复杂射频干扰环境下的高灵敏度GPS系统设计

dB的变化趋势。带外干扰强度为-15dBm，GPS系统的输入信号强度为-165dBm。从图中可以看出，即使P1dB高于带外干扰信号的强度，其首次定位时间TTFF仍然受到较大的影响;而当P1dB远高于带外干扰信号后TTFF受P1dB的影响变得微乎其微。AW5005可以提高高达-7.6dBm的1dB压缩点，远高于业界同类产品的水平，确保GPS系统不会因为带外强干扰而性能恶化。

(2)带外双音信号经过LNA产生的三阶交调项(Inter-modulation)落在GPS带内。

一个典型的例子是PCS-1900和GSM-1800的带外双音信号经过LNA后产生的交调项正好落在GPS带内。PCS-1900的发射频率为1851MHz，发射功率为24dBm，假定发射天线距离GPS天线1米，从而在GPS天线处看到的干扰信号强度为-20dBm，经过滤波器在LNA输入端看到了功率为-60dBm。而GSM-1800的发射频率为1713MHz，发射功率为+36dBm，在GPS天线端看到的信号强度为21dBm，则经过滤波器后的强度为-19dBm。经过LNA后，该双音信号产生的三阶交调项频率为：2×1713MHz-1851MHz=1575MHz，正好落在GPS信号带内，从而恶化了GPS系统的性能。等效到LNA输入端口看到的交调项强度可由下式表示：

Pint=2PGSM+PPCS-2IIP3 (6)

式(6)中PGSM和PPCS分别为双音信号的强度，IIP3为LNA的输入三阶交调点。而带内的干扰信号对GPS系统的信噪比影响如下式[5]：

(7)

式(7)中，C/N0为没有干扰信号时的系统载噪比(carrier-to-noise-density-ratio)，Pin为LNA输入端口看到的输入信号强度，Q为扩频增益因子，窄带干扰时为1，宽带扩频干扰时为1.5，宽带噪声干扰时为2;Rb为GPS伪随机码率，当GPS信号为C/A码是Rb等于1.023M，因此可以得到TTFF随LNA的IIP3指标变化趋势如下图所示。AW5005可提供高达+6.5dBm的三阶交调点IIP3，有效的减小了带外多个干扰源对GPS系统的影响。

图5 交调干扰下系统TTFF随LNA 三阶交调点的变化曲线

(3)带外宽带干扰可在单频强干扰的条件下产生互调项(Cross-modulation)落在GPS带内。

除了双音信号的交调项，某个窄带强干扰(Blocker)和宽带干扰信号依然可以产生带内的互调项从而影响性能。比如，GPS手机邻近的移动设备无线局域网(WLAN)正在工作，最大发射功率为20dBm，则LNA输入端接收到的信号功率为：

(8)

式(8)中，F为WLAN发射源到手机GPS天线的衰减，λ为波长，BWWLAN和BWGPS分别为WLAN和GPS的信号带宽，假定d为1米，PTX等于17dBm，由此计算得到LNA输入端接收到的WLAN信号强度约为-60dBm;另一强干扰源为GSM-1800，经过滤波器的强度为-19dBm，从而得到互调项的强度如下式[6]：

(9)

式(9)中，PWLAN和PGSM分别为LNA输入端看到的WLAN和GSM信号强度，Cfactor为考虑到采用IIP3来表征互调的校准因子。将互调项代入式(7)，并且考虑到宽带扩频信号干扰时的校准因子Q等于1.5，可以得到TTFF随IIP3的变化曲线如图6所示。LNA在IIP3分别等于-5dBm和+5dBm时，首次定位时间最大相差15倍，由72秒减小至4.7秒。现在的移动设中，WLAN已经是标准配置，AW5005则让内置GPS在WLAN的干扰信号下随时随地放心工作。

图6 互调干扰下系统TTFF随LNA 三阶交调点的变化曲线

4、AW5005同国内外同类产品的比较

通过上文，我们了解了LNA的噪声系数NF和线性度指标P1dB/IIP3对GPS系统的性能影响至关重要。下面我们通过与国内外同类竞争产品的比较来让读者更深刻的认识AW5005的优势。无论是噪声系数NF，还是线性度指标P1dB/IIP3，AW5005都达到了业界领先水平，大大简化了复杂射频环境下内置GPS系统的设计要求。

这里值得一提的是，设计LNA模块时必须考虑功率增益PG和IIP3的折中，高功率增益往往线性度较差。现实中，通常采用OIP3指标来衡量模块的线性度指标更为准确和可靠。图7中列举了国内外同类产品的OIP3指标，AW5005依然在同类型产品中领先。

图7 同类型LNA产品性能参数对比

为了衡量LNA的综合性能，文献[8]给出了优值计算公式来进行更为公平的比较。该公式如下所示：

(10)

由此得到的各个相关产品和AW5005的优值如图8所示。AW5005以22.6dB的最高分，比同类产品高2～10dB不等。由此可见，AW5005将是手机内置GPS系统设计者和供应商们的首选。

图8 同类型LNA产品综合优值对比

5、线性度传导测试案例

为了体现线性度在整体测试环境中的优势，我们搭建了如图9所示的传导测试平台，用来测试在干扰环境下的GPS整机性能。如图所示，该测试平台包括两个不同频率的干扰源，可以用来模拟产生三阶交调的干扰信号(如1.713GHz的UMTS频段的和1.851GHz的GSM1800频段)，以及二阶交调的干扰信号(如824M的GSM频段和2.4GHz的ISM频段等

图9 干扰环境下的整