基于伽里略計劃的全球定位系統(tǒng)的設計

　　全球定位系統(tǒng)(GPS)的功能性會迅速主導消費電子應用市場，顯現(xiàn)為下一代系統(tǒng)的基本特點。汽車及手機的個人導航設備(PND)均具有精確定位的能力。同時許多先進的GPS服務仍在開發(fā)，例如：基于場所的廣告。在地圖上查找用戶位置是基本的功能，如無需顯著地增加總成本及處理器負載，這一功能的推動已足夠使GPS成為主流設備。

　　消費者同意為高性能和準確性付出很高的價格。但同時，開發(fā)者必須熟悉大量的關鍵技術，使GPS功能可能用于消費電子設備。通過其他的衛(wèi)星信號的可用性，PND將能夠更快速更精確地鎖定位置，遠遠超出只應用GPS設備。尤其在市內的環(huán)境下，大部分是基于定位服務。此時，GPS的精確性有些不足。

　　伽里略計劃是歐洲聯(lián)盟主持開發(fā)和實施的衛(wèi)星全球定位網絡。伽里略計劃是為與GPS一同工作設計，而不是競爭。伽里略計劃的衛(wèi)星將發(fā)射許多帶寬的信號，其中之一L1基帶與GPS使用同一頻率。L1基帶在GPS衛(wèi)星和補充軌道之間，從而增加信號數量。人們能夠在任一指定位置接收信號。這將大大提高城市內定位的準確度。為了獲取好的定位，至少需要四顆衛(wèi)星。伽里略計劃／基于GPS的個人導航設備將允許同時使用兩個系統(tǒng)的衛(wèi)星，這樣更多的衛(wèi)星可以被利用。實際上，目前PND可達到確定步行者是走在街道的哪一邊的準確度。

　　GPS系統(tǒng)已有30年的歷史，由美國國防部運作。它最初并不是為商業(yè)設計的。伽里略計劃有效地補充了GPS。因為擁有更多的可用衛(wèi)星。伽里略計劃將提供高于GPS的精確度(商業(yè)應用中，伽里略計劃的精確度為4米，GPS的精確度為10米)。伽里略計劃不是由單一的政府機構控制的，不能隨意停止服務或改變衛(wèi)星精確度。

　　在那個時候，一顆伽里略計劃的實驗衛(wèi)星(Giovea)已經部署，它已檢驗過所有重要的發(fā)射機制及技術。隨著計劃的進程，27顆伽里略計劃的衛(wèi)星將進入軌道?，F(xiàn)在，因為過于漫長的開發(fā)周期。許多OEM廠商已開始考慮實施伽里略／基于GPS的計劃，一旦伽里略計劃可用，消費者能夠立刻受益。理想地是：有些設備單獨使用GPS，直到伽里略計劃衛(wèi)星發(fā)射，它們可升級并使用伽里略計劃衛(wèi)星?，F(xiàn)在，即使OEM廠商不打算升級已用設備，但也開始設計支持雙系統(tǒng)的架構。這樣，當伽里略計劃成為可用系統(tǒng)時，就可以避免耽誤上市時間及失去市場機會。

　　因為GPS系統(tǒng)與伽里略計劃使用相同頻率基帶(中心頻率為1.575 GHz)，所以利用一個無線電設備連接兩個系統(tǒng)是有可能的(也就是雙重的無線電設備)。以上兩個系統(tǒng)在信號獲取方面有輕微不同，仍需要進行不同的配置。伽里略計劃的信號利用4MHz帶寬。與之相比不同的是：GPS利用2MHz帶寬，并采用不同的編碼方案。從基帶角度看，兩種調制方法能使用相關解調器。所以用一個單一基帶處理器帶一個柔性相關器模塊，獨立地配置，可同時解調伽里略計劃和GPS信號。

　　想找到一個有成本效益的方法，實現(xiàn)伽里略計劃／GPS系統(tǒng)功能，其關鍵在于：在已存在架構中未使用的能力與軟件實施基帶處理器部分問存在的平衡。例如：手機的一個應用處理器，它負責處理全部非通信功能。當人們對音樂及視頻等多媒體服務興趣日益濃厚時，這一處理器變得越來越強大。當不使用這些服務時，這一處理器通常空閑，甚至關掉，以節(jié)約電能。

