GPSは誰も料金を請求できないオープンな信号を放送することで測位を無料にした

GPS衛星は約2万キロメートル離れた地点で、家庭用電球程度の電力で送信している。信号が地球に届くころには、熱雑音レベルよりおよそ50dB低くなっており、周囲の雑音より10万倍弱い。そのため受信は不可能に見え、誰もが使える航法システムなどうまく動くはずがなかった。それでも信号はあらゆる天候、あらゆる高度で私たちの周りにあり、地図アプリは飛行機の上でも動作する。

GPSはある工夫でこれを解決する。各衛星は低速な毎秒50ビットのデータストリームを、毎秒1000回繰り返される高速な擬似ランダムC/Aコードに混合し、受信機はそのコードをあらかじめ知っている。公開仕様であるIS-GPS-200Lの表3-Iには、全衛星のチッピング系列が記載されている。ローカルなレプリカを生成し、それを到来する雑音と相関させることで、ランダムな雑音は平均してゼロになり、本物の信号は積み上がり、ささやきが雑音の中から引き出される。衛星ごとに異なるコードを使う符号分割多元接続により、約30機が一つの帯域を共有できる。

民間用コードは公開されており、衛星はただ放送するだけの送りっぱなし方式なので、誰もアクセスに料金を請求できず、聴取者を取り消すことも、誰かが聴いていることさえ知ることもできない。物理的に受信可能なささやきと料金所の不在というこの組み合わせが、軍用受信機向けの低分解能な足がかりとして設計されたC/Aコードを、ほとんどの民間GPSの基盤にした。より精密な軍用Pコードは、経済ではなくその系列の秘匿性によってのみ保護されている。

民間用コードを公開する。どの受信機でも、ささやきを雑音の中から無料で相関によって引き出せる。

受信した雑音を既知コードのローカルなレプリカと相関させると、雑音は平均してゼロになり、信号は蓄積されるため、雑音より50dB低い放送が聞き取れるレベルまで持ち上がる。

仕様は公開されている。IS-GPS-200Lには各衛星のC/Aチッピング系列が記載されているため、受信機の製作にリバースエンジニアリングもライセンスも支払いも不要である。

送りっぱなしの放送には計量点がない。購読も認可も、誰が聴いているかを知る手段もないため、普及を止められる料金所は存在しない。

毎秒100万チップのコードの下にある毎秒50ビットという低速なデータレートにより、既知の系列がロックオンできる十分な時間だけ安定し、弱い民間用チャネルが使える航法メッセージを運べるのである。

オープンなフォーマットは、鍵が許可ではなく公開された知識であるときに複利的に広がる。料金所もライセンスもなければ、あらゆるメーカーがそれに合わせて作ることができ、標準はインフラとなる。

オープンな信号はGPSを既定の測位ユーティリティに変えた。約30機の衛星が地球全体にサービスを提供し、記事は世界人口の半数以上がGPSなしの生活を経験したことがないと指摘している。インターフェース仕様は公開のままであり、IS-GPS-200Lの表3-Iには今も全衛星のコードが記載されているため、受信機は常にゼロから作ることができた。今では愛好家がまさにそれをしている。Phillip Tennenのソフトウェア定義のgypsum受信機シリーズは、2024年4月にHacker Newsで552ポイントと128コメントを集め、GPSを誰もが聴取できる公共放送として扱っている。