GPS系统是由美国国防部设计和资助的精巧卫星导航系统,包含了24能持续发送地理位置海拔高度和时间信号的卫星,这些卫星平均分布运行在六个轨道上。一般来说,在地面上的GPS接收器能接收5～12个卫星信号,而为了获得地面上的定位坐标,至少需要4个卫星信号,三个用来确定GPS接收器的纬度、经度和海拔高度,第四个则提供同步校正时间。

L1和L2波段

如图1所示,每个卫星都在两个载波上发送两个直接序列扩频信号。之所以要使用扩频技术,是因为它具有高度的抗窄带干扰能力。

图1  驻留在L1和L2 GPS信号波段上的P码和C/A码

第一个载波驻留在L1波段（中心频率为1575.42MHz）,第二个驻留在L2波段（中心频率为1227.6MHz）。L1波段主要是民用,包含了两种代码,一个叫做粗捕获码（C/A）码,另一个叫做精测距码（P码）。L2波段只用于军用场合,仅含有一个P码。所有24个卫星的L1信号均使用同样的频率,但相互不发生干扰,因为它们每一个都经由覆盖了2.046MHz波段的一个PRN代码进行了扩频。经过PRN代码扩频后的GPS信号不仅能区别于其他信号,还具有抗干扰能力。

众所周知,对干扰的抵抗主要依靠系统的处理增益。处理增益越高,GPS信号扩展的越宽,如果将信号扩展至整个波段,只会有一部分有用信号被窄带干扰破坏。但信号在经过解扩频过程后,窄带干扰会被放大。对于GPS应用而言,每一个PRN代码序列的大小是  1 023 bit,扩频的速率是1.023M/s。这样,处理增益被定义为：

处理增益＝10log(芯片速率/数据速率)＝43dB                  （1）

此式中,芯片速率＝1.023M/s, 数据速率＝50b/s。

解扩频GPS信号的质量决定了GPS接收器的精度,它是由结果误码率（BER）来的判定。假定基带处理器需要的BER为10-5,用于BPSK模块的相关器的Eb/N0 将不小于9.5dB。Eb/N0定义为每bit上的能量对噪声浓度的比。从9.5dB的相关器Eb/N0除去43dB的处理器增益,相关器的输入信噪比是  -33.5dB。

假设GPS软件的执行损失为3.5dB,量化器输入的信噪比为-30dB。在整个2.046M的采样带宽内,集成噪声功率为-111dBm。为了获得-139dBm的目标敏感度,所需的级联接收噪声将是   -28dB的天线中信号信噪比和-30dB的量化器输入中的信号信噪比之差。

NF=SNRANTENNA/SNRQUANTIZER = -28dB-(-30dB) = 2dB                         (2)

具体应用

当GPS器件成为手机或其他手持设备集成解决方案一部分时,它们对相邻单元干扰的承受能力将成为关键。举例来说,一个双频带CDMA手机可同时进行GPS工作。此时,功率放大器上的典型CDMA传送功率是25dBm。假设互扰消除器和GPS通带过滤拓扑可以隔离-70dB的频带外信号,GPS接收器将承受－45dBm的带外干扰级。

为了减少成本和尺寸,多数的制造商在设计多功能器件时会使用一个普通的参考频率。传统的GPS接收器只工作在16.36MHz的参考频率下。如果GPS接收器是一个单独的单元,灵活的参考输入将不再需要。然而,当今的手持设备需要多种参考频率,如10.0、13、14.4、19.2、20.0和26.0MHz。因此,当低成本、小体积成为器件的发展趋势时,一个具有灵活参考输入的GPS接收器将非常有用。举例来说,MAX2741 GPS接收器有一个集成合成器,通过接收2～26MHz的参考频率,它将有助于建立灵活的频率规划。当配有一个外加LNA时,该器件能获得小于2dB的级联噪声。

过去,在GPS接收器中关联接收到的PRN代码和已知PRN代码的工作是由专门的GPS基带处理器来完成的。现在,由于有了菲利普公司的突破性软件GPS技术,关联和计算功能将交由应用处理器中的内置软件来完成。这样做不仅降低了成本,还减小了GPS解决方案的尺寸。