建立一個(gè)可以應(yīng)對移動(dòng)電話的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)
卓然公司移動(dòng)事務(wù)部產(chǎn)品營銷經(jīng)理Alon Shamir先生 2007/02/02
移動(dòng)電話采用GPS
最新的市場預(yù)測顯示，GPS是移動(dòng)電話的下一個(gè)熱門功能。移動(dòng)電話制造商、服務(wù)提供商和用戶都在不斷地關(guān)注著移動(dòng)電話可采用的新功能。GPS能夠?qū)崿F(xiàn)各種熱門服務(wù)，如：導(dǎo)航、交通信息、游戲、家庭成員或朋友的定位等等。
GPS已經(jīng)開始進(jìn)入大眾市場。GPS占到了PDA銷售的60%以上，并且據(jù)預(yù)測，未來五年內(nèi)大部分手機(jī)將采用GPS。在美國，GPS是一個(gè)強(qiáng)制性的功能，聯(lián)邦法規(guī)要求手機(jī)采用GPS技術(shù)，這樣可以通過手機(jī)向公共安全應(yīng)答點(diǎn)（PSAP）自動(dòng)輸送位置信息，從而簡化911緊急服務(wù)。各種因素限制了GPS的廣泛采用，主要包括：成本高、功耗高、以及GPS的準(zhǔn)確度低。
基于移動(dòng)位置的服務(wù)
在這個(gè)極具競爭性的電信時(shí)代，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在不斷地尋求新型的和創(chuàng)新的方式，以將其產(chǎn)品差異化并提高其利潤。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的最好方式之一，就是提供基于位置的高度個(gè)性化的移動(dòng)服務(wù)。移動(dòng)位置服務(wù)包括：汽車導(dǎo)航、交通和天氣信息、車輛和人員管理、基于位置的計(jì)費(fèi)服務(wù)、就近服務(wù)、游戲、安全等等。
什么是GPS？
導(dǎo)航衛(wèi)星定時(shí)定距系統(tǒng)（簡稱為NAVSTART），即眾所周知的全球定位系統(tǒng)（GPS），是一個(gè)基于衛(wèi)星的位置系統(tǒng)。該系統(tǒng)由美國國防部（DOD）開發(fā)和運(yùn)營。第一顆衛(wèi)星于1974發(fā)射升空，截止1994，全部24顆衛(wèi)星到位。如今，該系統(tǒng)包含至少24顆有源衛(wèi)星，并且DOD定期將老舊的衛(wèi)星更換成新的衛(wèi)星。
這些3,000至4,000磅重的太陽能衛(wèi)星在大約12,000英里（19,300公里）的高度圍繞著地球旋轉(zhuǎn)，每天兩圈。其軌道經(jīng)過精心安排，這樣在地球上的任何時(shí)候任何地點(diǎn)，總能夠在天空中“看到”至少四顆衛(wèi)星。GPS接收器的任務(wù)就是對四顆或更多的衛(wèi)星進(jìn)行定位，計(jì)算每顆衛(wèi)星的距離，并利用這些信息來推導(dǎo)其自身的位置。
該系統(tǒng)免費(fèi)在所有時(shí)候和所有氣候條件下向所有人提供高度精確的位置和時(shí)間信息。
GPS如何運(yùn)作？
GPS系統(tǒng)以幾種頻率發(fā)射信號。民用GPS系統(tǒng)的發(fā)射頻率為1575.42MHz（K1）。GPS接收器可以測量出衛(wèi)星信號的行程時(shí)間，并相應(yīng)地計(jì)算出衛(wèi)星的距離。由于接收器本身不能確定衛(wèi)星的方向，所以它需要至少四個(gè)不同衛(wèi)星的讀數(shù)來獲得定位。
更確切地說，GPS信號比一個(gè)典型的電臺要弱1000倍并且遠(yuǎn)100倍！因此，GPS信號“特別弱”，所以GPS基帶實(shí)際上是在“大海里撈針”。
輔助GPS
