GNSS不再僅限于用在汽車(chē)應(yīng)用、測(cè)量?jī)x器和海事導(dǎo)航或昂貴的手持跟蹤系統(tǒng)，它眼下在想方設(shè)法進(jìn)入許多諸如蜂窩手機(jī)和個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備(PND)等對(duì)成本敏感的應(yīng)用。但若要使消費(fèi)電子產(chǎn)品廣泛采用GNSS，則降低其成本仍是關(guān)鍵。

    對(duì)價(jià)格點(diǎn)更靈活的高端設(shè)備來(lái)說(shuō)，GNSS通常是采用獨(dú)立的基于硬件的模塊實(shí)現(xiàn)的。雖然基于硬件模塊的設(shè)計(jì)在簡(jiǎn)化了GNSS設(shè)計(jì)的同時(shí)，還為主處理器提供完全評(píng)估后的定位數(shù)據(jù)，但這些模塊也相對(duì)增加了材料成本。因GNSS主要是作為消費(fèi)電器的增值特性而非基本用途，所以想在給這些消費(fèi)電子產(chǎn)品增加GNSS功能而不顯著影響產(chǎn)品成本就并非總行得通，從而帶來(lái)必須以不具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的價(jià)格出售產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。

    基于軟件GNSS的出現(xiàn)極大降低了系統(tǒng)內(nèi)增加GNSS功能的成本。在基于軟件的GNSS內(nèi)， GNSS基帶微控制器傳統(tǒng)上所用的集成電路和存儲(chǔ)器投入就省去了，與獨(dú)立GNSS接收機(jī)成本相比，有效地把成本降低了80%。因此就有可能把GNSS功能以具成本效益的方式引入廣泛的包括便攜媒體播放機(jī)和手機(jī)在內(nèi)等的應(yīng)用中。要說(shuō)的是，這些設(shè)備業(yè)已采用彩色液晶顯示器(LCD)，所以可借用LCD顯示位置信息，且無(wú)須增加額外的新處理資源或能力就有可用于基帶處理的足夠處理資源。

    對(duì)沒(méi)有或射頻(RF)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，為消費(fèi)電子設(shè)備開(kāi)發(fā)一個(gè)GNSS子系統(tǒng)是件費(fèi)心費(fèi)力的事。主要困難還不在于優(yōu)化接收器性能(因?yàn)樵S多可用的GNSS接收器具有很高集成度)、降低成本以及對(duì)包括遵從參考設(shè)計(jì)建議所得到的好處在內(nèi)的全面支持。真正挑戰(zhàn)在于：當(dāng)用純軟件實(shí)現(xiàn)GNSS基帶處理時(shí)，要做出多個(gè)會(huì)對(duì)靈敏度、性能、精度和功耗有巨大影響(好或壞)的架構(gòu)和細(xì)節(jié)方面的決定。

    若軟件工程師了解某些關(guān)鍵RF規(guī)則以及如何在系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)化這些規(guī)則，他們就可更好地最大化信號(hào)完整性和定位精度以為高度競(jìng)爭(zhēng)的消費(fèi)電子市場(chǎng)構(gòu)建成功的GNSS系統(tǒng)。有可能借助軟件架構(gòu)的內(nèi)在靈活性、以比基于硬件模塊方案更低的成本實(shí)現(xiàn)更高水平的系統(tǒng)能力(如：用更少衛(wèi)星改進(jìn)定位精度)。

    基帶GNSS處理絕非微不足道。基于性能和成本原因，GNSS基帶傳統(tǒng)上是用硬件實(shí)行GNSS相關(guān)器功能，采用的方法或是利用真正的相關(guān)器指針或使用一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)核來(lái)仿真巨大并行相關(guān)器的功能[即，用于加強(qiáng)首次定位(TTFF)性能]。把GNSS整合進(jìn)諸如手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品內(nèi)的動(dòng)力業(yè)已改變了用于決定實(shí)現(xiàn)GNSS最有效方法的投資回報(bào)率(ROI)等式。真正的問(wèn)題是為一個(gè)業(yè)已存在的架構(gòu)引入GNSS時(shí)增加的成本。例如，若采用的是6美元成本的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)GNSS，則增加的系統(tǒng)成本就是6美元。

