提高S-GPS靈敏度

要將S-GPS應(yīng)用于單天線多頻譜CDMA手機(jī)，需要重點(diǎn)注意幾個問題。

通常，CDMA手機(jī)用戶撥打E911來獲取他們所在位置的信息，這是通過內(nèi)嵌GPS器件來實(shí)現(xiàn)的。到目前為止，基于用戶終端的GPS接收端大多數(shù)都采用時分復(fù)用模式（TM-GPS）來工作。其中，GPS信號和手機(jī)通話信號要連續(xù)來回切換。這種技術(shù)很有吸引力，因為同一時間只需要一套射頻器件工作，并且很容易實(shí)現(xiàn)。

脫穎而出的GPS同步技術(shù)

GPS信號和手機(jī)信號可以同步工作的S-GPS已經(jīng)越來越普及，它不但能將靈敏度提高大約4db，還能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)商基于位置的服務(wù)（LBS）。自2004年以來，很多生產(chǎn)商（如高通）已經(jīng)在市場上推出了帶有S-GPS功能的芯片，今天很多CDMA手機(jī)都已使用。

通常情況下，單一天線的系統(tǒng)仍然是制造商的首選。它價格更低，并且體積更小。圖1為一個單天線三頻手機(jī)中GPS接收鏈的總體框圖。

圖1 在單天線三頻手機(jī)中，GPS接收鏈的常見形式

GPS接收鏈含有一個GPS濾波器、一個低噪放大器（LNA）、一個中間級濾波器，以及一個下變頻器（Down Inverter），每個元件都會影響整體的系統(tǒng)靈敏度。GPS靈敏度被定義為手機(jī)在98%的工作時間內(nèi)定位到GPS衛(wèi)星時，天線端的最低信號功率水平。

圖2 系統(tǒng)噪聲和每個元件的插損或者噪聲的圖形

對于TM和S-GPS的工作，影響系統(tǒng)靈敏度的主要變量是第一級GPS濾波器的插損和低噪聲放大器的噪聲系數(shù)，而第二級GPS濾波器的插損以及下變頻器的噪聲系數(shù)只有很小的影響。圖２中顯示了各個分立元件如何影響系統(tǒng)整體噪聲。

由于第一濾波器的插入損耗和低噪聲放大器的噪聲系數(shù)對GPS系統(tǒng)靈敏度有著直接的影響，我們在選擇元件時應(yīng)該將它們降至最低。濾波器的插入損耗是由其品質(zhì)因素Q決定的，Q越大，濾波器性能就越好。目前手機(jī)中使用兩種濾波器技術(shù)：聲表面波濾波器（SAW）和薄膜體聲波諧振器（FBAR），通常后者具有更高的Q值和更低的插損。

帶外干擾

S-GPS帶來了一個新的問題。它的GPS接收鏈存在著高強(qiáng)度的帶外干擾，這種干擾會使得GPS接收器飽和并降低GPS接收端的靈敏度。TM-GPS則不存在這樣的問題，因為GPS信號和手機(jī)信號是串行工作的。
PCS/蜂窩頻帶Tx信號泄露和Tx+干擾交調(diào)信號是兩種最重要的帶外干擾。濾除這些信號對于防止外部低噪聲放大器(LNA)增益壓縮和保持良好的系統(tǒng)靈敏度是很重要的。

要實(shí)現(xiàn)最大的GPS靈敏度，推薦選擇可用的IL濾波器和IIP3 LNA取值，并實(shí)現(xiàn)盡可能大的帶外隔離。在選擇低噪聲放大器后處理模塊（第二級GPS）濾波器的時候，帶外抑制特性應(yīng)該優(yōu)先于插損，因為其主要功能是濾除任何可能被低噪聲放大器放大的帶外干擾。

這些LNA后處理模塊可能會造成下變頻器中的IMD2乘積。應(yīng)該盡量減小IMD2乘積，因為它們會在下變頻到基帶水平時解調(diào)信號的AM分量，這會導(dǎo)致誤碼率惡化。

三頻手機(jī)的兩種解決方案

圖3 GPS接收鏈方框圖

圖3所示的是單天線三頻手機(jī)的兩種解決方案。解決方案一是將一個具有1.8dB GPS IL的三路復(fù)用器和一個長射頻軌跡連接至LNA，由LNA補(bǔ)給額外的損耗，對CDMA Tx干擾有48dB的隔離度。

收發(fā)器芯片中的內(nèi)置LNA通常具有接近0dBm的IIP3值。綜合以上濾波器和LNA值，通常會產(chǎn)生0.2dB的LNA增益壓縮，而前兩級噪聲值變?yōu)?.1dB。

級間GPS濾波器的抑制度為47dB，不足以阻止下變頻器增益壓縮進(jìn)一步下降。這套解決方案的系統(tǒng)總增益和NF值分別是38.97dB和4.49dB。這套系統(tǒng)中預(yù)期的總體GPS靈敏度是-155.4dBm，當(dāng)用于內(nèi)部天線時，將無法滿足E911的精確度要求（50m用于67%的通話）。

如果使用如圖3所示的多路復(fù)用器方案，則有望改善GPS的靈敏度。多路復(fù)用器中的第一級GPS濾波器具有較低的IL(0.9dB)，隔離度要比CDMA TX兩個信道的-52dB好?？梢栽诙嗦窂?fù)用器GPS端口附近放一個外置的GaAs LNA濾波器，由于RF鏈路較長，將不會引入額外的損耗。所用的LNA濾波模塊具有54dBc的隔離度，0.8dB的NF，以及改善的線性度：5dBm的IIP3。

這時，整體系統(tǒng)增益結(jié)果以及NF分別變成40.06dB和1.97dB。這個解決方案足以抑制CDMA Tx干擾，以至于可忽略LNA和下變頻器中的增益壓縮，預(yù)計的總體GPS靈敏度大約為 -157.6dBm。GPS靈敏度的2dB改善足以提供一種滿足E911要求的解決方案。

S-GPS架構(gòu)使得在TM-GPS架構(gòu)上改善靈敏度成為可能，并使得LBS成為可能。然而，同時使用GPS和CDMA無線通信則給在手機(jī)中使用的元件選擇帶來新限制。

新增的考慮因素主要是抑制帶外強(qiáng)干擾，比如蜂窩或PCS Tx鏈路的Tx信號泄漏。在GPS靈敏度中，兩個最重要因素分別是第一級GPS濾波器損耗和LNA NF。

為了防止LNA的增益壓縮，需要使用線性度好的LNA并選擇帶有對CDMA Tx信道有足夠抑制能力的濾波器。兩級GPS接收機(jī)結(jié)構(gòu)是高度集成的，緊湊的多路器/GPS LNA濾波器模型解決方案，在三路復(fù)用器的基礎(chǔ)上又將靈敏度改善了2.2dB。