輔助GPS (Assisted GPS)，或A-GPS，是一種利用輔助服務(wù)器來減少GPS確定某個(gè)位置所需時(shí)間的一種技術(shù)。當(dāng)用戶位于“市區(qū)峽谷”、頭頂有濃密的樹木覆蓋、甚至在室內(nèi)時(shí)，這種技術(shù)在用戶定位方面很有用。輔助GPS應(yīng)用越來越普遍，并且通常用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)（LBS）。
與僅利用接收器自身的資源來計(jì)算接收器位置的自發(fā)式GPS系統(tǒng)不同，A-GPS系統(tǒng)可以從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)（網(wǎng)絡(luò)輔助服務(wù)器）獲得幫助，這個(gè)計(jì)算機(jī)擁有較高的處理能力，并且能夠接入?yún)⒖季W(wǎng)絡(luò)。由于A-GPS接收器和輔助服務(wù)器分擔(dān)任務(wù)，所以與依賴蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況的自發(fā)式GPS系統(tǒng)相比，它的過程更快、效率更高。
A-GPS系統(tǒng)提供的性能超過了相同的接收器在獨(dú)立模式下的性能。例如，A-GPS系統(tǒng)獲得初次位置讀數(shù)的速度比自發(fā)式GPS系統(tǒng)要快得多：前者為1至2秒，而后者為40至50秒。
車載導(dǎo)航系統(tǒng)和便攜式導(dǎo)航系統(tǒng)
GPS系統(tǒng)產(chǎn)生多個(gè)位置讀數(shù)（經(jīng)度、緯度、以及高度或海拔）。這些信息成為其它各種服務(wù)的基礎(chǔ)。其中最受歡迎的服務(wù)就是導(dǎo)航服務(wù)，這種服務(wù)可以引導(dǎo)你從地點(diǎn)A到達(dá)地點(diǎn)B。它通常顯示一張地圖，但地圖并不是一種必須的要求，因?yàn)槁曇魧?dǎo)航服務(wù)（左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)）是一種比較有效的方法。
高質(zhì)量的導(dǎo)航比較困難，要求各種資源準(zhǔn)確無誤，例如：
- 需要海量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以計(jì)算地點(diǎn)A到地點(diǎn)B的路線。
- 需要一個(gè)功能強(qiáng)大的CPU，以在屏幕上連續(xù)顯示更新的地圖。
- 需要巨大的存儲空間來保存地圖數(shù)據(jù)，能夠容納1GB以上的數(shù)據(jù)。
為此，許多GPS設(shè)備采用了基于AGPS網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。當(dāng)然，只有在連續(xù)網(wǎng)絡(luò)連接的情況下—— 如移動(dòng)電話，這種服務(wù)才可行。
國家海洋電子協(xié)會（NMEA）
一個(gè)基于GPS的系統(tǒng)一般由兩個(gè)部分組成，即GPS引擎和在引擎上運(yùn)行的服務(wù)應(yīng)用程序（如在導(dǎo)航服務(wù)中）。系統(tǒng)的兩個(gè)部分通常由不同的廠商提供。但是，這兩個(gè)部分需要一個(gè)通用的界面協(xié)議。這個(gè)通用的界面協(xié)議是NMEA
0183標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由國家海洋電子協(xié)會（www.nmea.org）制定。定位的時(shí)候，NMEA報(bào)文包括各種數(shù)據(jù)，如視野中衛(wèi)星的數(shù)目、衛(wèi)星的信號強(qiáng)度、時(shí)間和接收器的位置。
移動(dòng)電話整合GPS的挑戰(zhàn)
有幾種因素限制了GPS在移動(dòng)電話中的廣泛采用。主要的挑戰(zhàn)包括下列幾個(gè)方面：
尺寸較大——目前移動(dòng)電話發(fā)展的趨勢是更輕、更小，而當(dāng)前的GPS芯片集解決方案的尺寸太大。需要有更小尺寸的解決方案。
成本較高——需要整合GPS功能，而將成本比較敏感的移動(dòng)電話制造商的物料清單（BOM）大幅度增加。
