膝上型PC借助通用GPS RF前端实现软件基带处理

方法的低复杂性使它很适合用软件实现。然而，它的逻辑架构远比串行搜索方法复杂，因此很难用ASIC实 现。

跟踪细调

捕获过程建立了对GPS信号的频率和代码相位参数的粗校准。因此，跟踪的目的是进行细调，以便系统能用精确的代码相位和频率信息解调出数据。跟踪包括代码相位跟踪和载波频率跟踪。

代码跟踪用延时锁相环(DLL)实现，如图2所示。DLL电路把输入信号乘以PRN码的三个复制码(间隔±0.5码片)，这三个复制码分别代表和输 入信号相比提前、准时和落后到达。经过综合后，这些信号分别代表输入信号和本地复制码之间的相关性。具有最高相关值的信号被选中保留下来(图3)。

载波频率跟踪由锁相环(PLL)或者Costas环路完成。8载波跟踪的目的是把本地频率调节为输入信号的实际频率。

当捕获和跟踪过程建立起初始同步后，系统能够解码出导航比特。将1.023Mcps的输入信号解扩为1000bps的比特流后就开始解调数据。然后 利用比特同步从1000bps的数据流中恢复出50bps的信息。比特同步需要通过寻找零交叉沿(0V)来识别比特流的起始位置。

如果这个交叉沿是已知的，我们可以用20ms的间隔分割1000bps输入流，因为导航数据信息(50位)的持续时间为20ms。最后，以20ms间隔排列的比特取样累加起来取平均值，从而解码出导航数据。

图2. 使用延时锁相环作代码跟踪帮助细调，以便系统能用精确的代码相位和频率信息解调出数据。

图3. DLL电路把输入信号乘以PRN码的三个复制码(间隔±0.5码)，这三个复制码分别代表和输入信号相比提前、准时和落后到达。具有最高相关值的信号被选中保留下来。

基于软件的GPS接收机

传统的GPS接收机采用ASIC实现信号捕获、跟踪和位同步操作，而软件GPS接收机用软件代替硬件实现这些功能，因此具有更高的灵活性。通过简化 硬件架构，基于软件的设计能够进一步缩小接收机尺寸，降低成本，并具有更高效率。程序可以使用C/C++、MATLAB®或其它语言编写，并可移植到各种 操作系统中(嵌入式操作系统、PC、Linux和DSP平台)。由此看来，软件GPS接收机能够为移动终端、PDA及其它类似设备提供最大的设计灵活性。

对于膝上型电脑，设计人员可以设计USB dongle (可配合任何带USB端口的膝上型电脑一起工作)。对于新一代带有PCIe迷你卡连接器的膝上型电脑，可以把RF前端置于PCIe迷你卡上，并把它插入 PC内部(图4a，图4b)。PCIe迷你卡接口包含一个USB口，因此，前端适配器设计对于USB和PCIe迷你卡而言非常相似。

主要区别在于：支持PCIe需要不同的电源管理逻辑电压，需要处理不同的直流电压(PCIe为3.3V，外部USB端口为5V)。

从图5b所示USB dongle框图可以看出该方案非常简单，只使用了一个通用GPS接收器MAX2769、一个计数器和USB接口控制器，即可捕获信号，并将其转换成数字 信号，最终传递给PC主机。然后，通过运行PC主机软件执行所有基带功能，将定位信息显示在PC 显示器上。这样，笔记本PC 便成了一个强大的GPS设备，可支持导航和基于定位的服务。

GPS前端通过工业标准USB 2.0接口把数字化的IF数据传输到笔记本电脑。软件基带程序利用输入数据计算出位置方位并随后执行跟踪过程。Geotate是可选的一个软件来源。

为提供通用接口，此软件能创建一个虚拟COM端口，使其可以连接到很多现有的导航和定位应用。大部分GPS软件包接口符合NMEA 0183标准，通常都可以运行在Microsoft的Windows® XP和Windows VistaTM操作系统中。另外，此软件能够处理所有可得的辅助数据，此数据可以从工业标准协议或者用户专有的接口取得。

当前的膝上型电脑里所带的CPU均具备满足软件GPS接收机实时解码所需的运算能力。当在1GHz Pentium®M系统中，跟踪过程中平均处理器负载大约为6%；而在2.18GHz CoreTM Duo处理器上，在执行每秒更新时，处理器负载通常低于5%。随着算法的发展，有可能把CPU的使用率降低到2%以下。

电路工作和性能

基于软件的GPS接收机RF前端首先使用低噪声放大器(LNA)放大微弱的输入信号，然后经过下变频将信号转换到较低频率(4MHz左右)的IF (图5a)。下变频器采用一路或两路混频器对输入RF信号和本机振荡器信号进行混频，通过模/数转换器(ADC)把生成的模拟IF信号转换成数字IF信 号。

MAX2769将所有功能电路(LNA、混频器和ADC)集成到一起，可大大缩短产品的开发时间。该芯片提供了两个LNA：其中一个LNA具有低至 0.9dB的噪声系数、19dB 增益、-1dBm的IP3，可配合无源天线使用；另一个LNA则具有1.5dB的噪声系数、较低增益/功耗和较高的IP3，可配