    圖1顯示的是帶RF射頻和基于硬件基帶的傳統(tǒng)獨(dú)立GPS模塊架構(gòu)。圖2顯示的是同樣的獨(dú)立GPS模塊是如何在諸如PND這樣的產(chǎn)品中與應(yīng)用處理器連接起來(lái)的。在軟件基帶架構(gòu)中，基帶處理是由主處理器(圖3)實(shí)現(xiàn)的，采用的方式是使在當(dāng)代個(gè)人計(jì)算機(jī)內(nèi)的標(biāo)配軟件調(diào)制解調(diào)器看起來(lái)一樣。

    在單獨(dú)GNSS應(yīng)用中，因處理器時(shí)鐘周期成本遠(yuǎn)比專(zhuān)用集成電路(ASIC)處理GNSS所用的相應(yīng)數(shù)量門(mén)的成本高，所以GNSS信號(hào)的基帶處理傳統(tǒng)上不是用主處理器實(shí)現(xiàn)的。但在手機(jī)中，因?yàn)闈M(mǎn)足最近對(duì)多媒體服務(wù)不斷增加的需求，一個(gè)功能強(qiáng)大的應(yīng)用主處理器業(yè)已成為必須，該處理器必須具有足夠的能力解碼流音樂(lè)和視頻文件。另外，當(dāng)沒(méi)使用這些服務(wù)時(shí)，應(yīng)用處理器可能開(kāi)工不足或處在待機(jī)模式，從而可用其完成其它任務(wù)。

        直到最近，應(yīng)用主處理器的處理能力無(wú)法提供實(shí)現(xiàn)基于軟件GNSS所需的功力。但現(xiàn)在該處理器有可能執(zhí)行GNSS基帶處理，從而顯著縮減了增加的費(fèi)用并降低了在眾多消費(fèi)電子產(chǎn)品內(nèi)引入GNSS的門(mén)檻。從價(jià)格角度，基于軟件的GNSS使系統(tǒng)成本增加約3美元(也即是基于硬件模塊成本的一半)但卻擴(kuò)展了整個(gè)GNSS能力。

        重要的是要注意到，它只是基于軟件GNSS子系統(tǒng)的起步成本所以也是其最高價(jià)格?；谶@樣一個(gè)廣泛共識(shí)——軟件開(kāi)發(fā)一旦完成后，就不再有制造成本——軟件模式與硬件模式的定價(jià)機(jī)制有很大不同。傳統(tǒng)上，市場(chǎng)把軟件看作是行銷(xiāo)硬件的手段，也因此軟件常常與硬件捆綁在一起。隨著降低GNSS射頻成本的市場(chǎng)壓力以及采用GNSS的大批量應(yīng)用的出現(xiàn)，預(yù)計(jì)，該價(jià)格會(huì)迅速降低到1美元。在該成本，GNSS成為幾乎可在任何消費(fèi)電子應(yīng)用內(nèi)見(jiàn)到的一種功能。且同時(shí)它還將加速不同射頻技術(shù)的融匯，也即在單一一個(gè)軟件定義射頻(SDR)平臺(tái)內(nèi)包括進(jìn)GNSS、藍(lán)牙和無(wú)線(xiàn)本地網(wǎng)(WLAN)等技術(shù)。

        因基于軟件GNSS帶來(lái)的成本降低是通過(guò)利用應(yīng)用主處理器閑置的處理周期獲得的，而應(yīng)用主處理器業(yè)已是架構(gòu)的一部分，這就把優(yōu)化RF處理的某些責(zé)任轉(zhuǎn)嫁給軟件開(kāi)發(fā)商，而這些責(zé)任過(guò)去是由RF設(shè)計(jì)師擔(dān)當(dāng)?shù)摹Ｐ枳⒁獾氖?，軟件開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行的優(yōu)化并不牽扯開(kāi)發(fā)及優(yōu)化RF基帶處理算法；市場(chǎng)上已有幾個(gè)RF領(lǐng)袖開(kāi)發(fā)現(xiàn)成的GNSS基帶處理軟件。事實(shí)是，優(yōu)化是通過(guò)開(kāi)發(fā)者將基于軟件的GNSS技術(shù)整合進(jìn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的水平有多高來(lái)獲得的。基本上，優(yōu)化專(zhuān)注的是如何在最?lèi)毫庸ぷ髑闆r下保持性能和精度、最小化功耗以及保持架構(gòu)靈活性。

