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如何优化消费电子设备内的GPS系统

09.20.2010

位置跟踪(Position tracking)可能会成为消费电子市场中最受欢迎、也因此最重要的新兴技术之一。能够知道一个人的位置所带来的好处,使消费者对这类服务的需求不断增长。如今,这种建立在全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)技术基础上的位置跟踪已不再限于诸如测绘、海面导航、汽车或昂贵的手持设备之类的高端应用。最近几项在 GNSS 技术上的创新,加上消费电子设备的整体进步发展,已经使得位置跟踪服务可能在手机和个人导航设备(PND)等对成本非常敏感的众多应用中实现。

  然而,要在消费电子应用中引入GNSS功能,开发人员就得尽量把成本压到最低,同时还要最大限度地提高性能和精度。此外,对诸如手机之类的应用,在设计上还会受到一些额外的约束,例如电池寿命和设备尺寸更受限制等。而且,由于许多消费电子开发人员不熟悉GNSS 射频(RF)技术,因此设计过程变得更加复杂。

基于软件的GNSS

  在过去的10年里,数字多媒体服务已使消费电子产业面目一新。消费电子对数字音/视频功能的需求已使得其架构演化,具备了足以实现这类服务的处理能力和存储资源。消费电子所具备的这些处理和存储资源,也可用于实现基于软件的GNSS技术,而且成本效益很高。

  传统上,位置跟踪功能一直是通过单独的硬件模块(参见图1)来实现的。对那些以位置跟踪为主的应用来说,使用这种模块是个不错的选择,因为其RF子系统完全针对位置跟踪应用而设计,并可向主处理器提供经全面评测的定位数据,故开发人员不需要考虑RF设计所牵涉的许多复杂问题。

 

图1. 传统 GPS 模块采用基于硬件的 RF 接收器和基带处理器。这类模块能向主处理器提供经过全面评测的定位数据,因而能够简化RF子系统的开发工作。
 
  不过,消费电子应用往往太关注成本,因而无法承担这样一个硬件模块的费用。此外,由于位置跟踪是这类设备的次要功能、或者说是使该设备更加受欢迎的附加功能,所以不可能为了它而添加更多的部件,增加材料清单(BOM),以致最终销售价格超出预期。

 

 

优化基于软件的GNSS系统
 
  要在消费电子设备中增加基于软件的GNSS 功能,对于缺乏RF经验的开发人员来说可能很可怕。实际上,优化RF接收器仍然属于模块 OEM的范畴,而且只要跟随参考设计和相关配套设计的建议,就可获得很好的效果。所不同的只是现在主处理器接收的是基带信号,而不是(来自独立式GNSS接收模块的)定位数据或(来自硬件GNSS相关器的)伪距(pseudo-range) 测量数据,也无需对RF接收器或基带软件进行任何开发或改进。设计人员真正要面对的优化问题,是如何将基带处理软件更好地集成在现有设备中。这会涉及许多架构上和实施上的权衡问题,需要加以考虑(包括在最差工作条件下,以最小的功耗维持性能和精确度的问题);而且这些问题对灵敏度、性能、精度和功耗的影响巨大。

  最差工作条件定义了基于软件的基带处理的极限。毕竟,若在主处理器处于最大负荷时都能维持精度,那么当主处理器有更多处理资源可用时,就肯定会工作得更出色。

  在具备多媒体功能的消费电子设备中,主处理器一般都要处理所有基本功能,同时还得支持压缩视频和流音频的解码和播放。因此,当播放视频或音频时,与GNSS基带处理相关的负荷就会受到最大限制。不过,虽然视频和位置跟踪信息都要占用整个显示屏,但用户也不太可能既观看视频节目,又同时要求高精度的位置跟踪信息。要注意的是,在播放视频节目时,设备仍然需要维持适当的灵敏度和精度来跟踪 GNSS信号,以避免失去了信号,而稍后得花时间重新获取。幸好,大多数设备在跟踪最少的 GNSS卫星信号时都能容忍精度稍减。为了不使主处理器过载,并影响视频播放质量,开发人员可采用诸如推算定位(dead reckoning)之类的技术(参见补充资料:最差工作条件的调和战略)来大幅减少基带处理负荷,并以逐渐降低但仍然合理的精度来维持定位功能。当需要更精确的定位数据时(例如用户暂停视频节目来查看自己的当前位置),GNSS系统就可利用当前的可用处理资源,快速恢复定位精度。 其实,很多能在最差工作条件下减少处理负荷的技术可以酌情用于灵敏度和功耗之间的权衡。虽然,设备的主处理器周期也许可用于基带处理,但却要在功耗上付出代价。在电池寿命极为重要的手持设备中,如果刻意将定位精度维持在一个合理的水平,设备就能使主处理器多置于待机模式以节省电能。基于软件的基带处理的主要优点之一,是能够灵活地在设备上实现各种创新的节能技术(参见补充材料:各种创新的节能技术)。这是因为系统的不同部分都可单独控制,而且无需进行昂贵的重新流片(re-spin),就可在现有设计



衛星數據更新: 10.12.2017
頁面最後更新: 10.12.2017
編輯部門: Shelley Canright
技術部門: Brian Dunbar
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