GPS接收器架構(gòu)與設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　
圖4　A-GPS工作模式示意圖
資料來(lái)源：Global Locate

　　所謂的輔助式GPS(Assisted GPS, A-GPS)。A-GPS的運(yùn)作架構(gòu)上又可以分為兩大模式，一是由電信運(yùn)營(yíng)商來(lái)提供輔助信息的模式，一是由設(shè)備制造商所提供的輔助模式。運(yùn)營(yíng)商的A-GPS架構(gòu)又可分為為控制平面(Control plane)和用戶平面(User plane)兩種作法，這類的模式能夠提供質(zhì)量穩(wěn)定、實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確的輔助信息，但建置成本極高，而且用戶必須負(fù)擔(dān)額外的聯(lián)機(jī)或服務(wù)成本。

　　為了打破運(yùn)營(yíng)商的控制，有些GPS設(shè)備或芯片公司(如u-blox或已被Broadcom并購(gòu)的Global Locate)已開始提供免費(fèi)的輔助數(shù)據(jù)。Global Locate 公司提出LTO(Long-Term Orbit)技術(shù)，能將廣播星歷數(shù)據(jù)的有效時(shí)間延長(zhǎng)到2~10天；u-blox也提出AlmanacPlus技術(shù)，它可使用十天至兩周左右，但所提供位置的準(zhǔn)確性會(huì)隨著時(shí)間而下降，下載后前幾天準(zhǔn)確度最高，時(shí)間愈久準(zhǔn)確度就愈低，因此最好能經(jīng)常維持?jǐn)?shù)據(jù)的更新。

　　在A-GPS的架構(gòu)中，會(huì)由GPS全球參考網(wǎng)絡(luò)(Worldwide Reference Network, WWRN)所建置的基站來(lái)監(jiān)控衛(wèi)星的移動(dòng)，并持續(xù)將觀測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)中的中央服務(wù)器，通過(guò)此服務(wù)器來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)衛(wèi)星未來(lái)的移動(dòng)位置等數(shù)據(jù)；這些輔助數(shù)據(jù)會(huì)再傳送給通信網(wǎng)路中的A-GPS服務(wù)器，當(dāng)具A-GPS功能的終端器尋求輔助數(shù)據(jù)時(shí)，就能通過(guò)GSM、GPRS、CDMA或UMTS等移動(dòng)通信網(wǎng)路來(lái)實(shí)時(shí)傳送，稱為聯(lián)機(jī)式的A-GPS。另一種方式是讓用戶以離線的方式預(yù)先下載這些輔助數(shù)據(jù)，該用戶可在他方便的時(shí)間通過(guò)因特網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行下載。

GPS接收器設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　今日的GPS市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈激烈，為了實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)區(qū)別，GPS設(shè)備有必要發(fā)展出應(yīng)對(duì)策略。就一般性PND的市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，由于獨(dú)立型設(shè)備的定位技術(shù)已發(fā)展到可接受的程度，因此未來(lái)有幾種走向，一是朝更多附加功能發(fā)展，例如整合Wi-Fi、藍(lán)牙(BT)及UWB等無(wú)線功能，以及AM/FM收音機(jī)、移動(dòng)電視、視信輸入(Video in)等AV影音功能，也可導(dǎo)入硬盤(HDD)、觸控面板及外部喇叭輸出等功能。SiRF并購(gòu)Centrality的原因，正是希望發(fā)展出屬于自己的一套整合應(yīng)用平臺(tái)。

　　另一個(gè)走向則是往更高功能發(fā)展，例如提供能夠更快定位的A-GPS功能與服務(wù)、提升定位追蹤的靈敏度，或是加入MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器，為汽車提供不中斷的定位功能。在PND或內(nèi)裝式GPS中導(dǎo)入三軸加速度計(jì)和陀螺儀(Gyroscope)或磁羅盤等MEMS組件，就能夠在GPS信號(hào)不良時(shí)進(jìn)行替代性的方位推估工作。

　　其原理是通過(guò)三軸加速度計(jì)所提供的加速度及運(yùn)動(dòng)方向變化，以及陀螺儀的轉(zhuǎn)向測(cè)量，來(lái)計(jì)算出車輛位移上的改變，并繼續(xù)在地圖上顯示導(dǎo)航的功能。在短距離內(nèi)，DR系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)比GPS的信號(hào)來(lái)得準(zhǔn)確，不過(guò)，當(dāng)時(shí)間增加時(shí)，誤差累積效應(yīng)會(huì)愈來(lái)愈大，導(dǎo)航的精確度就會(huì)大幅下降。

　　還有一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，就是軟件式GPS的開發(fā)。所謂軟件式GPS是運(yùn)用GPU或手機(jī)的基帶/應(yīng)用處理器和GPS軟件來(lái)取代今日的GPS基帶功能，這對(duì)于PND來(lái)說(shuō)可以省下約5美元的系統(tǒng)成本。除了降低成本外，軟件式的GPS接收器方案還有助于縮小設(shè)計(jì)尺寸及提升設(shè)計(jì)彈性，讓產(chǎn)品能隨著新功能、新規(guī)格的演進(jìn)而進(jìn)行升級(jí)。不過(guò)，軟件式GPS仍得克服性能不佳、整合不易，而且會(huì)占用極大的處理器資源等設(shè)計(jì)難題。