為行動(dòng)和可攜設備設計超低成本GPS

   GPS并不是一個(gè)新概念。5年前，GPS還只是頂級汽車(chē)的裝備，但隨著(zhù)便宜和強健的掌上型個(gè)人導航設備(PND)的推出，擁有這種設備的用戶(hù)數量已經(jīng)有了很大的成長(cháng)。今天，用戶(hù)使用位置資訊的方式不斷變化，而他們獲取資訊的方式也不斷改變。

    不足為奇的是，GPS的下一步發(fā)展將使它走出汽車(chē)、走進(jìn)街頭甚至是室內。換句話(huà)說(shuō)，PND功能將被整合進(jìn)手機。如果手機中的GPS獲得成功，那么，設計具有足夠智慧來(lái)應對極具挑戰的行動(dòng)環(huán)境就顯得非常重要，這不僅表現在克服技術(shù)障礙上，還表現在手機市場(chǎng)的滲透上。也即意味著(zhù)GPS必須在低功率、低成本條件下仍能提供好的性能。

    架構改革

    一般來(lái)說(shuō)，傳統GPS的性能已經(jīng)很好了。但遺憾的是，在手機應用的功率和成本條件下卻無(wú)法實(shí)現同樣好的性能。解決此一問(wèn)題的第一步，就是徹底改革傳統GPS架構。降低成本和功率的方法之一，是將GPS技術(shù)整合進(jìn)現有的RF平臺。

    很明顯，在已擁有行動(dòng)資源的晶片上整合基于軟體的GPS解決方案可大幅降低成本。透過(guò)嵌入在另外一個(gè)平臺上的軟體實(shí)現GPS，意味著(zhù)要比基于硬體的解決方案節省高達80%的面積。這種方法最終可能使增加的成本少于1美元。

    GPS的軟體實(shí)現和現有RF晶片的整合也會(huì )為功率要求帶來(lái)顯著(zhù)的影響。但即使具有重新設計GPS架構所帶來(lái)的優(yōu)勢，手機中成功實(shí)現GPS的基礎也可以做更多改進(jìn)。

    這在我們討論GPS性能時(shí)意味著(zhù)什么呢？一個(gè)傳統的重要指標是TTFF(首次定位時(shí)間)，它是指GPS接收器獲得衛星訊號所需的時(shí)間。過(guò)去在惡劣環(huán)境下，TTFF通常要一分鐘以上。

    由于采用了新的軟體演算法，TTFF術(shù)語(yǔ)現在可以刪除了，問(wèn)題僅在于：“可根據要求隨時(shí)隨地獲得定位資訊嗎？”答案應該為“是的”。

    性能和功率

    如果GPS用在手機上，那不管用戶(hù)站在空曠的室外還是室內都應該有相同的體驗。遺憾的是，目前為止還無(wú)法達到這一目標，確保在較深的室內使用時(shí)具有良好的QoS是設計手機定位服務(wù)面臨的新挑戰。

    在為手機設計GPS時(shí)，功率也是一個(gè)嚴重的問(wèn)題。大多數用戶(hù)不會(huì )選擇犧牲手機的通話(huà)時(shí)間給GPS功能使用，因此必須設法降低功率。

    幸運的是，用戶(hù)在手機上使用GPS的方式與在汽車(chē)內使用的方式截然不同。例如，在車(chē)內使用PND從A點(diǎn)到B點(diǎn)通常意味著(zhù)GPS功能需要連續工作來(lái)追蹤訊號，以便獲得車(chē)速高達113kph時(shí)的車(chē)輛即時(shí)位置資訊。    

圖1：GPS手機用戶(hù)不管在室外還在是室內都應該有相同的體驗。

    但當汽車(chē)進(jìn)入隧道時(shí)，傳統的GPS系統將消耗很大的功率來(lái)極力擷取永遠也不會(huì )成功找到的衛星訊號。

    現在，讓我們從隧道中的汽車(chē)環(huán)境轉換到另外一個(gè)等效的環(huán)境──室內深處。這時(shí)不應徒勞地去搜索衛星訊號，而是讓手機使用蜂巢式三邊測量技術(shù)去計算位置，這將顯得更有意義，也更有效率。

    eGPS軟體可以透過(guò)關(guān)閉GPS射頻模組達到節省功率的目的。與特別消耗功率的情形不同，在手機作室內定位時(shí)，GPS功能實(shí)質(zhì)上不消耗功率。因為在將GPS設計進(jìn)行動(dòng)平臺時(shí)功率非常重要。

    在手機中GPS并不是唯一可用的功能，用戶(hù)短時(shí)間使用GPS的概率是很高的，例如，尋找到影院的道路，或尋找最近的義大利餐館?；谶@樣的原因，讓GPS一直開(kāi)著(zhù)是毫無(wú)意義的。

    解決這個(gè)功率問(wèn)題的方法是讓GPS在需要時(shí)工作，在不用時(shí)完全關(guān)閉，這樣可將電源使用率降低到電池壽命的1%以下。

    過(guò)去GPS無(wú)法運作的原因，是過(guò)于老舊的技術(shù)被硬塞進(jìn)手機中，即使做出妥協(xié)，都無(wú)法形成可使用的解決方案，這種方法實(shí)際上會(huì )影響手機中其他功能的性能，不僅造成與其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)的互通作業(yè)性問(wèn)題以及額外的功率要求，還會(huì )使解決方案總成本居高不下。    

圖2：CSR公司利用其BlueCoreHost軟體將GPS技術(shù)整合進(jìn)現有的RF平臺，因而降低了成本和功率。

    手機中的GPS是消費者確實(shí)需要的功能。從這方面看，將GPS技術(shù)嵌入進(jìn)手機中幾乎是不可避免的趨勢。

    消費者已經(jīng)偏好于擁有車(chē)載GPS技術(shù)，現在他們希望能將GPS帶著(zhù)上街。產(chǎn)品設計師現在必須確保采取了正確的措施來(lái)應對GPS引起的設計挑戰，并認真確保最終用戶(hù)能從中受益。

    在設計手機時(shí)，透過(guò)從體積、性能和成本方面選擇核心元件，被大眾接受的定位服務(wù)將有很大的市場(chǎng)機會(huì )。