作者 |LV火焰
GPS导航太重要了！现如今是“一机在手，天下我有”的时代，手机给人们的日常带来了无可比拟的便利，如日常的通讯、网购、外卖、游戏、音视影音、休闲娱乐、教育学习均能在手机上轻松实现。除此之外相信大家还有一项特别特别重要的功能会经常使用，没错，那就是定位导航。 大家手机中都装有高德地图、百度地图、谷歌地图等中的一款或多款地图，而这些地图要实现导航功能，则需要开启GPS定位功能。“您已偏离路线，正在重新规划。”随着高德地图里林志玲甜美的声音传入耳中，距离目的地---上海j9九游会真人游戏第一品牌电子总部所在地诺德国际中心又近了，忐忑的心放下了。有了GPS导航地图，宝宝再也不怕迷路了。下面就GPS及GPS LNA相关的基础知识做下讲解： 一、何为GPS导航系统？ 全球导航卫星系统（GNSS）主要包括： ---GPS （美国） ---GLONASS（俄罗斯） ---GALILEO（欧盟） ---北斗/COMPASS（中国） GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，共有6个运行轨道，向全球各地实时提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。 二、GPS卫星系统是如何实现定位的? 原理：GPS卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，供GPS接收机接收。由于传输的距离因素，接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时刻有延迟，通常称之为时延。 卫星和接收机同时产生同样的伪随机码，一旦两个码实现时间同步，接收机便能测定时延，然后将时延乘上光速，便能得到距离，然后综合多颗卫星的距离数据就可知道接收机的具体位置。 三、GPS载频信号有哪些频段？ ◇ L1:1575.42±1.023MHz ◇ L2:1227.60±1.023MHz ◇ L3:军事及科研应用，具体未公开 ◇ L5:1176.45±1.023MHz（2009年测试，2010年正式播发） 目前个别客户会有双频GPS的需求，那双频GPS和单频GPS有什么区别，能带来什么好处呢？ 单频接收机 只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。因为不能有效消除电离层延迟影响，只适用于短基线（<15km）的精密定位。 双频接收机 可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的差异性，可以消除电离层对电磁波信号的延迟影响，在几千公里的范围内，也可以实现精密定位。 应用场景 a)民用GPS通常只使用L1波段; b) 勘测与军事用途则需要同时使用L1和L2波段; c) L5是第三种民用GPS信号，有利于GPS测量过程中的周跳探测、电离层延迟误差改正和整周模糊度的确定，可将民用定位精度从10米提升至3米。如博通的芯片上的接收器先用 L1 信号锁定卫星，然后用 L5 信号算出精确的位置。 四、为什么要加GPS LNA？ GPS信号由卫星信号的发射接收路径如下： 注：-160dBW=-130dBm 如表格，开阔地带收到的GPS信号强度约为-130dBm，LNA的作用是放大天线接收到的微弱信号，同时降低系统后级噪声的影响。 五、典型电路原理图 GPS LNA及前端器件皆靠近天线馈点放置，且放于屏蔽盖中。 六、GPS系统指标 GPS系统指标包括：灵敏度、TTFF（首次定位时间）、定位精度。 灵敏度定义：满足系统最小载波噪声功率谱密度比(C/N0)的系统输入信号功率Pr。 灵敏度 1、冷启动：接收机不依靠存储的上次定位信息，而是进行“满天搜索”。冷启动灵敏度典型值为-147dBm（CN0的典型值为25dBHz），冷启动时间一般大于30秒。 2、热启动：接收机利用存储的卫星星历和上次定位信号进行快速捕获卫星信号并完成定位。热启动要求接收机当前位置距离上次定位不能过远，而且星历应处于有效期内。热启动灵敏度典型值为-163dBm（CN0的典型值为9dBHz），热启动时间一般小于3秒。 3、暖启动：所谓暖启动，介于热启动和冷启动之间，有之前的参考频率等信息但星历丢失。暖启动时间一般大于10秒。 4、捕获：确定对接收机当前位置的可见卫星，进而计算可见卫星的频率和CA码相位信息。捕获分为冷启动和热启动两种模式。 