如何優化消費電子設備內的GPS系統

上實現各種新技術。

架構靈活性

用軟件實現基帶處理所提供的靈活性，還能使開發人員針對各種應用的具體成本、功率和性能指標來調節處理和功耗技術。由於這些要求差異都由軟件來應付，所以只需一個硬件無線電接收器就可應對眾多不同的應用，從而為OEM廠商提供更好的規模經濟效益。相比之下，若採用基於硬件的傳統GNSS 模塊，開發人員就要面對困難：要么維持好幾種RF 硬件設計；要么維持一種能通用於多種應用、但在每種應用上的表現也不會最優化的硬件設計。此外，當有針對特殊信號或環境條件的新算法面世，就可以用軟件方式來實現，這既延長了無線接收架構的使用期，而且還能繼續改進各種性能，例如精度和跟踪靈敏度等。

基於軟件的GNSS的靈活性也較僅僅採用硬件的設計提供更高的精度。這可用SiGe半導體公司觀察到的一個例子來具體說明；在該案例中，基於軟件的接收器由於信噪比提高，其定位精度也增加。現場測試表明，基於軟件的接收器僅需3dB的差分靈敏度，就能實際跟踪較少數量的衛星而取得更高的定位精度。

此外，基於軟件的GNSS還有另一個優點，即能夠靈活地支持不同的GNSS技術，如即將投入的歐洲伽利略（Galileo） 系統。伽利略系統是對美國運作的全球定位系統（GPS）的補充，使得在任何一個特定位置會有更多衛星，讓GNSS接收器採集定位信號。能同時支持GPS和伽利略系統的GNSS接收器可以在都市峽谷（urban canyon）實現更高的定位精度，甚至確定出一個人到底走在街上的哪一邊。這樣的精度提升了GNSS接收器的作用、可靠性，而最基本的是提高了用戶的接受程度。

由於伽利略系統的L1頻段採用與GPS的L1頻段相同的頻率，因此採用同一個接收器就能跟踪兩個系統的衛星。如果L1和L2頻段均可使用，就可以採用雙頻段接收器。不過，因為伽利略系統和GPS的基帶處理有顯著差別，所以只有基於軟件的方式才可以在不必大幅改動現有GPS構架的前提下，支持伽利略系統。如果能夠通過軟件來升級現有系統，從而在伽利略系統開始投入服務時就馬上提供支持，這意味著可以​​避免產品開發延誤的昂貴成本，並抓住商機。

基於軟件的GNSS會跟隨PC軟件調製解調器走過的步伐發展並不教人驚訝。在調製解調器設計中，由於PC有足夠的處理資源，工程師能省去許多硬件，從而大幅度減少系統的部件數量。這在具備多媒體功能的設備（比如便攜媒體播放器和手機等）上同樣可以實現。這類設備本身已經有一個可用於顯示位置信息的彩色LCD，而且也有一個能夠承擔基帶處理任務的強大處理器。事實上，要實現基於GNSS技術的位置跟踪功能，唯一需要新添的硬件就是一個RF收發器和天線（參見圖2）。

圖2. 對設計消費電子的工程師而言，基於軟件的GPS架構也簡化了RF子系統的設計；而且，這種架構不需要硬件基帶處理器，而是充分挖掘設備主處理器的潛力。這使添加GPS功能的成本大大縮減，並掃除了將GPS技術應用於眾多消費電子產品的設計障礙。

當然，GNSS 基帶處理絕非微不足道。例如，直接影響首次定位時間（Time to First Fix, TTFF）的GNSS相關性處理（GNSS Correlation）過去一直都是用芯片中的真正相關器路徑解調器（finger）來進行；或採用一個DSP 核來仿真並行相關器。相關分析之類的函數可由通用處理器來計算，但一般專門的GNSS 應用都不會如此，因為引入這種處理週期的成本比採用同等數量的專用ASIC門的要高得多。

不過，手機上的主處理器因為需要完成音／視頻流的解碼工作，所以本身已足夠強大。當不使用音／視頻服務時，應用處理器的一部分將處於閒置狀態，這時候就可利用它來完成基帶處理。由於這些資源本身已是架構中的一環，因此，利用它們來實現其它計算並不會額外增加成本。換句話說，應付GNSS 基帶計算這一額外的工作負擔，不需要增加新的處理資源。

基於軟件的GNSS擁有硬件模塊所提供的許多集成優勢，尤其是在管理大多數RF設計問題方面，優點非常多。在這種方案中，RF接收器直接連接到設備的主處理器上，後者所運行的軟件能仿真傳統GNSS硬件基帶的功能，從而大大簡化集成工藝。對於大批量應用來說，RF接收器模塊可作為一種參考設計直接集成在設備中。工程師如需在設備（如PDA）中添加位置跟踪功能，往往可以從RF芯片供應商處獲取相關的工程技術資源，使工藝更加順利。