可以应对移动电话的设计挑战的GPS导航系统

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移动电话采用GPS

　　最新的市场预测显示，GPS是移动电话的下一个热门功能。移动电话制造商、服务提供商和用户都在不断地关注着移动电话可采用的新功能。GPS能够实现各种热门服务，如：导航、交通信息、游戏、家庭成员或朋友的定位等等。

　　GPS已经开始进入大众市场。GPS占到了PDA销售的60%以上，并且据预测，未来五年内大部分手机将采用GPS。在美国，GPS是一个强制性的功能，联邦法规要求手机采用GPS技术，这样可以通过手机向公共安全应答点（PSAP）自动输送位置信息，从而简化911紧急服务。各种因素限制了GPS的广泛采用，主要包括：成本高、功耗高、以及GPS的准确度低。

基于移动位置的服务

　　在这个极具竞争性的电信时代，移动网络运营商在不断地寻求新型的和创新的方式，以将其产品差异化并提高其利润。实现这些目标的最好方式之一，就是提供基于位置的高度个性化的移动服务。移动位置服务包括：汽车导航、交通和天气信息、车辆和人员管理、基于位置的计费服务、就近服务、游戏、安全等等。
什么是GPS？

　　导航卫星定时定距系统（简称为NAVSTART），即众所周知的全球定位系统（GPS），是一个基于卫星的位置系统。该系统由美国国防部（DOD）开发和运营。第一颗卫星于1974发射升空，截止1994，全部24颗卫星到位。如今，该系统包含至少24颗有源卫星，并且DOD定期将老旧的卫星更换成新的卫星。

　　这些3,000至4,000磅重的太阳能卫星在大约12,000英里（19,300公里）的高度围绕着地球旋转，每天两圈。其轨道经过精心安排，这样在地球上的任何时候任何地点，总能够在天空中"看到"至少四颗卫星。GPS接收器的任务就是对四颗或更多的卫星进行定位，计算每颗卫星的距离，并利用这些信息来推导其自身的位置。

　　该系统免费在所有时候和所有气候条件下向所有人提供高度精确的位置和时间信息。

照片由美国军方提供：一颗GPS卫星

GPS如何运作？

　　GPS系统以几种频率发射信号。民用GPS系统的发射频率为1575.42MHz（K1）。GPS接收器可以测量出卫星信号的行程时间，并相应地计算出卫星的距离。由于接收器本身不能确定卫星的方向，所以它需要至少四个不同卫星的读数来获得定位。
更确切地说，GPS信号比一个典型的电台要弱1000倍并且远100倍！因此，GPS信号"特别弱"，所以GPS基带实际上是在"大海里捞针"。

照片由美国国防部提供 ：GPS卫星系统

辅助GPS

　　辅助GPS (Assisted GPS)，或A-GPS，是一种利用辅助服务器来减少GPS确定某个位置所需时间的一种技术。当用户位于"市区峡谷"、头顶有浓密的树木覆盖、甚至在室内时，这种技术在用户定位方面很有用。辅助GPS应用越来越普遍，并且通常用于蜂窝网络的位置服务（LBS）。

　　与仅利用接收器自身的资源来计算接收器位置的自发式GPS系统不同，A-GPS系统可以从远程计算机（网络辅助服务器）获得帮助，这个计算机拥有较高的处理能力，并且能够接入参考网络。由于A-GPS接收器和辅助服务器分担任务，所以与依赖蜂窝网络覆盖情况的自发式GPS系统相比，它的过程更快、效率更高。 A-GPS系统提供的性能超过了相同的接收器在独立模式下的性能。例如，A-GPS系统获得初次位置读数的速度比自发式GPS系统要快得多：前者为1至2秒，而后者为40至50秒。

车载导航系统和便携式导航系统

　　GPS系统产生多个位置读数（经度、纬度、以及高度或海拔）。这些信息成为其它各种服务的基础。其中最受欢迎的服务就是导航服务，这种服务可以引导你从地点A到达地点B。它通常显示一张地图，但地图并不是一种必须的要求，因为声音导航服务（左转/右转）是一种比较有效的方法。

高质量的导航比较困难，要求各种资源准确无误，例如：
需要海量的数据结构以计算地点A到地点B的路线。
需要一个功能强大的CPU，以在屏幕上连续显示更新的地图。
需要巨大的存储空间来保存地图数据，能够容纳1GB以上的数据。

