基于伽里略計(jì)劃的全球定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　全球定位系統(tǒng)(GPS)的功能性會(huì)迅速主導(dǎo)消費(fèi)電子應(yīng)用市場，顯現(xiàn)為下一代系統(tǒng)的基本特點(diǎn)。汽車及手機(jī)的個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備(PND)均具有精確定位的能力。同時(shí)許多先進(jìn)的GPS服務(wù)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(fù)載，這一功能的推動(dòng)已足夠使GPS成為主流設(shè)備。

　　消費(fèi)者同意為高性能和準(zhǔn)確性付出很高的價(jià)格。但同時(shí)，開發(fā)者必須熟悉大量的關(guān)鍵技術(shù)，使GPS功能可能用于消費(fèi)電子設(shè)備。通過其他的衛(wèi)星信號(hào)的可用性，PND將能夠更快速更精確地鎖定位置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出只應(yīng)用GPS設(shè)備。尤其在市內(nèi)的環(huán)境下，大部分是基于定位服務(wù)。此時(shí)，GPS的精確性有些不足。

　　伽里略計(jì)劃是歐洲聯(lián)盟主持開發(fā)和實(shí)施的衛(wèi)星全球定位網(wǎng)絡(luò)。伽里略計(jì)劃是為與GPS一同工作設(shè)計(jì)，而不是競爭。伽里略計(jì)劃的衛(wèi)星將發(fā)射許多帶寬的信號(hào)，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(bǔ)充軌道之間，從而增加信號(hào)數(shù)量。人們能夠在任一指定位置接收信號(hào)。這將大大提高城市內(nèi)定位的準(zhǔn)確度。為了獲取好的定位，至少需要四顆衛(wèi)星。伽里略計(jì)劃／基于GPS的個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備將允許同時(shí)使用兩個(gè)系統(tǒng)的衛(wèi)星，這樣更多的衛(wèi)星可以被利用。實(shí)際上，目前PND可達(dá)到確定步行者是走在街道的哪一邊的準(zhǔn)確度。

　　GPS系統(tǒng)已有30年的歷史，由美國國防部運(yùn)作。它最初并不是為商業(yè)設(shè)計(jì)的。伽里略計(jì)劃有效地補(bǔ)充了GPS。因?yàn)閾碛懈嗟目捎眯l(wèi)星。伽里略計(jì)劃將提供高于GPS的精確度(商業(yè)應(yīng)用中，伽里略計(jì)劃的精確度為4米，GPS的精確度為10米)。伽里略計(jì)劃不是由單一的政府機(jī)構(gòu)控制的，不能隨意停止服務(wù)或改變衛(wèi)星精確度。

　　在那個(gè)時(shí)候，一顆伽里略計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(Giovea)已經(jīng)部署，它已檢驗(yàn)過所有重要的發(fā)射機(jī)制及技術(shù)。隨著計(jì)劃的進(jìn)程，27顆伽里略計(jì)劃的衛(wèi)星將進(jìn)入軌道?，F(xiàn)在，因?yàn)檫^于漫長的開發(fā)周期。許多OEM廠商已開始考慮實(shí)施伽里略／基于GPS的計(jì)劃，一旦伽里略計(jì)劃可用，消費(fèi)者能夠立刻受益。理想地是：有些設(shè)備單獨(dú)使用GPS，直到伽里略計(jì)劃衛(wèi)星發(fā)射，它們可升級(jí)并使用伽里略計(jì)劃衛(wèi)星?，F(xiàn)在，即使OEM廠商不打算升級(jí)已用設(shè)備，但也開始設(shè)計(jì)支持雙系統(tǒng)的架構(gòu)。這樣，當(dāng)伽里略計(jì)劃成為可用系統(tǒng)時(shí)，就可以避免耽誤上市時(shí)間及失去市場機(jī)會(huì)。

　　因?yàn)镚PS系統(tǒng)與伽里略計(jì)劃使用相同頻率基帶(中心頻率為1.575 GHz)，所以利用一個(gè)無線電設(shè)備連接兩個(gè)系統(tǒng)是有可能的(也就是雙重的無線電設(shè)備)。以上兩個(gè)系統(tǒng)在信號(hào)獲取方面有輕微不同，仍需要進(jìn)行不同的配置。伽里略計(jì)劃的信號(hào)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(diào)制方法能使用相關(guān)解調(diào)器。所以用一個(gè)單一基帶處理器帶一個(gè)柔性相關(guān)器模塊，獨(dú)立地配置，可同時(shí)解調(diào)伽里略計(jì)劃和GPS信號(hào)。

