GPS接收器

GPS系統(tǒng)是由美國(guó)國(guó)防部設(shè)計(jì)和資助的精巧衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包含了24能持續(xù)發(fā)送地理位置海拔高度和時(shí)間信號(hào)的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星平均分布運(yùn)行在六個(gè)軌道上。一般來(lái)說(shuō)，在地面上的GPS接收器能接收5～12個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，而為了獲得地面上的定位坐標(biāo)，至少需要4個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，三個(gè)用來(lái)確定GPS接收器的緯度、經(jīng)度和海拔高度，第四個(gè)則提供同步校正時(shí)間。

L1和L2波段

如圖1所示，每個(gè)衛(wèi)星都在兩個(gè)載波上發(fā)送兩個(gè)直接序列擴(kuò)頻信號(hào)。之所以要使用擴(kuò)頻技術(shù)，是因?yàn)樗�具有高度的抗窄帶干擾能力。



圖1 駐留在L1和L2 GPS信號(hào)波段上的P碼和C/A碼

第一個(gè)載波駐留在L1波段（中心頻率為1575.42MHz），第二個(gè)駐留在L2波段（中心頻率為1227.6MHz）。L1波段主要是民用，包含了兩種代碼，一個(gè)叫做粗捕獲碼（C/A）碼，另一個(gè)叫做精測(cè)距碼（P碼）。L2波段只用于軍用場(chǎng)合，僅含有一個(gè)P碼。所有24個(gè)衛(wèi)星的L1信號(hào)均使用同樣的頻率，但相互不發(fā)生干擾，因?yàn)樗鼈兠恳粋�(gè)都經(jīng)由覆蓋了2.046MHz波段的一個(gè)PRN代碼進(jìn)行了擴(kuò)頻。經(jīng)過(guò)PRN代碼擴(kuò)頻后的GPS信號(hào)不僅能區(qū)別于其他信號(hào)，還具有抗干擾能力。

眾所周知，對(duì)干擾的抵抗主要依靠系統(tǒng)的處理增益。處理增益越高，GPS信號(hào)擴(kuò)展的越寬，如果將信號(hào)擴(kuò)展至整個(gè)波段，只會(huì)有一部分有用信號(hào)被窄帶干擾破壞。但信號(hào)在經(jīng)過(guò)解擴(kuò)頻過(guò)程后，窄帶干擾會(huì)被放大。對(duì)于GPS應(yīng)用而言，每一個(gè)PRN代碼序列的大小是 1 023 bit，擴(kuò)頻的速率是1.023M/s。這樣，處理增益被定義為：

處理增益＝10log(芯片速率/數(shù)據(jù)速率)＝43dB （1）

此式中，芯片速率＝1.023M/s, 數(shù)據(jù)速率＝50b/s。

解擴(kuò)頻GPS信號(hào)的質(zhì)量決定了GPS接收器的精度，它是由結(jié)果誤碼率（BER）來(lái)的判定。假定基帶處理器需要的BER為10-5，用于BPSK模塊的相關(guān)器的Eb/N0 將不小于9.5dB。Eb/N0定義為每bit上的能量對(duì)噪聲濃度的比。從9.5dB的相關(guān)器Eb/N0除去43dB的處理器增益，相關(guān)器的輸入信噪比是-33.5dB。

假設(shè)GPS軟件的執(zhí)行損失為3.5dB，量化器輸入的信噪比為-30dB。在整個(gè)2.046M的采樣帶寬內(nèi)，集成噪聲功率為-111dBm。為了獲得-139dBm的目標(biāo)敏感度，所需的級(jí)聯(lián)接收噪聲將是 -28dB的天線中信號(hào)信噪比和-30dB的量化器輸入中的信號(hào)信噪比之差。

NF=SNRANTENNA/SNRQUANTIZER = -28dB-(-30dB) = 2dB (2)

具體應(yīng)用

當(dāng)GPS器件成為手機(jī)或其他手持設(shè)備集成解決方案一部分時(shí)，它們對(duì)相鄰單元干擾的承受能力將成為關(guān)鍵。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)雙頻帶CDMA手機(jī)可同時(shí)進(jìn)行 GPS工作。此時(shí)，功率放大器上的典型CDMA傳送功率是25dBm。假設(shè)互擾消除器和GPS通帶過(guò)濾拓?fù)淇梢愿綦x-70dB的頻帶外信號(hào)，GPS接收器將承受－45dBm的帶外干擾級(jí)。

