch nur wissen, dass jemand zuhört. Diese Kombination – ein physisch empfangbares Flüstern ohne Mautstelle – ist es, was den C/A-Code, der als grob aufgelöste Zwischenstufe für militärische Empfänger konzipiert war, zur Grundlage der meisten zivilen GPS-Nutzung werden ließ; der präzisere militärische P-Code ist allein durch die Geheimhaltung seiner Sequenz geschützt, nicht durch wirtschaftliche Mittel.

Den zivilen Code veröffentlichen: Jeder Empfänger kann das Flüstern kostenlos aus dem Rauschen korrelieren

Die Korrelation des empfangenen Rauschens mit einer lokalen Replik des bekannten Codes mittelt das Rauschen zu null, während sich das Signal ansammelt, und hebt so eine 50 dB unter dem Rauschen liegende Ausstrahlung in die Hörbarkeit.

Die Spezifikation ist öffentlich: IS-GPS-200L listet die C/A-Chipping-Sequenz jedes Satelliten auf, sodass der Bau eines Empfängers weder Reverse Engineering noch Lizenz oder Zahlung erfordert.

Eine Ausstrahlung nach dem Prinzip senden und vergessen hat keinen Messpunkt – kein Abonnement, keine Autorisierung, keine Möglichkeit zu wissen, wer zuhört –, also gibt es keine Mautstelle, an der die Verbreitung gestoppt werden könnte.

Die langsame Datenrate von 50 Bit/s unter einem Code mit 1 Million Chips/s hält die bekannte Sequenz lange genug stabil, um sich einzurasten, und das ermöglicht es einem schwachen zivilen Kanal, eine nutzbare Navigationsnachricht zu übertragen.

Ein offenes Format verstärkt sich, wenn der Schlüssel veröffentlichtes Wissen statt Erlaubnis ist: keine Mautstelle und keine Lizenz bedeuten, dass jeder Hersteller darauf aufbauen kann, und der Standard wird zur Infrastruktur.

Das offene Signal machte GPS zur Standard-Positionierungsdienstleistung: etwa dreißig Satelliten versorgen den gesamten Planeten, und der Bericht merkt an, dass über die Hälfte der Weltbevölkerung nie ohne es gelebt hat. Die Schnittstellenspezifikation blieb öffentlich – Tabelle 3-I von IS-GPS-200L listet weiterhin den Code jedes Satelliten auf –, sodass Empfänger stets von Grund auf gebaut werden konnten. Hobbyisten tun heute genau das: Phillip Tennens Serie softwaredefinierter Gypsum-Empfänger erhielt im April 2024 auf Hacker News 552 Punkte und 128 Kommentare und behandelt GPS als eine öffentliche Ausstrahlung, der jeder zuhören darf.