如何优化消费电子设备内的GPS系统

上实现各种新技术。

架构灵活性

　　用软件实现基带处理所提供的灵活性，还能使开发人员针对各种应用的具体成本、功率和性能指标来调节处理和功耗技术。由于这些要求差异都由软件来应付，所以只需一个硬件无线电接收器就可应对众多不同的应用，从而为OEM厂商提供更好的规模经济效益。相比之下，若采用基于硬件的传统GNSS 模块，开发人员就要面对困难：要么维持好几种 RF 硬件设计；要么维持一种能通用于多种应用、但在每种应用上的表现也不会最优化的硬件设计。此外，当有针对特殊信号或环境条件的新算法面世，就可以用软件方式来实现，这既延长了无线接收架构的使用期，而且还能继续改进各种性能，例如精度和跟踪灵敏度等。

　　基于软件的GNSS的灵活性也较仅仅采用硬件的设计提供更高的精度。这可用SiGe半导体公司观察到的一个例子来具体说明；在该案例中，基于软件的接收器由于信噪比提高，其定位精度也增加。现场测试表明，基于软件的接收器仅需3dB的差分灵敏度，就能实际跟踪较少数量的卫星而取得更高的定位精度。

　　此外，基于软件的GNSS还有另一个优点，即能够灵活地支持不同的GNSS技术，如即将投入的欧洲伽利略（Galileo） 系统。伽利略系统是对美国运作的全球定位系统（GPS）的补充，使得在任何一个特定位置会有更多卫星，让GNSS接收器采集定位信号。能同时支持GPS和伽利略系统的GNSS接收器可以在都市峡谷（urban canyon）实现更高的定位精度，甚至确定出一个人到底走在街上的哪一边。这样的精度提升了GNSS接收器的作用、可靠性，而最基本的是提高了用户的接受程度。

　　由于伽利略系统的L1频段采用与GPS的L1频段相同的频率，因此采用同一个接收器就能跟踪两个系统的卫星。如果L1和L2频段均可使用，就可以采用双频段接收器。不过，因为伽利略系统和GPS的基带处理有显着差别，所以只有基于软件的方式才可以在不必大幅改动现有GPS构架的前提下，支持伽利略系统。如果能够通过软件来升级现有系统，从而在伽利略系统开始投入服务时就马上提供支持，这意味着可以避免产品开发延误的昂贵成本，并抓住商机。

基于软件的 GNSS会跟随 PC软件调制解调器走过的步伐发展并不教人惊讶。在调制解调器设计中，由于PC有足够的处理资源，工程师能省去许多硬件，从而大幅度减少系统的部件数量。这在具备多媒体功能的设备（比如便携媒体播放器和手机等）上同样可以实现。这类设备本身已经有一个可用于显示位置信息的彩色LCD，而且也有一个能够承担基带处理任务的强大处理器。事实上，要实现基于GNSS技术的位置跟踪功能，唯一需要新添的硬件就是一个RF收发器和天线（参见图2）。

图2. 对设计消费电子的工程师而言，基于软件的GPS架构也简化了RF子系统的设计；而且，这种架构不需要硬件基带处理器，而是充分挖掘设备主处理器的潜力。这使添加GPS功能的成本大大缩减，并扫除了将GPS技术应用于众多消费电子产品的设计障碍。 

　　当然，GNSS 基带处理绝非微不足道。例如，直接影响首次定位时间（Time to First Fix, TTFF）的 GNSS相关性处理（GNSS Correlation）过去一直都是用芯片中的真正相关器路径解调器（finger）来进行；或采用一个DSP 核来仿真并行相关器。相关分析之类的函数可由通用处理器来计算，但一般专门的 GNSS 应用都不会如此，因为引入这种处理周期的成本比采用同等数量的专用ASIC门的要高得多。

　　不过，手机上的主处理器因为需要完成音／视频流的解码工作，所以本身已足够强大。当不使用音／视频服务时，应用处理器的一部分将处于闲置状态，这时候就可利用它来完成基带处理。由于这些资源本身已是架构中的一环，因此，利用它们来实现其它计算并不会额外增加成本。换句话说，应付 GNSS 基带计算这一额外的工作负担，不需要增加新的处理资源。

　　基于软件的GNSS拥有硬件模块所提供的许多集成优势，尤其是在管理大多数RF设计问题方面，优点非常多。在这种方案中，RF接收器直接连接到设备的主处理器上，后者所运行的软件能仿真传统 GNSS硬件基带的功能，从而大大简化集成工艺。对于大批量应用来说，RF接收器模块可作为一种参考设计直接集成在设备中。工程师如需在设备（如PDA）中添加位置跟踪功能，往往可以从RF芯片供应商处获取相关的工程技术资源，使工艺更加顺利。