如何优化消费电子设备内的GPS系统

优化基于软件的GNSS系统
 
　　要在消费电子设备中增加基于软件的GNSS 功能，对于缺乏RF经验的开发人员来说可能很可怕。实际上，优化RF接收器仍然属于模块 OEM的范畴，而且只要跟随参考设计和相关配套设计的建议，就可获得很好的效果。所不同的只是现在主处理器接收的是基带信号，而不是（来自独立式GNSS接收模块的）定位数据或（来自硬件GNSS相关器的）伪距（pseudo-range） 测量数据，也无需对RF接收器或基带软件进行任何开发或改进。设计人员真正要面对的优化问题，是如何将基带处理软件更好地集成在现有设备中。这会涉及许多架构上和实施上的权衡问题，需要加以考虑（包括在最差工作条件下，以最小的功耗维持性能和精确度的问题）；而且这些问题对灵敏度、性能、精度和功耗的影响巨大。

　　最差工作条件定义了基于软件的基带处理的极限。毕竟，若在主处理器处于最大负荷时都能维持精度，那么当主处理器有更多处理资源可用时，就肯定会工作得更出色。

　　在具备多媒体功能的消费电子设备中，主处理器一般都要处理所有基本功能，同时还得支持压缩视频和流音频的解码和播放。因此，当播放视频或音频时，与GNSS基带处理相关的负荷就会受到最大限制。不过，虽然视频和位置跟踪信息都要占用整个显示屏，但用户也不太可能既观看视频节目，又同时要求高精度的位置跟踪信息。要注意的是，在播放视频节目时，设备仍然需要维持适当的灵敏度和精度来跟踪 GNSS信号，以避免失去了信号，而稍后得花时间重新获取。幸好，大多数设备在跟踪最少的 GNSS卫星信号时都能容忍精度稍减。为了不使主处理器过载，并影响视频播放质量，开发人员可采用诸如推算定位（dead reckoning）之类的技术（参见补充资料：最差工作条件的调和战略）来大幅减少基带处理负荷，并以逐渐降低但仍然合理的精度来维持定位功能。当需要更精确的定位数据时（例如用户暂停视频节目来查看自己的当前位置），GNSS系统就可利用当前的可用处理资源，快速恢复定位精度。 其实，很多能在最差工作条件下减少处理负荷的技术可以酌情用于灵敏度和功耗之间的权衡。虽然，设备的主处理器周期也许可用于基带处理，但却要在功耗上付出代价。在电池寿命极为重要的手持设备中，如果刻意将定位精度维持在一个合理的水平，设备就能使主处理器多置于待机模式以节省电能。基于软件的基带处理的主要优点之一，是能够灵活地在设备上实现各种创新的节能技术（参见补充材料：各种创新的节能技术）。这是因为系统的不同部分都可单独控制，而且无需进行昂贵的重新流片（re-spin），就可在现有设计上实现各种新技术。

架构灵活性

　　用软件实现基带处理所提供的灵活性，还能使开发人员针对各种应用的具体成本、功率和性能指标来调节处理和功耗技术。由于这些要求差异都由软件来应付，所以只需一个硬件无线电接收器就可应对众多不同的应用，从而为OEM厂商提供更好的规模经济效益。相比之下，若采用基于硬件的传统GNSS 模块，开发人员就要面对困难：要么维持好几种 RF 硬件设计；要么维持一种能通用于多种应用、但在每种应用上的表现也不会最优化的硬件设计。此外，当有针对特殊信号或环境条件的新算法面世，就可以用软件方式来实现，这既延长了无线接收架构的使用期，而且还能继续改进各种性能，例如精度和跟踪灵敏度等。

　　基于软件的GNSS的灵活性也较仅仅采用硬件的设计提供更高的精度。这可用SiGe半导体公司观察到的一个例子来具体说明；在该案例中，基于软件的接收器由于信噪比提高，其定位精度也增加。现场测试表明，基于软件的接收器仅需3dB的差分灵敏度，就能实际跟踪较少数量的卫星而取得更高的定位精度。

　　此外，基于软件的GNSS还有另一个优点，即能够灵活地支持不同的GNSS技术，如即将投入的欧洲伽利略（Galileo） 系统。伽利略系统是对美国运作的全球定位系统（GPS）的补充，使得在任何一个特定位置会有更多卫星，让GNSS接收器采集定位信号。能同时支持GPS和伽利略系统的GNSS接收器可以在都市峡谷（urban canyon）实现更高的定位精度，甚至确定出一个人到底走在街上的哪一边。这样的精度提升了GNSS接收器的作用、可靠性，而最基本的是提高了用户的接受程度。

　　由于伽利略系统的L1频段采用与GPS的L1频段相同的频率，因此采用同一个接收器就能跟踪两个系统的卫星。如果L1和L2频段均可使用，就可以采用双频段接收器。不过，因为伽利略系统和GPS的基带处理有显着差别，所以只有基于软件的方式才可以在不必大幅改动现有GPS构架的前提下，支持伽利略系统。如果能够通过软件来升级现有系统，从而在伽利略系统开始投入服务时就马上提供支持，这意味着可以避免产品开发延误的昂贵成本，并抓住商机。

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