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SiGe半导体公司GNSS解决方案部产品市场经理Malcolm Lomer 定位导航系统是不断变化的技术，这种变化需要系统做出大幅度的改进，纯GPS技术的定位无法满足个人应用的使用需求和消费者的期望。它必须与其他技术相辅相成，尤其是要满足市场的需求即性能增强而成本却要降低，GPS更必须与其他技术配合。市场调研机构Berg Insight最近的一份研究报告预测，到2009年，基于手机的个人导航解决方案在欧美的出货量将达1200万部，基于手机的个人导航解决方案预期逐年成长率高达86%。 挑战在于性能和成本 在专用导航系统中，设计人员可以为用户建立理想的接收环境，来接听藏在背景噪声下的信号。 但一般的手机环境相比较之下很嘈杂，而且只备有极小的显示屏和弥足珍贵的电池能量。此外，GPS应用往往只是移动电话上的众多应用之一。所以，功率管理是关键问题。而具备GPS功能的移动电话由于尺寸的限制和新设计的各种考虑事项，使在天线放置和接收器噪声隔离方面的选择很有限。要把GPS接收器集成到电话中，前者的尺寸必须很小，并对远程卫星的信号非常敏感，以及能够不受最靠近它的噪声源(比如电话的内置射频发射器)的影响。 要针对上述所有挑战构建一个系统，性能和成本是设计人员关注的两大主要问题。在性能方面，芯片供货商提供了各种各样的纯GPS技术解决方案，例如A-GPS(辅助GPS)和伽利略(Galileo)系统，而这些都是在Berg Insight在2006年所做的位置定位服务(LBS)调查中，许多受访供货商和业内顾问认为的重要技术。(其中，44%的受访者预期A-GPS和伽利略将成为最重要的定位技术。另外39%则指出最重要的是两者或更多技术的结合。) 关于性能的一个特别关注点是，在人口密集的城市和室内环境中，信号强度会大幅削弱，倘若单靠提高接收器灵敏度是不够的，所以必须找出解决这一问题的方法。其中，减少这些系统依赖的卫星的数目是一种可能的解决方案。GPS算法的发展允许接收器定位只基于一颗或两颗卫星，甚至在缺乏足够的信号来完成传统GPS数据收集的情况下，也可以获取重要信息。不过，相比开放式环境中通过从多个卫星信号获得信息计算所得，这种位置估算方法的精度在可靠性上要更差些。 另一种选择方案是惯性导航系统。当接收器只有极少甚至没有可视卫星信号时，结合了惯性传感器(比如指南针、高度计或步程计)的最新定位计算技术就能够提供传统GPS无法实现的定位估算。在高楼林立、卫星信号可能时隐时现的环境中，整合上述类型传感器对性能来说极为有利。不过，如果要靠传感器本身来放大GPS接收器的接收信号，在缺乏任何卫星信号的情况下，这些方法尚无法支持长时间的准确定位。 E-GPS可实现快速定位 开发人员逐渐考虑采用GPS以外的补充系统，从而在对卫星导航不利的环境中提供良好的定位信息。Cell ID和单元三角测量方法在人口密集区域、室内及户外提供了很好的覆盖范围，但精度较卫星系统为差。例如，Cell ID精度一般在1公里到2公里间，而单元三角测量技术要好很多，至于E-GPS等系统在缺乏GPS信号时精度也达100米。但不少蜂窝定位技术都有一个缺陷，那就是需要在网络基础架构中增添额外的硬件支持。 SiGe半导体和Cambridge Positioning Systems公司联手开发了一种前景看好的E-GPS系统，利用这一系统，配备有GPS接收器的蜂窝手机可接入到由基于蜂窝技术的三角测量系统所支持的GSM网络，从而提供了快速定位和无缝的覆盖范围。这种特殊的解决方案包含了如上所述的不同方案，大大增强了服务的可靠性：可以较少的卫星实现定位；内建传感器和能够实现个人导航位置推算的算法；以E-GPS补足传统的GPS；还可被整合到支持伽利略卫星的混合系统中。 重要的是，由SiGe和Cambridge合作开发的这款产品包含了能够利用蜂窝信号进行定位测量的软件，不需要在手机中增加任何额外的硬件，也无需任何网络基础设施。基于网络测量与卫星技术互相结合，可以实现快速的全方位、全区域定位。根据原型系统的现场测试显示，该方案可进行连续跟踪，在城市和室内等各种环境下能够于10秒内提供100米范围以内的精度。这样，GPS用户便可以体验到能够在室内可靠运作并快速收集数据的定位服务。 