用軟件實(shí)現全球導航衛星系統的設計要素

利用包括全球定位系統(GPS)和/或伽利略(Galileo)系統在內的全球導航衛星系統(GNSS)的位置追蹤在推動(dòng)許多消費電子產(chǎn)品的發(fā)展。

GNSS不再僅限于用在汽車(chē)應用、測量?jì)x器和海事導航或昂貴的手持跟蹤系統，它眼下在想方設法進(jìn)入許多諸如蜂窩手機和個(gè)人導航設備(PND)等對成本敏感的應用。但若要使消費電子產(chǎn)品廣泛采用GNSS，則降低其成本仍是關(guān)鍵。

對價(jià)格點(diǎn)更靈活的高端設備來(lái)說(shuō)，GNSS通常是采用獨立的基于硬件的模塊實(shí)現的。雖然基于硬件模塊的設計在簡(jiǎn)化了GNSS設計的同時(shí)，還為主處理器提供完全評估后的定位數據，但這些模塊也相對增加了材料成本。因GNSS主要是作為消費電器的增值特性而非基本用途，所以想在給這些消費電子產(chǎn)品增加GNSS功能而不顯著(zhù)影響產(chǎn)品成本就并非總行得通，從而帶來(lái)必須以不具有競爭優(yōu)勢的價(jià)格出售產(chǎn)品的風(fēng)險。

基于軟件GNSS的出現極大降低了系統內增加GNSS功能的成本。在基于軟件的GNSS內， GNSS基帶微控制器傳統上所用的集成電路和存儲器投入就省去了，與獨立GNSS接收機成本相比，有效地把成本降低了80%。因此就有可能把GNSS功能以具成本效益的方式引入廣泛的包括便攜媒體播放機和手機在內等的應用中。要說(shuō)的是，這些設備業(yè)已采用彩色液晶顯示器(LCD)，所以可借用LCD顯示位置信息，且無(wú)須增加額外的新處理資源或能力就有可用于基帶處理的足夠處理資源。

對沒(méi)有或射頻(RF)設計經(jīng)驗不足的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，為消費電子設備開(kāi)發(fā)一個(gè)GNSS子系統是件費心費力的事。主要困難還不在于優(yōu)化接收器性能(因為許多可用的GNSS接收器具有很高集成度)、降低成本以及對包括遵從參考設計建議所得到的好處在內的全面支持。真正挑戰在于：當用純軟件實(shí)現GNSS基帶處理時(shí)，要做出多個(gè)會(huì )對靈敏度、性能、精度和功耗有巨大影響(好或壞)的架構和細節方面的決定。

若軟件工程師了解某些關(guān)鍵RF規則以及如何在系統內優(yōu)化這些規則，他們就可更好地最大化信號完整性和定位精度以為高度競爭的消費電子市場(chǎng)構建成功的GNSS系統。有可能借助軟件架構的內在靈活性、以比基于硬件模塊方案更低的成本實(shí)現更高水平的系統能力(如：用更少衛星改進(jìn)定位精度)。

基帶GNSS處理絕非微不足道?；谛阅芎统杀驹?，GNSS基帶傳統上是用硬件實(shí)行GNSS相關(guān)器功能，采用的方法或是利用真正的相關(guān)器指針或使用一個(gè)數字信號處理(DSP)核來(lái)仿真巨大并行相關(guān)器的功能[即，用于加強首次定位(TTFF)性能]。把GNSS整合進(jìn)諸如手機等消費電子產(chǎn)品內的動(dòng)力業(yè)已改變了用于決定實(shí)現GNSS最有效方法的投資回報率(ROI)等式。真正的問(wèn)題是為一個(gè)業(yè)已存在的架構引入GNSS時(shí)增加的成本。例如，若采用的是6美元成本的硬件來(lái)實(shí)現GNSS，則增加的系統成本就是6美元。

圖1顯示的是帶RF射頻和基于硬件基帶的傳統獨立GPS模塊架構。圖2顯示的是同樣的獨立GPS模塊是如何在諸如PND這樣的產(chǎn)品中與應用處理器連接起來(lái)的。在軟件基帶架構中，基帶處理是由主處理器(圖3)實(shí)現的，采用的方式是使在當代個(gè)人計算機內的標配軟件調制解調器看起來(lái)一樣。

在單獨GNSS應用中，因處理器時(shí)鐘周期成本遠比專(zhuān)用集成電路(ASIC)處理GNSS所用的相應數量門(mén)的成本高，所以GNSS信號的基帶處理傳統上不是用主處理器實(shí)現的。但在手機中，因為滿(mǎn)足最近對多媒體服務(wù)不斷增加的需求，一個(gè)功能強大的應用主處理器業(yè)已成為必須，該處理器必須具有足夠的能力解碼流音樂(lè )和視頻文件。另外，當沒(méi)使用這些服務(wù)時(shí)，應用處理器可能開(kāi)工不足或處在待機模式，從而可用其完成其它任務(wù)。