筆記本電腦借助通用GPS RF前端實(shí)現軟件基帶處理

引言

近來(lái)，通訊和導航工程師越來(lái)越傾向在全球定位系統(GPS)中采用軟件技術(shù)。^1,2 由于超大規模集成電路的發(fā)展，性能強大的CPU和DSP能夠通過(guò)軟件對GPS信號進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和解碼。這些基于軟件的GPS接收機具有相當強的靈活性：只需修改設置參數即可適應新的應用，無(wú)需重新設計硬件，選擇一個(gè)IF，就可完成進(jìn)一步的系統升級。

利用MAX2769 GPS接收機RF前端芯片，簡(jiǎn)單的USB dongle或PCI Express® (PCIe®)迷你卡就可以為筆記本電腦增加低本錢(qián)的GPS功能。MAX2769將接收到的原始數據傳輸到PC主機，PC主機利用軟件實(shí)現基帶解碼，從而 省往了單機GPS系統所需要的基帶ASIC的本錢(qián)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，MAX2769使設計職員可以利用單芯片實(shí)現GPS和Galileo系統信號處理的適配器。

本文給出了GPS系統的工作狀態(tài)概述，并具體描述了Maxim的基于軟件的GPS接收機方案。

GPS基本原理

GPS系統包含24顆空間衛星或空間運載器(每個(gè)都用唯一的偽隨機噪聲編碼識別)、地面控制站以及用戶(hù)設備(接收機)。對于民用GPS和Galileo系統，這些衛星通過(guò)頻率為1.57542GHz的L1波段進(jìn)行通訊。³ GPS接收機必須捕捉到至少四顆衛星的信號才能進(jìn)行可靠定位，信號捕捉和跟蹤非常復雜，由于每顆衛星和接收機的位置時(shí)刻都在變化。

圖1. 民用GPS信號發(fā)生器采用擴頻技術(shù)發(fā)送信號。

GPS信號

GPS系統實(shí)際上是一個(gè)簡(jiǎn)單的擴頻通訊系統。 圖1提供了一個(gè)民用GPS系統的信號發(fā)生電路。首先，50bps的 導航信息重復20次，形成1000bps的比特流。然后這個(gè)重復信號被長(cháng)度為1023碼片(偽隨機噪聲(PRN)碼的碼速)的唯一粗調/捕捉碼(C/A) 進(jìn)行擴頻，形成1.023Mcps的基帶信號。此用這種擴頻方法后，43dB大小的GPS系統的總處理增益(G)可以很好地恢復比熱噪聲電平低得多的信 號。

每顆衛星都有唯一的C/A碼或者說(shuō)Gold碼。 由于具有很好的自相關(guān)和互相關(guān)性，Gold碼被廣泛用于各種CDMA通訊系統，如WCDMA和cdma2000®?；鶐盘柦?jīng)過(guò)二元相移鍵控(BPSK)調制后被上變頻到L1波段進(jìn)行傳輸。

信號捕捉

由于GPS是一種CDMA通訊系統，所以作為解調數據的先決條件，接收機必須與PRN碼進(jìn)行同步。實(shí)現代碼同步通常需要兩個(gè)步驟：用來(lái)實(shí)現粗對準的代碼捕捉和用來(lái)實(shí)現精細對準的代碼相位跟蹤。⁶ 更明確地講，GPS接收機必須首先確定它對某顆衛星是否具有視距上的可視性。我們知道，每顆衛星都由唯一的C/A碼來(lái)區分。當衛星可視時(shí)，由捕捉過(guò)程判定 信號的頻率和代碼相位，然后確定相應的解調參數。由于存在多普勒效應，根據衛星相對于接收機的速度，接收信號的頻率一般會(huì )偏移標稱(chēng)值5kHz到 10kHz。

在接收器端，GPS信號首先被下變頻到同向和正交(I和Q)分量信號。再由一對I和Q相關(guān)器將I/Q基帶信號與本地PRN序列進(jìn)行相關(guān)運算。經(jīng)過(guò)一個(gè)比特周期的積分后，I-Q相關(guān)器的輸出被累加起來(lái)以提供輸出判定變量。