提高S-GPS靈敏度

要將S-GPS應(yīng)用于單天線多頻譜CDMA手機(jī)，需要重點(diǎn)注意幾個(gè)問(wèn)題。

通常，CDMA手機(jī)用戶(hù)撥打E911來(lái)獲取他們所在位置的信息，這是通過(guò)內(nèi)嵌GPS器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。到目前為止，基于用戶(hù)終端的GPS接收端大多數(shù)都采用時(shí)分復(fù)用模式（TM-GPS）來(lái)工作。其中，GPS信號(hào)和手機(jī)通話信號(hào)要連續(xù)來(lái)回切換。這種技術(shù)很有吸引力，因?yàn)橥粫r(shí)間只需要一套射頻器件工作，并且很容易實(shí)現(xiàn)。

脫穎而出的GPS同步技術(shù)

GPS信號(hào)和手機(jī)信號(hào)可以同步工作的S-GPS已經(jīng)越來(lái)越普及，它不但能將靈敏度提高大約4db，還能夠?qū)崿F(xiàn)服務(wù)商基于位置的服務(wù)（LBS）。自2004年以來(lái)，很多生產(chǎn)商（如高通）已經(jīng)在市場(chǎng)上推出了帶有S-GPS功能的芯片，今天很多CDMA手機(jī)都已使用。

通常情況下，單一天線的系統(tǒng)仍然是制造商的首選。它價(jià)格更低，并且體積更小。圖1為一個(gè)單天線三頻手機(jī)中GPS接收鏈的總體框圖。

圖1 在單天線三頻手機(jī)中，GPS接收鏈的常見(jiàn)形式

GPS接收鏈含有一個(gè)GPS濾波器、一個(gè)低噪放大器（LNA）、一個(gè)中間級(jí)濾波器，以及一個(gè)下變頻器（Down Inverter），每個(gè)元件都會(huì)影響整體的系統(tǒng)靈敏度。GPS靈敏度被定義為手機(jī)在98%的工作時(shí)間內(nèi)定位到GPS衛(wèi)星時(shí)，天線端的最低信號(hào)功率水平。

圖2 系統(tǒng)噪聲和每個(gè)元件的插損或者噪聲的圖形

對(duì)于TM和S-GPS的工作，影響系統(tǒng)靈敏度的主要變量是第一級(jí)GPS濾波器的插損和低噪聲放大器的噪聲系數(shù)，而第二級(jí)GPS濾波器的插損以及下變頻器的噪聲系數(shù)只有很小的影響。圖２中顯示了各個(gè)分立元件如何影響系統(tǒng)整體噪聲。

由于第一濾波器的插入損耗和低噪聲放大器的噪聲系數(shù)對(duì)GPS系統(tǒng)靈敏度有著直接的影響，我們?cè)谶x擇元件時(shí)應(yīng)該將它們降至最低。濾波器的插入損耗是由其品質(zhì)因素Q決定的，Q越大，濾波器性能就越好。目前手機(jī)中使用兩種濾波器技術(shù)：聲表面波濾波器（SAW）和薄膜體聲波諧振器（FBAR），通常后者具有更高的Q值和更低的插損。

帶外干擾

S-GPS帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題。它的GPS接收鏈存在著高強(qiáng)度的帶外干擾，這種干擾會(huì)使得GPS接收器飽和并降低GPS接收端的靈敏度。TM-GPS則不存在這樣的問(wèn)題，因?yàn)镚PS信號(hào)和手機(jī)信號(hào)是串行工作的。
PCS/蜂窩頻帶Tx信號(hào)泄露和Tx+干擾交調(diào)信號(hào)是兩種最重要的帶外干擾。濾除這些信號(hào)對(duì)于防止外部低噪聲放大器(LNA)增益壓縮和保持良好的系統(tǒng)靈敏度是很重要的。

