基于伽利略卫星网络的GPS系统设计

文章摘要：事实上，因为GPS和伽利略采用相同的频段(中心频率为1.575 GHz)，所以有可能两套系统共享一个射频部分。然而，在信号采集方式上的微小差异则需要以可配置的方式来实现。特别是伽利略信号采用4MHz带宽，而GPS采用2MHz带宽，并且执行一套不同的编码方案。从基带的观点来看，这些调制方案都可以利用关联器进行解调，因此可以采用一个基带处理器，并通过独立配置一个灵活的关联器模块来同时解调伽利略和GPS这两种信号。 利用未充分使用的计算能力 传统的基带处理都是通过硬件实现的。然而，伽利略信号方案目前尚未最终完成，如果现在以硬件方式实现，就需要重新配置基带(只能用软件实现)的灵活性，以根据最终标准作出

基于伽利略卫星网络的GPS系统设计,标签：电子小制作,http://www.88dzw.com
事实上，因为GPS和伽利略采用相同的频段(中心频率为1.575 GHz)，所以有可能两套系统共享一个射频部分。然而，在信号采集方式上的微小差异则需要以可配置的方式来实现。特别是伽利略信号采用4MHz带宽，而GPS采用2MHz带宽，并且执行一套不同的编码方案。从基带的观点来看，这些调制方案都可以利用关联器进行解调，因此可以采用一个基带处理器，并通过独立配置一个灵活的关联器模块来同时解调伽利略和GPS这两种信号。

利用未充分使用的计算能力

传统的基带处理都是通过硬件实现的。然而，伽利略信号方案目前尚未最终完成，如果现在以硬件方式实现，就需要重新配置基带(只能用软件实现)的灵活性，以根据最终标准作出必要的修改。此外，基于硬件的实现方案通常很不灵活，难以通过修改来适应为了改进性能和精度而采用的新的信号处理算法。

以高性价比的方式实现伽利略/GPS功能的关键，就是利用现有架构中未被充分使用的计算能力，在软件中实现一部分的基带处理功能。例如，手机有一个应用处理器负责处理与通信无关的所有功能，随着人们对多媒体服务(如音乐和视频播放)兴趣的与日俱增，这种处理器已经变得越来越强大。然而，当这些服务不使用时，应用处理器常常处于闲置状态，一般来说会被断电，以降低它消耗的功率。

图2：利用双硬件架构与基于软件的架构实现的伽利略/GPS系统方框图。

当基带处理可以在应用处理器上以软件实现的时候，消费型伽利略/GPS接收器就有可能成真。在这种方式中，由于一个接收器硬件已可支持多个卫星系统，所以基于软件的伽利略/GPS 就相当于软件定义的无线电(SDR)。此外，随着无线通信技术不断融合，可以预见在不远的将来，消费电子设备将利用多功能无线电技术来支持蓝牙、WiFi和使用可配置软件基带实现的伽利略/GPS。

开发商可以选择继续使用硬件来实现 GPS的基带处理，而利用未充分使用的主处理器资源在软件中执行伽利略的基带处理；又或者在软件中同时实现GPS和伽利略两种基带处理。这两种方法都能降低在消费应用中实现定位服务的成本，但在软件中同时实现这两种基带处理可以完全消除对硬件基带芯片的需求。

特别是，如果在软件中推行基带处理，可以将伽利略/GPS系统的价格降低50% 以上。基于软件的伽利略/GPS系统预计在供货时能迅速达到1美元的价格点，而有助此目标成真的因素之一是功能软件本身的商业模式：当软件开发完成后，就不会有任何制造成本，而且软件一直以来都是与硬件捆绑销售，以作为促销硬件的手段。通过集成固定的基带处理技术(如关联技术)和射频电路还可以进一步节省成本(见图3)。此外，伽利略可以在任何时间加入到基于软件的基带设备之中而不增加整体的硬件成本。相对来说，如果是基于硬件的实现方案，推行伽利略的配置将增加设备的零售成本，但却不会马上为消费者带来价值。

图3：被划分为软件和射频部分进行处理的各个功能方框图(即把关联功能从软件转移到无线部分进行处理)。

软件基带处理是否可行可以由评估最坏情况下的加载来确定。对伽利略/GPS来说，峰值处理会在最初的信号采集过程中或定位丢失之后(例如在开车通过一条长隧道之后)出现。当锁定了位置后，基带处理的运算量就会大幅度下降，因为一旦系统掌握了位置信息，维持该位置信息就比较容易。

当然，最坏情况下的处理是不应过分占用应用处理器的运算能力的，以免影响其它功能。初期的软件基带实现方案会消耗手机应用处理器(如ARM9) 多达66%的可用计算能力，不过，软件供应商预期能够把这个负荷降低到稍多于可接受的10到15%。

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