GPS接收器

GPS系統(tǒng)是由美國國防部設計和資助的精巧衛(wèi)星導航系統(tǒng)，包含了24能持續(xù)發(fā)送地理位置海拔高度和時間信號的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星平均分布運行在六個軌道上。一般來說，在地面上的GPS接收器能接收5～12個衛(wèi)星信號，而為了獲得地面上的定位坐標，至少需要4個衛(wèi)星信號，三個用來確定GPS接收器的緯度、經度和海拔高度，第四個則提供同步校正時間。

L1和L2波段

如圖1所示，每個衛(wèi)星都在兩個載波上發(fā)送兩個直接序列擴頻信號。之所以要使用擴頻技術，是因為它具有高度的抗窄帶干擾能力。



圖1 駐留在L1和L2 GPS信號波段上的P碼和C/A碼

第一個載波駐留在L1波段（中心頻率為1575.42MHz），第二個駐留在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，一個叫做粗捕獲碼（C/A）碼，另一個叫做精測距碼（P碼）。L2波段只用于軍用場合，僅含有一個P碼。所有24個衛(wèi)星的L1信號均使用同樣的頻率，但相互不發(fā)生干擾，因為它們每一個都經由覆蓋了2.046MHz波段的一個PRN代碼進行了擴頻。經過PRN代碼擴頻后的GPS信號不僅能區(qū)別于其他信號，還具有抗干擾能力。

眾所周知，對干擾的抵抗主要依靠系統(tǒng)的處理增益。處理增益越高，GPS信號擴展的越寬，如果將信號擴展至整個波段，只會有一部分有用信號被窄帶干擾破壞。但信號在經過解擴頻過程后，窄帶干擾會被放大。對于GPS應用而言，每一個PRN代碼序列的大小是 1 023 bit，擴頻的速率是1.023M/s。這樣，處理增益被定義為：

處理增益＝10log(芯片速率/數據速率)＝43dB （1）

此式中，芯片速率＝1.023M/s, 數據速率＝50b/s。

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

假設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2.046M的采樣帶寬內，集成噪聲功率為-111dBm。為了獲得-139dBm的目標敏感度，所需的級聯(lián)接收噪聲將是 -28dB的天線中信號信噪比和-30dB的量化器輸入中的信號信噪比之差。

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

具體應用

當GPS器件成為手機或其他手持設備集成解決方案一部分時，它們對相鄰單元干擾的承受能力將成為關鍵。舉例來說，一個雙頻帶CDMA手機可同時進行 GPS工作。此時，功率放大器上的典型CDMA傳送功率是25dBm。假設互擾消除器和GPS通帶過濾拓撲可以隔離-70dB的頻帶外信號，GPS接收器將承受－45dBm的帶外干擾級。

為了減少成本和尺寸，多數的制造商在設計多功能器件時會使用一個普通的參考頻率。傳統(tǒng)的GPS接收器只工作在16.36MHz的參考頻率下。如果 GPS接收器是一個單獨的單元，靈活的參考輸入將不再需要。然而，當今的手持設備需要多種參考頻率，如10.0、13、14.4、19.2、20.0和 26.0MHz。因此，當低成本、小體積成為器件的發(fā)展趨勢時，一個具有靈活參考輸入的GPS接收器將非常有用。舉例來說，MAX2741 GPS接收器有一個集成合成器，通過接收2～26MHz的參考頻率，它將有助于建立靈活的頻率規(guī)劃。當配有一個外加LNA時，該器件能獲得小于2dB的級聯(lián)噪聲。

過去，在GPS接收器中關聯(lián)接收到的PRN代碼和已知PRN代碼的工作是由專門的GPS基帶處理器來完成的�，F(xiàn)在，由于有了菲利普公司的突破性軟件GPS技術，關聯(lián)和計算功能將交由應用處理器中的內置軟件來完成。這樣做不僅降低了成本，還減小了GPS解決方案的尺寸
第一個載波駐留在L1波段（中心頻率為1575.42MHz），第二個駐留在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，一個叫做粗捕獲碼（C/A）碼，另一個叫做精測距碼（P碼）。L2波段只用于軍用場合，僅含有一個P碼。所有24個衛(wèi)星的L1信號均使用同樣的頻率，但相互不發(fā)生干擾，因為它們每一個都經由覆蓋了2.046MHz波段的一個PRN代碼進行了擴頻。經過PRN代碼擴頻后的GPS信號不僅能區(qū)別于其他信號，還具有抗干擾能力。

眾所周知，對干擾的抵抗主要依靠系統(tǒng)的處理增益。處理增益越高，GPS信號擴展的越寬，如果將信號擴展至整個波段，只會有一部分有用信號被窄帶干擾破壞。但信號在經過解擴頻過程后，窄帶干擾會被放大。對于GPS應用而言，每一個PRN代碼序列的大小是 1 023 bit，擴頻的速率是1.023M/s。這樣，處理增益被定義為：

處理增益＝10log(芯片速率/數據速率)＝43dB （1）

此式中，芯片速率＝1.023M/s, 數據速率＝50b/s。

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

假設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2.046M的采樣帶寬內，集成噪聲功率為-111dBm。為了獲得-139dBm的目標敏感度，所需的級聯(lián)接收噪聲將是 -28dB的天線中信號信噪比和-30dB的量化器輸入中的信號信噪比之差。

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

• 通信詞典解釋