功耗較高——需要高效的設(shè)計(jì)，這樣運(yùn)行GPS時(shí)不會耗盡移動(dòng)電話電池的電量和縮短兩次充電之間的時(shí)間。
GPS性能太差——需要利用輔助GPS來提高在密集市區(qū)的使用性能，這樣能夠快速而準(zhǔn)確地向移動(dòng)電話用戶提供位置數(shù)據(jù)。
整合的復(fù)雜性——目前，在移動(dòng)電話中整合軟件和射頻功能的設(shè)計(jì)周期為3-6個(gè)月。必須找到縮短這個(gè)周期的辦法。
很清楚，需要新的設(shè)計(jì)解決方案來滿足移動(dòng)電話市場的挑戰(zhàn)性需求。
卓然公司的GPS技術(shù)
卓然公司的APPROACH 5C多媒體處理器IC包含一個(gè)內(nèi)置的高性能、低功率的GPS基帶，支持自發(fā)式和輔助GPS。APPROACH 5C處理器中的GPS引擎發(fā)送包含時(shí)間、位置和速度信息的標(biāo)準(zhǔn)NMEA報(bào)文，并且能夠兼容所有基于GPS的應(yīng)用程序。
APPROACH 5C多媒體處理器中的GPS技術(shù)符合移動(dòng)電話的所有這些挑戰(zhàn)性要求：
尺寸小——由于GPS基帶已經(jīng)包含于多媒體處理器中，因此僅需要外部射頻模塊。
成本低——與獨(dú)立的GPS基帶芯片相比，將GPS基帶內(nèi)置于多媒體處理器中可以大幅度降低系統(tǒng)成本。GPS基帶利用了APPROACH 5C多媒體處理器提供的CPU和內(nèi)存資源，從而優(yōu)化了芯片。
功率低——APPROACH 5C多媒體處理器采用先進(jìn)的系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，并且利用先進(jìn)的90納米加工技術(shù)生產(chǎn)。90納米加工技術(shù)將捕獲功率減少到70mW，并將跟蹤功率減少到40mW。
性能高——GPS性能通過其定位所需的時(shí)間和定位的準(zhǔn)確度來衡量。APPROACH 5C處理器的靈敏度為-160dbm。在AGPS模式下，它將首次鎖定時(shí)間（TTFF）減少到1秒以下，并將導(dǎo)航精確度提高到5米以下。
完全整合——卓然公司提供一個(gè)基于APPROACH 5C多媒體處理器和射頻模塊的完整參考設(shè)計(jì)，因此無須其它特殊的或額外的復(fù)雜射頻設(shè)計(jì)。軟件也包含在內(nèi)，因此無須再進(jìn)行軟件整合。
下圖顯示的是在中國深圳市進(jìn)行汽車試駕時(shí)的GPS數(shù)據(jù)，利用的是Google earth應(yīng)用程序。圖中的每一個(gè)藍(lán)點(diǎn)代表一個(gè)GPS讀數(shù)。這些點(diǎn)在每隔一秒的時(shí)間內(nèi)讀出，因此，連續(xù)點(diǎn)之間的距離就代表著汽車的速度。我們甚至可以看見汽車駛?cè)氪髽堑耐＼噲觥?br />
在中國深圳市進(jìn)行的GPS試駕
APPROACH 5C多媒體處理器是目前支持GPS的唯一多媒體處理器。它還是提供給移動(dòng)電話制造商的唯一小型解決方案，使他們能夠通過在APPROACH
5C解決方案中增加一個(gè)低成本的射頻芯片，從而在移動(dòng)電話中置入一個(gè)高性能、低功率、具有成本競爭力的GPS系統(tǒng)。目前已經(jīng)開發(fā)出了擁有完整軟件應(yīng)用的APPROACH
5C系統(tǒng)平臺，能夠幫助多媒體移動(dòng)電話制造商將他們的新型號產(chǎn)品快速推向市場。
作者簡介：
Alon Shamir是卓然公司移動(dòng)事務(wù)部負(fù)責(zé)APPROACH多媒體處理器產(chǎn)品線的產(chǎn)品營銷經(jīng)理。如需聯(lián)系Shamir先生，請發(fā)送電子郵件至：alon.shamir@zoran.com。
作者供稿 CTI論壇編輯
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