　　當在應用處理器中，以軟件實施基帶處理時，消費領域的伽里略計劃／GPS會成為可能。這樣基于軟件的伽里略計劃／GPS類似于軟件定義的無線電設備，因為單一硬件的無線電設備支持多個衛(wèi)星系統(tǒng)。另外，隨著無線通信技術不斷集中，可預見在不久的未來，消費類設備要利用多功能無線電通信設備支持藍牙，Wi-Fi及伽里略計劃／GPS。

　　開發(fā)者可以選擇：用硬件完成GPS基帶處理及用軟件完成伽里略計劃基帶處理而不利用主處理器資源，或用軟件實現(xiàn)GPS及伽里略計劃的需求。選用全使用軟件實現(xiàn)的方法完全不需要硬件基帶芯片，兩種方法都降低了成本。

　　很明顯，用軟件實現(xiàn)基帶處理，伽里略計劃／GPS價格可降低超過50％。另一因素為基于軟件開發(fā)的商業(yè)模式。軟件開發(fā)完成，就不再有制造費用，它將長期和硬件捆綁銷售。另外，伽里略計劃能夠添加基于軟件的基帶設備，同時無需增加總硬件費用。它與基于硬件的實現(xiàn)方法對比，在伽里略計劃實行之日，無需客戶立刻添加任何費用。

　　軟件基帶處理的可行性由對最壞裝載的評測決定。關于伽里略計劃／GPS的峰值處理發(fā)生于初始信號獲取或定位丟失后即刻。位置確定后，基帶處理大幅下降。系統(tǒng)維護已知定位比較容易。

　　很明顯，最壞情況處理不能壓跨應用處理器。當ARM9典型手機處理器66％用于軟件基帶初始運作時，系統(tǒng)軟件商將期望能削減10％～15％的負載。

　　實現(xiàn)的方法為采用非實時手段進行處理。實時信號流的處理要求基于中斷信號的處理，這將帶來高費用及實時管理多任務的復雜。另外。因為處理器不斷被處理信號而打斷，所以它不能經常被關掉，增加了能耗。

　　非實時處理方法采用脈；中方式，收集許多數據，一同處理。這種方法有延時，但絕不影響精確度及用戶的感受。如果數據聚集到一定程度，處理將被啟動。如果系統(tǒng)是實時處理，處理器將經常被喚起。

　　尋址靈敏度

　　靈敏度是一個關鍵性能，影響伽里略計劃／GPS的精確度，尤其是手機接收的精確性。系統(tǒng)(例如：A-GPS系統(tǒng))可接收130 dBm～155 dBm信號，其噪聲低于19dB～34dB。這些信號由相關器處理。一些其他信號接近有效信號的頻率或有效帶寬，它將作為干擾，降低無線電通信的靈敏度。大多數普通和破壞性的干擾源來自個人導航設備自身。

　　有幾個辦法用于克服內在的傳輸干擾。既然傳輸信號已知，就可從伽里略計劃／GPS信號里減去它。另一種選擇：使用濾波器保護接收的衛(wèi)星信號。

　　雙重無線電設備架構同時有兩個最佳濾波器，分別用于2 MHz的GPS信號和4 MHz的伽里略計劃信號。GPS的調制方式是BPSK，伽里略計劃的調制方式是BOC(1，1)。允許兩種信號占用同一帶寬，相關器自己可分辨它們。反之亦然。

　　基帶處理器也使用濾波器。當基帶濾波器用硬件實現(xiàn)時，濾波器的值是固定的，應用受限制。當基帶濾波器用軟件實現(xiàn)時，可改變其值適應不同的信號。另外，先進的濾波器法則可用于已有設備架構。應用于手機架構時，它們有極大的差別，如軟件方式可使單一雙重無線電設備最優(yōu)地處理多種信號生產線。

　　噪聲或被控電壓晶體振蕩器能嚴重削減靈敏度。一般來說，時鐘源越穩(wěn)定，造價越高，收集時間也越快。

　　無論如何，這是一個普遍的誤解：GSM參考時鐘可作為伽里略計劃／GPS穩(wěn)定的參考時鐘。GSM用網絡頻率保證它的時鐘。但伽里略計劃／GPS系統(tǒng)將不允許使用衛(wèi)星信號維護其時鐘。最安全的做法是它使用獨立的時鐘，雖然要增加總成本。

　　開發(fā)人員應仔細考慮系統(tǒng)性能及成本。