这种混合型解决方案不仅能够确保各处定位信息均快速和精确，而且由于无需对网络基础架构进行昂贵的修改，所以还可以最大限度地减小终端设备的成本和功率。 A-GPS可划分网络与手机定位负荷量 辅助GPS(Assisted GPS，A-GPS)也是一种混合型解决方案。它把GPS和无线链路结合到蜂窝基站中的一个所谓的“辅助服务器”中。该服务器可帮助执行实现范围测量和定位解决方案所需的任务。 各类A-GPS为手机设计人员提供了不同的选择方案，来具体划分网络和移动设备之间的定位负荷量。目前最流行的A-GPS解决方案之一，是利用CDMA手机的基础设施，由于它在服务器端计算手机的位置、速度和时间，故可把手机的工作负荷减至最小，从而降低移动基站对功率的要求，并使A-GPS的实现成本较低廉。可惜的是，恰恰正是受限于CDMA网络，A-GPS的性能达不到消费者对定位服务的要求，因为它主要是针对紧急服务需求而设计的。 另一种方案可以通过移动设备自身内部的位置、时间和速度计算来实现。这样，手机会自动获得数据以访问基于位置的服务，并提供导航/定位功能。如此一来，网络的压力便会较小；而更重要的是能够连续处理定位信息，这一点对消费应用是至关重要的。不过，这种方案需要额外的硬件，事实上，GSM这类非CDMA网络总是需要硬件来提供定位信息的。这种替代系统的主要缺点是要求更高的处理能力，且耗电更快。 为移动手机而开发的航位推算(dead reckoning)解决方案考虑到了个人用户的特殊需要，例如当无法获得卫星信号时，SiGe半导体的专利指南针技术及惯性传感器，能够在强大GPS信号的环境中被校准，以进行航位推算。 GPS可与伽利略系统相互协作 像航位推算、E-GPS和A-GPS等解决方案都旨在从数目有限的可视卫星中获得更精确的连续定位信息。对于个人定位，需要使用的卫星数目可能更多，例如由欧洲委员会和欧洲太空总署联手开发的伽利略系统所提供的额外卫星服务。 伽利略系统将建造一个由30颗卫星提供定位和定时服务的基础架构，可补充现有的GPS系统。这是一种建立在GPS经验基础上非常可靠的新技术，鉴于它的卫星星座结构及其基于地面的控制与管理系统，其精度类似甚至高于GPS。 同时支持GPS和伽利略的混合系统将能够确保在全球每一角落的地平线都有足够数量的卫星，从而保证在各城镇乃至纬度极高的地区都能接收到信号。 GPS和伽利略基础架构相互协作，在精度和安全性方面带来了真正的优势。同时采用两个独立系统能让所有用户都可受益，因为他们将能够使用同一个接收器来接收GPS和伽利略信号。混合型GPS和伽利略技术有助于增加用于室内和城市峡谷的可视卫星的数量。SiGe半导体及其他供货商都已运用在GPS领域的多年经验推出了相关接收器，可同时支持GPS和伽利略系统，从而提供最佳的覆盖范围，满足消费者对性能的期望。 相关链接 未来有两种可行解决方案 在实现E-GPS和A-GPS解决方案时，具有不同集成度的各种设计方案都将在不同阶段上彼此相关。一类例子是与设备应用及基带处理器分开的完整GPS接收器；而与之相反的则是软件GPS，所有的信号处理和定位计算都在主机处理器上执行，只需外接无线射频(RF)前端即可。 目前可行的混合型解决方案介于上述两个例子之间，未来有两种可能的发展方向：一种包含主机处理器、GPS基带处理器和GPS射频级三个模块，这条发展路线是集成更多的前端功能，最终构成一个兼具单芯片GPS前端和主机微控制器的解决方案。这种方式不但产生了高度优化的硬件，而且还为RF芯片带来了附加价值。增加前端模块以实现新的功能，例如蓝牙、数字广播视频和其他无线电功能，意味着需要重新改动设计中最复杂的部分，因为处理功能都是与RF集成在一起的。 另一种发展方向(也是SiGe所支持的)开始时是GPS加速器芯片与射频前端及主机处理器共同工作，其后这个加速器和主机处理器被集成在一起，当把伽利略功能性增添到RF芯片的既有GPS中时，这种架构也被保留下来。于是，未来用于DVB和其他功能的无线电技术将完全内建在RF芯片中，而增强了的软件功能性可以更快速也更容易地内建于主机处理器软件中。在第一个方案里，有可能得花上两年的时间来等待单芯片前端经过重新设计，然后才能实现增强的功能；但利用第二种方案，短短数月之内就能够推向市场。
【责任编辑 朱青】
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