　　想找到一個(gè)有成本效益的方法，實(shí)現(xiàn)伽里略計(jì)劃／GPS系統(tǒng)功能，其關(guān)鍵在于：在已存在架構(gòu)中未使用的能力與軟件實(shí)施基帶處理器部分問存在的平衡。例如：手機(jī)的一個(gè)應(yīng)用處理器，它負(fù)責(zé)處理全部非通信功能。當(dāng)人們對(duì)音樂及視頻等多媒體服務(wù)興趣日益濃厚時(shí)，這一處理器變得越來越強(qiáng)大。當(dāng)不使用這些服務(wù)時(shí)，這一處理器通常空閑，甚至關(guān)掉，以節(jié)約電能。

　　當(dāng)在應(yīng)用處理器中，以軟件實(shí)施基帶處理時(shí)，消費(fèi)領(lǐng)域的伽里略計(jì)劃／GPS會(huì)成為可能。這樣基于軟件的伽里略計(jì)劃／GPS類似于軟件定義的無線電設(shè)備，因?yàn)閱我挥布臒o線電設(shè)備支持多個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)。另外，隨著無線通信技術(shù)不斷集中，可預(yù)見在不久的未來，消費(fèi)類設(shè)備要利用多功能無線電通信設(shè)備支持藍(lán)牙，Wi-Fi及伽里略計(jì)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(jì)劃基帶處理而不利用主處理器資源，或用軟件實(shí)現(xiàn)GPS及伽里略計(jì)劃的需求。選用全使用軟件實(shí)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(shí)現(xiàn)基帶處理，伽里略計(jì)劃／GPS價(jià)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(fèi)用，它將長期和硬件捆綁銷售。另外，伽里略計(jì)劃能夠添加基于軟件的基帶設(shè)備，同時(shí)無需增加總硬件費(fèi)用。它與基于硬件的實(shí)現(xiàn)方法對(duì)比，在伽里略計(jì)劃實(shí)行之日，無需客戶立刻添加任何費(fèi)用。

　　軟件基帶處理的可行性由對(duì)最壞裝載的評(píng)測決定。關(guān)于伽里略計(jì)劃／GPS的峰值處理發(fā)生于初始信號(hào)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(hù)已知定位比較容易。

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

　　實(shí)現(xiàn)的方法為采用非實(shí)時(shí)手段進(jìn)行處理。實(shí)時(shí)信號(hào)流的處理要求基于中斷信號(hào)的處理，這將帶來高費(fèi)用及實(shí)時(shí)管理多任務(wù)的復(fù)雜。另外。因?yàn)樘幚砥鞑粩啾惶幚硇盘?hào)而打斷，所以它不能經(jīng)常被關(guān)掉，增加了能耗。

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

　　尋址靈敏度

　　靈敏度是一個(gè)關(guān)鍵性能，影響伽里略計(jì)劃／GPS的精確度，尤其是手機(jī)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(hào)，其噪聲低于19dB～34dB。這些信號(hào)由相關(guān)器處理。一些其他信號(hào)接近有效信號(hào)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(shù)普通和破壞性的干擾源來自個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備自身。

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

　　雙重?zé)o線電設(shè)備架構(gòu)同時(shí)有兩個(gè)最佳濾波器，分別用于2 MHz的GPS信號(hào)和4 MHz的伽里略計(jì)劃信號(hào)。GPS的調(diào)制方式是BPSK，伽里略計(jì)劃的調(diào)制方式是BOC(1，1)。允許兩種信號(hào)占用同一帶寬，相關(guān)器自己可分辨它們。反之亦然。

　　基帶處理器也使用濾波器。當(dāng)基帶濾波器用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，濾波器的值是固定的，應(yīng)用受限制。當(dāng)基帶濾波器用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，可改變其值適應(yīng)不同的信號(hào)。另外，先進(jìn)的濾波器法則可用于已有設(shè)備架構(gòu)。應(yīng)用于手機(jī)架構(gòu)時(shí)，它們有極大的差別，如軟件方式可使單一雙重?zé)o線電設(shè)備最優(yōu)地處理多種信號(hào)生產(chǎn)線。

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

　　無論如何，這是一個(gè)普遍的誤解：GSM參考時(shí)鐘可作為伽里略計(jì)劃／GPS穩(wěn)定的參考時(shí)鐘。GSM用網(wǎng)絡(luò)頻率保證它的時(shí)鐘。但伽里略計(jì)劃／GPS系統(tǒng)將不允許使用衛(wèi)星信號(hào)維護(hù)其時(shí)鐘。最安全的做法是它使用獨(dú)立的時(shí)鐘，雖然要增加總成本。

　　開發(fā)人員應(yīng)仔細(xì)考慮系統(tǒng)性能及成本。