為行動和可攜設(shè)備設(shè)計超低成本GPS

   GPS并不是一個新概念。5年前，GPS還只是頂級汽車的裝備，但隨著便宜和強健的掌上型個人導(dǎo)航設(shè)備(PND)的推出，擁有這種設(shè)備的用戶數(shù)量已經(jīng)有了很大的成長。今天，用戶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、走進街頭甚至是室內(nèi)。換句話說，PND功能將被整合進手機。如果手機中的GPS獲得成功，那么，設(shè)計具有足夠智慧來應(yīng)對極具挑戰(zhàn)的行動環(huán)境就顯得非常重要，這不僅表現(xiàn)在克服技術(shù)障礙上，還表現(xiàn)在手機市場的滲透上。也即意味著GPS必須在低功率、低成本條件下仍能提供好的性能。

    架構(gòu)改革

    一般來說，傳統(tǒng)GPS的性能已經(jīng)很好了。但遺憾的是，在手機應(yīng)用的功率和成本條件下卻無法實現(xiàn)同樣好的性能。解決此一問題的第一步，就是徹底改革傳統(tǒng)GPS架構(gòu)。降低成本和功率的方法之一，是將GPS技術(shù)整合進現(xiàn)有的RF平臺。

    很明顯，在已擁有行動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。透過嵌入在另外一個平臺上的軟體實現(xiàn)GPS，意味著要比基于硬體的解決方案節(jié)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的軟體實現(xiàn)和現(xiàn)有RF晶片的整合也會為功率要求帶來顯著的影響。但即使具有重新設(shè)計GPS架構(gòu)所帶來的優(yōu)勢，手機中成功實現(xiàn)GPS的基礎(chǔ)也可以做更多改進。

    這在我們討論GPS性能時意味著什么呢？一個傳統(tǒng)的重要指標是TTFF(首次定位時間)，它是指GPS接收器獲得衛(wèi)星訊號所需的時間。過去在惡劣環(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)語現(xiàn)在可以刪除了，問題僅在于：“可根據(jù)要求隨時隨地獲得定位資訊嗎？”答案應(yīng)該為“是的”。

    性能和功率

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

    在為手機設(shè)計GPS時，功率也是一個嚴重的問題。大多數(shù)用戶不會選擇犧牲手機的通話時間給GPS功能使用，因此必須設(shè)法降低功率。

    幸運的是，用戶在手機上使用GPS的方式與在汽車內(nèi)使用的方式截然不同。例如，在車內(nèi)使用PND從A點到B點通常意味著GPS功能需要連續(xù)工作來追蹤訊號，以便獲得車速高達113kph時的車輛即時位置資訊。    

圖1：GPS手機用戶不管在室外還在是室內(nèi)都應(yīng)該有相同的體驗。

    但當(dāng)汽車進入隧道時，傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)將消耗很大的功率來極力擷取永遠也不會成功找到的衛(wèi)星訊號。

    現(xiàn)在，讓我們從隧道中的汽車環(huán)境轉(zhuǎn)換到另外一個等效的環(huán)境──室內(nèi)深處。這時不應(yīng)徒勞地去搜索衛(wèi)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軟體可以透過關(guān)閉GPS射頻模組達到節(jié)省功率的目的。與特別消耗功率的情形不同，在手機作室內(nèi)定位時，GPS功能實質(zhì)上不消耗功率。因為在將GPS設(shè)計進行動平臺時功率非常重要。

    在手機中GPS并不是唯一可用的功能，用戶短時間使用GPS的概率是很高的，例如，尋找到影院的道路，或?qū)ふ易罱牧x大利餐館。基于這樣的原因，讓GPS一直開著是毫無意義的。

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

    過去GPS無法運作的原因，是過于老舊的技術(shù)被硬塞進手機中，即使做出妥協(xié)，都無法形成可使用的解決方案，這種方法實際上會影響手機中其他功能的性能，不僅造成與其他無線技術(shù)的互通作業(yè)性問題以及額外的功率要求，還會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)整合進現(xiàn)有的RF平臺，因而降低了成本和功率。

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

    消費者已經(jīng)偏好于擁有車載GPS技術(shù)，現(xiàn)在他們希望能將GPS帶著上街。產(chǎn)品設(shè)計師現(xiàn)在必須確保采取了正確的措施來應(yīng)對GPS引起的設(shè)計挑戰(zhàn)，并認真確保最終用戶能從中受益。

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