為了減少成本和尺寸，多數(shù)的制造商在設(shè)計(jì)多功能器件時(shí)會(huì)使用一個(gè)普通的參考頻率。傳統(tǒng)的GPS接收器只工作在16.36MHz的參考頻率下。如果 GPS接收器是一個(gè)單獨(dú)的單元，靈活的參考輸入將不再需要。然而，當(dāng)今的手持設(shè)備需要多種參考頻率，如10.0、13、14.4、19.2、20.0和 26.0MHz。因此，當(dāng)?shù)统杀�、小體積成為器件的發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，一個(gè)具有靈活參考輸入的GPS接收器將非常有用。舉例來(lái)說(shuō)，MAX2741 GPS接收器有一個(gè)集成合成器，通過(guò)接收2～26MHz的參考頻率，它將有助于建立靈活的頻率規(guī)劃。當(dāng)配有一個(gè)外加LNA時(shí)，該器件能獲得小于2dB的級(jí)聯(lián)噪聲。

過(guò)去，在GPS接收器中關(guān)聯(lián)接收到的PRN代碼和已知PRN代碼的工作是由專門(mén)的GPS基帶處理器來(lái)完成的�，F(xiàn)在，由于有了菲利普公司的突破性軟件GPS技術(shù)，關(guān)聯(lián)和計(jì)算功能將交由應(yīng)用處理器中的內(nèi)置軟件來(lái)完成。這樣做不僅降低了成本，還減小了GPS解決方案的尺寸
第一個(gè)載波駐留在L1波段（中心頻率為1575.42MHz），第二個(gè)駐留在L2波段（中心頻率為1227.6MHz）。L1波段主要是民用，包含了兩種代碼，一個(gè)叫做粗捕獲碼（C/A）碼，另一個(gè)叫做精測(cè)距碼（P碼）。L2波段只用于軍用場(chǎng)合，僅含有一個(gè)P碼。所有24個(gè)衛(wèi)星的L1信號(hào)均使用同樣的頻率，但相互不發(fā)生干擾，因?yàn)樗鼈兠恳粋�(gè)都經(jīng)由覆蓋了2.046MHz波段的一個(gè)PRN代碼進(jìn)行了擴(kuò)頻。經(jīng)過(guò)PRN代碼擴(kuò)頻后的GPS信號(hào)不僅能區(qū)別于其他信號(hào)，還具有抗干擾能力。

眾所周知，對(duì)干擾的抵抗主要依靠系統(tǒng)的處理增益。處理增益越高，GPS信號(hào)擴(kuò)展的越寬，如果將信號(hào)擴(kuò)展至整個(gè)波段，只會(huì)有一部分有用信號(hào)被窄帶干擾破壞。但信號(hào)在經(jīng)過(guò)解擴(kuò)頻過(guò)程后，窄帶干擾會(huì)被放大。對(duì)于GPS應(yīng)用而言，每一個(gè)PRN代碼序列的大小是 1 023 bit，擴(kuò)頻的速率是1.023M/s。這樣，處理增益被定義為：

處理增益＝10log(芯片速率/數(shù)據(jù)速率)＝43dB （1）

此式中，芯片速率＝1.023M/s, 數(shù)據(jù)速率＝50b/s。

解擴(kuò)頻GPS信號(hào)的質(zhì)量決定了GPS接收器的精度，它是由結(jié)果誤碼率（BER）來(lái)的判定。假定基帶處理器需要的BER為10-5，用于BPSK模塊的相關(guān)器的Eb/N0 將不小于9.5dB。Eb/N0定義為每bit上的能量對(duì)噪聲濃度的比。從9.5dB的相關(guān)器Eb/N0除去43dB的處理器增益，相關(guān)器的輸入信噪比是 -33.5dB。

假設(shè)GPS軟件的執(zhí)行損失為3.5dB，量化器輸入的信噪比為-30dB。在整個(gè)2.046M的采樣帶寬內(nèi)，集成噪聲功率為-111dBm。為了獲得-139dBm的目標(biāo)敏感度，所需的級(jí)聯(lián)接收噪聲將是 -28dB的天線中信號(hào)信噪比和-30dB的量化器輸入中的信號(hào)信噪比之差。

NF=SNRANTENNA/SNRQUANTIZER = -28dB-(-30dB) = 2dB (2)

• 通信詞典解釋