辅助全球定位系统(A-GPS)革命及其消费市场

2010-09-26 18:29:50来源: 电子产品世界

  摘要:目前,7种关键技术使进入世界各地的手机,本文详述了这些技术的进入过程以及对未来10年有什么影响。

  十年前的E911法案启动了消费型第一个成功的里程碑,自此以后,接收器的灵敏度进步了几乎千倍以上,超过九成(五亿支) 以上的手机已搭配 功能并以主机式(Host-based )为标准。联邦传播委员会(FCC)及美国国会在1999年通过了E911法案,此法案规定当手机使用者拨打911紧急电话时,手机可自动提供通话位置信息。原本,辅助定位系统(A-)只用于移动电话网络与时间同步的时间校对,且主要是用在CDMA的电信网络。而全球最大的电信网络GSM和3G并不与时间同步。所以在早期,一般认为非技术(如现在已被淘汰的增强观测时差E-OTD等技术)会在E911法案中胜出的。然而,正如我们现在所知道的,和全球导航卫星系统(GNSS)成了手机定位系统的大赢家。E911法案是在美国发展的主要动力,并且间接促进了全球的发展。这要归功于以下我所要谈论的七项关键技术,它们使技术在过去多年来逐渐成熟。

  关键技术一:辅助定位系统(A-)

  关于A-有三件值得记住的事:“更快、更长、更高”。透过奥林匹克运动会的名言“更快、更强、更高”,你就可以记得住了。

  A-最显著的特征,是它使用卫星轨道资料传送替代了原有基站传送相同(或等量)的轨道数据,所以A-接收速度更快。在过去,接收器必须在二维代码/频率空间中,搜索每一个卫星信号。而辅助数据缩减了搜索范围,让装置可以用更长的时间来做信号整合,换句话说,就是敏感度更高了 (见图1)。就是我们说的更长,更高。

  现在,我们更进一步来看看代码/频率搜索,并介绍精确校时、粗略校时以及大规模平行关联器等概念。任何辅助数据都可以减少频率搜索次数,频率搜索的概念就是如同你转动车上的收音机旋钮,寻找电台位置。只不过由于卫星移动,会产生不同的频率,也就是多普勒效应。如果你可以预先知道卫星是如何设置的,就可以缩小频率搜寻的范围。

  代码延迟(code-delay)就更加敏锐了。C/A 代码的重复周期是1ms,所以如果可以在获得卫星信号之前,就知道比1ms更精确的时间,便可以缩小代码延迟搜索区域,这就是我们所说的“精确校时”。

  CDMA通信网络是和的时间同步,而最普遍的通信网络(GSM及目前的3G)则不然。后者与时间有±2秒的误差,我们称之为粗略校时。在最初,只有精确校时的网络可以应用A-,但后来局势改观是因为我们有了关键技术二、关键技术三,那就是大量平行关联器和高灵敏度。

  关键技术二、三:大量平行关联器和高敏感度

  传统的中,每个频道只有两到三个关联器。他们会搜索代码延迟空间直到可搜索到信号,然后用一组关联器追踪峰值的前端,和用另一组追踪峰值的后端,所以他们被称为“前后关联器”。

  大量平行关联器是指,有足够数量的关联器同时在多个频道中,对所有的C/A代码延迟进行搜索。就硬件而言,这意味着有上万个关联器在运作。大量平行关联器的好处是,所有的代码延迟搜索都是平行运作,因此接收器可以用更长的时间来整合信号,即使没有精确对时也无所谓。所以现在接收器可以更快、更长、更高,也就是更高的灵敏度,这不限于我们在何种电信网络中执行A-。在最初,我们认为室内定位会受限于高灵敏度,但发觉使用体积更小、更便宜天线的实际成果却也不差。虽然小而便宜的天线会降低性能表现(我们稍后也会提到),但是它们已被配备在所有的智能型手机上,且被手机厂接受去执行有关A-的功能。

  关键技术四:粗略时间导航

  我们已经了解,A-辅助不再受限于根据解码轨道数据(所以可以更快),并可以透过大量平行关联器使用粗略对时(所以可以更长的时间做信号整合及提高灵敏度)。然而,要测量精确初估的距离(pseudorange),并计算行进时间,还是需要花时间对卫星所传送的星期时间(Time of Week, TOW)译码,译码后来取得位置进一步可执行导航。粗略校时导航就是要解决一些卫星的TOW问题,而不是直接解码。其关键的技术是依靠在标准导航中的方程式中加入额外状态资料;并于著名的视线矩阵(line-of-sight matrix)中加入相对应的栏位来解决TOW问题。

  这个技术的成果就是,你定位所需要的时间,会比解读卫星的星期时间(TOW)(例如一秒、两秒或三秒)还要更快;或是在卫星信号微弱状态下无法解读卫星的星期时间(TOW)时,仍然可以进行实际上的定位。因为你可以有更快的首次定位时间 (FF),无需频繁唤醒接收器来维持热启动状态,因此可延长电池寿命。

  关键技术五:时间短TOW

  另一个和粗略时间导航技术相提并论的是时间短的卫星TOW解码,也就是降低解读卫星的TOW数据的门坎标准。在1999年,卫星接收的信号强度可让接收器解读卫星的TOW最低标准可达到-142dBm。这是因为当我们在整合信号以20ms为间隔时,可以侦测到-142dBm信号数据位中强度。然而,解读卫星的TOW的技术不断演进,现在最低可接受强度已经降低到-152dBm。

  关键技术六、七:主机式全球定位系统(Host-based ),RF-CMOS

  从传统的系统单芯片(SoC)架构出发,我们就可以清楚地认识主机式架构(Host-based)。SoC 通常是单一封装,但封装中包含了三个独立的组件,有三个硅芯片被包在一起:基带(baseband)模块,包含中央处理器 (CPU);分开的无线调频器(RF)以及一个闪存。如果要降低成本,不使用闪存情况下,唯一的方法是改用只读存储器(ROM),它可以包含在基带模块中。然而这也意味着,你将无法可随时更新接收器的软件,来使用我们刚刚讨论的最新发展技术。

  相对而言,主机式架构不需要在芯片中有CPU功能。其主因是在智能型手机以及其他含有产品上,其既有的CPU和闪存都能额外提供运算时所需的低功耗。同时, RF-CMOS技术可以让无线调频器和基带同在单一芯片中。此为主机式架构 特质和优势。

  

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关键字:GPS  A-GPS  智能手机  Broadcom

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0926/article_3028.html
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