用软件实现全球导航卫星系统的设计要素

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        利用包括全球定位系统(GPS)和/或伽利略(Galileo)系统在内的全球导航卫星系统(GNSS)的位置追踪在推动许多消费电子产品的发展。

        GNSS不再仅限于用在汽车应用、测量仪器和海事导航或昂贵的手持跟踪系统,它眼下在想方设法进入许多诸如蜂窝手机和个人导航设备(PND)等对成本敏感的应用。但若要使消费电子产品广泛采用GNSS,则降低其成本仍是关键。

        对价格点更灵活的高端设备来说,GNSS通常是采用独立的基于硬件的模块实现的。虽然基于硬件模块的设计在简化了GNSS设计的同时,还为主处理器提供完全评估后的定位数据,但这些模块也相对增加了材料成本。因GNSS主要是作为消费电器的增值特性而非基本用途,所以想在给这些消费电子产品增加GNSS功能而不显著影响产品成本就并非总行得通,从而带来必须以不具有竞争优势的价格出售产品的风险。

        基于软件GNSS的出现极大降低了系统内增加GNSS功能的成本。在基于软件的GNSS内, GNSS基带微控制器传统上所用的集成电路和存储器投入就省去了,与独立GNSS接收机成本相比,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广泛的包括便携媒体播放机和手机在内等的应用中。要说的是,这些设备业已采用彩色液晶显示器(LCD),所以可借用LCD显示位置信息,且无须增加额外的新处理资源或能力就有可用于基带处理的足够处理资源。

       对没有或射频(RF)设计经验不足的开发者来说,为消费电子设备开发一个GNSS子系统是件费心费力的事。主要困难还不在于优化接收器性能(因为许多可用的GNSS接收器具有很高集成度)、降低成本以及对包括遵从参考设计建议所得到的好处在内的全面支持。真正挑战在于:当用纯软件实现GNSS基带处理时,要做出多个会对灵敏度、性能、精度和功耗有巨大影响(好或坏)的架构和细节方面的决定。

        若软件工程师了解某些关键RF规则以及如何在系统内优化这些规则,他们就可更好地最大化信号完整性和定位精度以为高度竞争的消费电子市场构建成功的GNSS系统。有可能借助软件架构的内在灵活性、以比基于硬件模块方案更低的成本实现更高水平的系统能力(如:用更少卫星改进定位精度)。

       基带GNSS处理绝非微不足道。基于性能和成本原因,GNSS基带传统上是用硬件实行GNSS相关器功能,采用的方法或是利用真正的相关器指针或使用一个数字信号处理(DSP)核来仿真巨大并行相关器的功能[即,用于加强首次定位(TTFF)性能]。把GNSS整合进诸如手机等消费电子产品内的动力业已改变了用于决定实现GNSS最有效方法的投资回报率(ROI)等式。真正的问题是为一个业已存在的架构引入GNSS时增加的成本。例如,若采用的是6美元成本的硬件来实现GNSS,则增加的系统成本就是6美元。

        图1显示的是带RF射频和基于硬件基带的传统独立GPS模块架构。图2显示的是同样的独立GPS模块是如何在诸如PND这样的产品中与应用处理器连接起来的。在软件基带架构中,基带处理是由主处理器(图3)实现的,采用的方式是使在当代个人计算机内的标配软件调制解调器看起来一样。
 

用软件实现全球导航卫星系统应注意的设计事项

 

用软件实现全球导航卫星系统应注意的设计事项

 

用软件实现全球导航卫星系统应注意的设计事项

       在单独GNSS应用中,因处理器时钟周期成本远比专用集成电路(ASIC)处理GNSS所用的相应数量门的成本高,所以GNSS信号的基带处理传统上不是用主处理器实现的。但在手机中,因为满足最近对多媒体服务不断增加的需求,一个功能强大的应用主处理器业已成为必须,该处理器必须具有足够的能力解码流音乐和视频文件。另外,当没使用这些服务时,应用处理器可能开工不足或处在待机模式,从而可用其完成其它任务。

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