　　为此，许多GPS设备采用了基于AGPS网络的服务。当然，只有在连续网络连接的情况下-- 如移动电话，这种服务才可行。
国家海洋电子协会（NMEA）

　　一个基于GPS的系统一般由两个部分组成，即GPS引擎和在引擎上运行的服务应用程序（如在导航服务中）。系统的两个部分通常由不同的厂商提供。但是，这两个部分需要一个通用的界面协议。这个通用的界面协议是NMEA 0183标准，该标准由国家海洋电子协会（www.nmea.org）制定。定位的时候，NMEA报文包括各种数据，如视野中卫星的数目、卫星的信号强度、时间和接收器的位置。

移动电话整合GPS的挑战

　　有几种因素限制了GPS在移动电话中的广泛采用。主要的挑战包括下列几个方面：

　　尺寸较大--目前移动电话发展的趋势是更轻、更小，而当前的GPS芯片集解决方案的尺寸太大。需要有更小尺寸的解决方案。
　
　　成本较高--需要整合GPS功能，而将成本比较敏感的移动电话制造商的物料清单（BOM）大幅度增加。

　　功耗较高--需要高效的设计，这样运行GPS时不会耗尽移动电话电池的电量和缩短两次充电之间的时间。 GPS性能太差--需要利用辅助GPS来提高在密集市区的使用性能，这样能够快速而准确地向移动电话用户提供位置数据。

　　整合的复杂性--目前，在移动电话中整合软件和射频功能的设计周期为3-6个月。必须找到缩短这个周期的办法。

　　很清楚，需要新的设计解决方案来满足移动电话市场的挑战性需求。

卓然公司的GPS技术

　　卓然公司的APPROACH 5C多媒体处理器IC包含一个内置的高性能、低功率的GPS基带，支持自发式和辅助GPS。APPROACH 5C处理器中的GPS引擎发送包含时间、位置和速度信息的标准NMEA报文，并且能够兼容所有基于GPS的应用程序。

　　APPROACH 5C多媒体处理器中的GPS技术符合移动电话的所有这些挑战性要求：

　　尺寸小--由于GPS基带已经包含于多媒体处理器中，因此仅需要外部射频模块。

　　成本低--与独立的GPS基带芯片相比，将GPS基带内置于多媒体处理器中可以大幅度降低系统成本。GPS基带利用了APPROACH 5C多媒体处理器提供的CPU和内存资源，从而优化了芯片。

　　功率低--APPROACH 5C多媒体处理器采用先进的系统节能设计，并且利用先进的90纳米加工技术生产。90纳米加工技术将捕获功率减少到70mW，并将跟踪功率减少到40mW。

　　性能高--GPS性能通过其定位所需的时间和定位的准确度来衡量。APPROACH 5C处理器的灵敏度为-160dbm。在AGPS模式下，它将首次锁定时间（TTFF）减少到1秒以下，并将导航精确度提高到5米以下。

　　完全整合--卓然公司提供一个基于APPROACH 5C多媒体处理器和射频模块的完整参考设计，因此无须其它特殊的或额外的复杂射频设计。软件也包含在内，因此无须再进行软件整合。

　　下图显示的是在中国深圳市进行汽车试驾时的GPS数据，利用的是Google earth应用程序。图中的每一个蓝点代表一个GPS读数。这些点在每隔一秒的时间内读出，因此，连续点之间的距离就代表着汽车的速度。我们甚至可以看见汽车驶入大楼的停车场。

在中国深圳市进行的GPS试驾

　　APPROACH 5C多媒体处理器是目前支持GPS的唯一多媒体处理器。它还是提供给移动电话制造商的唯一小型解决方案，使他们能够通过在APPROACH 5C解决方案中增加一个低成本的射频芯片，从而在移动电话中置入一个高性能、低功率、具有成本竞争力的GPS系统。目前已经开发出了拥有完整软件应用的APPROACH 5C系统平台，能够帮助多媒体移动电话制造商将他们的新型号产品快速推向市场。

作者简介：

        Alon Shamir是卓然公司移动事务部负责APPROACH多媒体处理器产品线的产品营销经理。如需联系Shamir先生，请发送电子邮件至：alon.shamir@zoran.com。

        作者：卓然公司移动事务部产品营销经理Alon Shamir先生