要實(shí)現(xiàn)最大的GPS靈敏度，推薦選擇可用的IL濾波器和IIP3 LNA取值，并實(shí)現(xiàn)盡可能大的帶外隔離。在選擇低噪聲放大器后處理模塊（第二級(jí)GPS）濾波器的時(shí)候，帶外抑制特性應(yīng)該優(yōu)先于插損，因?yàn)槠渲饕δ苁菫V除任何可能被低噪聲放大器放大的帶外干擾。

這些LNA后處理模塊可能會(huì)造成下變頻器中的IMD2乘積。應(yīng)該盡量減小IMD2乘積，因?yàn)樗鼈儠?huì)在下變頻到基帶水平時(shí)解調(diào)信號(hào)的AM分量，這會(huì)導(dǎo)致誤碼率惡化。

三頻手機(jī)的兩種解決方案

圖3 GPS接收鏈方框圖

圖3所示的是單天線三頻手機(jī)的兩種解決方案。解決方案一是將一個(gè)具有1.8dB GPS IL的三路復(fù)用器和一個(gè)長(zhǎng)射頻軌跡連接至LNA，由LNA補(bǔ)給額外的損耗，對(duì)CDMA Tx干擾有48dB的隔離度。

收發(fā)器芯片中的內(nèi)置LNA通常具有接近0dBm的IIP3值。綜合以上濾波器和LNA值，通常會(huì)產(chǎn)生0.2dB的LNA增益壓縮，而前兩級(jí)噪聲值變?yōu)?.1dB。

級(jí)間GPS濾波器的抑制度為47dB，不足以阻止下變頻器增益壓縮進(jìn)一步下降。這套解決方案的系統(tǒng)總增益和NF值分別是38.97dB和4.49dB。這套系統(tǒng)中預(yù)期的總體GPS靈敏度是-155.4dBm，當(dāng)用于內(nèi)部天線時(shí)，將無(wú)法滿足E911的精確度要求（50m用于67%的通話）。

如果使用如圖3所示的多路復(fù)用器方案，則有望改善GPS的靈敏度。多路復(fù)用器中的第一級(jí)GPS濾波器具有較低的IL(0.9dB)，隔離度要比CDMA TX兩個(gè)信道的-52dB好?？梢栽诙嗦窂?fù)用器GPS端口附近放一個(gè)外置的GaAs LNA濾波器，由于RF鏈路較長(zhǎng)，將不會(huì)引入額外的損耗。所用的LNA濾波模塊具有54dBc的隔離度，0.8dB的NF，以及改善的線性度：5dBm的IIP3。

這時(shí)，整體系統(tǒng)增益結(jié)果以及NF分別變成40.06dB和1.97dB。這個(gè)解決方案足以抑制CDMA Tx干擾，以至于可忽略LNA和下變頻器中的增益壓縮，預(yù)計(jì)的總體GPS靈敏度大約為 -157.6dBm。GPS靈敏度的2dB改善足以提供一種滿足E911要求的解決方案。

S-GPS架構(gòu)使得在TM-GPS架構(gòu)上改善靈敏度成為可能，并使得LBS成為可能。然而，同時(shí)使用GPS和CDMA無(wú)線通信則給在手機(jī)中使用的元件選擇帶來(lái)新限制。

新增的考慮因素主要是抑制帶外強(qiáng)干擾，比如蜂窩或PCS Tx鏈路的Tx信號(hào)泄漏。在GPS靈敏度中，兩個(gè)最重要因素分別是第一級(jí)GPS濾波器損耗和LNA NF。

為了防止LNA的增益壓縮，需要使用線性度好的LNA并選擇帶有對(duì)CDMA Tx信道有足夠抑制能力的濾波器。兩級(jí)GPS接收機(jī)結(jié)構(gòu)是高度集成的，緊湊的多路器/GPS LNA濾波器模型解決方案，在三路復(fù)用器的基礎(chǔ)上又將靈敏度改善了2.2dB。