5、跟踪：以提高捕获得到的CA码相位和载波频率的精度，并保持跟踪状态，进而去除载波和CA码以得到导航数据电文。跟踪灵敏度典型值为-165dBm（CN0的典型值为7dBHz）。 TTFF 是GPS系统最为重要的指标参数之一, 直接影响使用者的体验，定位时间越短，体验越好，一般冷启时间在25-60s内为正常。 定位精度 GPS卫星定位系统卫星轨道高度约为20200km，民用GPS L1频段定位精度可达10m。 七、GPS LNA芯片关键指标 芯片关键指标包括：噪声系数/增益/S参数/线性度（P1dB/IIP3/2rd harmonic）。 噪声系数（Noise Figure） NF的定义：指在一定条件下，接收机或放大器，输入端的信噪比与输出端的信噪比，两者的对数比值，即F=（Si/Ni）/（So/No）; NF=10*logF。 NF对系统的影响：接收机灵敏度 = -174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF，BW指的是中频带宽，Eb/N0与信噪比相关；对于确定的射频系统，BW及Eb/N0都是确定值，因此射频系统中影响接收机灵敏度的关键因素是噪声系数NF。噪声系数直接对应着插入损耗，越小越好。冷启动时，额外的0.1dB噪声系数会导致3～4秒的TTFF增加，甚至更长。 增益（Gain） 即输出功率与输入功率比值，也就是放大倍，噪声的公式如下： 由公式可知，对总噪声影响最大的是F1和F2，尤其是第一级放大器的GAIN和F最为关键。这也就是九游会J9·(中国)真人游戏第一品牌为什么要将LNA靠近天线端口摆放，就是为了减小前端信号带入噪声。 那GAIN值是否越大越好呢？ 回答：即使不考虑外来blocker以及饱和，LNA的GAIN也不是越大越好！ 原因：请看下面GIAN值与NF、IIP3关系图表： 由此图可以看出，当GAIN大到一定值时，NF的下降几乎可以忽略，且此时的IIP3还在继续恶化，这对于系统链路来说并不是好事。 比如GAIN值24dB时并不会比15dB的NF更优，反而IIP3还在下降很多。 S参数 S参数，也就是散射参数。九游会J9·(中国)真人游戏第一品牌在与竞品做参数对比时，除了GAIN和NF外，S参数也是重要的衡量指标，它代表了信号传输的有效性和能量转换率。 S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗。 S12为反向传输系数，也就是隔离。 S21为正向传输系数，也就是增益。 S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。 线性度 线性度是衡量LNA带内带外抑制能力的一项指标，线性度指标主要包括：P1dB/IIP3/2nd Harmonic。 智能手机都会带有GPS功能，但GPS需要与手机中多种无线通信模块共存，如图。因这些GPS之外的无线信号、EMI干扰信号均会对原本就很微弱的GPS信号产生干扰，这就使得GPS LNA的线性度尤为重要。 线性度-P1dB P1dB指当输入功率增大到一定值时，增益相比低输入时减少1dB的输入（或输出）功率点。当带外干扰为单频信号时，九游会J9·(中国)真人游戏第一品牌主要考虑P1dB作为线性度的衡量标准。 SAW的带外抑制能力通常在40-50dB，如果LNA的P1dB不够高，输入信号就会很容易进入饱和造成GPS系统性能下降。 线性度-IIP3 当存在带外双频干扰时，九游会J9·(中国)真人游戏第一品牌主要考虑IIP3作为线性度的衡量标准。 由于LNA的非线性，在2w1-w2和2w2-w1频率处出现了干扰项，如果正好位于GPS信号的频率所在范围，则系统性能下降。 以下为示例： GPS的接收信号远远弱于带外的其它干扰信号。 如果双频信号分别是1713MHz(GSM频段）和1851MHz（PCS频段），则交调项刚好落在GPS频段。如果LNA的IIP3指标越高，落在GPS带内的干扰项越弱，也就是抗干扰能力越强，线性度越好。 线性度-2nd Harmonic B13的TX频率范围是777-787MHZ，787.76MHZ的2次谐波刚好落在GPS频带内。 规格书中往往会标注B13 2nd Harmonic的抑制能力，这同样是考验GPS LNA 线性度的一项重要指标，比如AW5005DNRZ这项指标是-74dB，有较好的抑制能力。 实际应用中，如果有B13的项目，一般会在SAW之前加个Notch电路，该电路可以抑制-80dBm左右，如图：