        應(yīng)考慮的一個(gè)問(wèn)題是最?lèi)毫忧闆r下的處理負(fù)載。因基于軟件處理的經(jīng)濟(jì)性部分取決于未使用的應(yīng)用主處理器資源，所以基于軟件的GNSS處理需根據(jù)可用資源動(dòng)態(tài)調(diào)整。在效果上，GNSS處理必須不能給諸如多媒體處理等其它系統(tǒng)功能帶來(lái)負(fù)面影響。當(dāng)然，若能在最?lèi)毫忧闆r下的處理中保持精度，則基于約定，當(dāng)有更多處理資源可用時(shí)，該精度也可保持。例如，在支持視頻和音頻回放的手機(jī)中，若視頻回放是手機(jī)中要求最大處理能力的功能，則包括音頻在內(nèi)的任何不使用視頻的模式對(duì)GNSS基帶處理來(lái)說(shuō)，資源都是綽綽有余的。

        在需要最多處理器資源的視頻回放中，GNSS基帶處理也許需要回調(diào)。但，考慮到視頻的視覺(jué)本質(zhì)，用戶(hù)將觀(guān)看視頻而非跟隨其目前位置。因此，僅當(dāng)用戶(hù)暫停視頻并切換到位置跟蹤應(yīng)用時(shí)，才需要高度準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)。

       開(kāi)發(fā)者可借此在視頻回放時(shí)，調(diào)整跟蹤精度。因用戶(hù)此時(shí)并不使用位置數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)者可選擇放寬精度容限。例如，利用需更少信息以估算位置的各種航位推算(dead-reckoning)技術(shù)，系統(tǒng)可在合理的精度內(nèi)獲得近似位置信息。當(dāng)再次需要位置數(shù)據(jù)時(shí)，GNSS子系統(tǒng)可利用從視頻處理釋放出的處理資源迅速恢復(fù)到高精度。

        注意，必須隨時(shí)保證一定精度的信號(hào)以避免丟失信號(hào)；否則，將需要重新獲取信號(hào)。源于重新獲取信號(hào)所需的時(shí)間以及最初的位置鎖定需要比跟蹤和保持位置多得多的計(jì)算資源，所以應(yīng)避免完全丟失位置鎖定。

       與其為實(shí)現(xiàn)持續(xù)導(dǎo)航以固定速率連續(xù)保持高精度，系統(tǒng)可采用若干步驟降低整個(gè)基帶處理負(fù)載：
        * 減少被跟蹤衛(wèi)星數(shù)。因處理負(fù)荷與被跟蹤衛(wèi)星數(shù)有直接比例關(guān)系，此舉將減少保持位置所需的周期數(shù)。
        * 減少系統(tǒng)處理的信號(hào)工作量。例如，在每三個(gè)采樣中只處理一個(gè)采樣將減少為有效保持位置必須處理的數(shù)據(jù)量。此舉將影響系統(tǒng)精度，但若系統(tǒng)業(yè)已在跟蹤很強(qiáng)信號(hào)，則犧牲的這點(diǎn)精度不足為慮。
        * 減少定位速率。該標(biāo)準(zhǔn)定位速率是1定位/秒。并非所有應(yīng)用需要該速率，例如，有些應(yīng)用1定位/10秒這樣一個(gè)速率就夠了。
        * 平均和濾波器數(shù)據(jù)。平均在降低精度的同時(shí)，也降低了錯(cuò)誤幅值。取決于應(yīng)用，平均可保守也可激進(jìn)。
        * 利用空閑周期獲得精度。有時(shí)，基帶處理負(fù)荷不重。與其讓這些周期閑置，GNSS子系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)要求這些周期來(lái)處理所需的更多信號(hào)以重新獲取精度，否則精度會(huì)降低。
        * 選擇用同相/正交(in-phase /quadrature——I/Q)格式而非原始信號(hào)傳遞數(shù)據(jù)的射頻。通過(guò)用硬件執(zhí)行I/Q基帶轉(zhuǎn)換步驟，則分擔(dān)了應(yīng)用主處理器的一些處理工作。該方法的一個(gè)主要缺陷是它在射頻和處理器間的接口生成兩倍需下載的數(shù)據(jù)量，從而要求一個(gè)比處理器所支持的更高速接口。
        * 采用航位推算和插補(bǔ)。僅通過(guò)運(yùn)行時(shí)鐘，系統(tǒng)可根據(jù)最后掌握的位置、方向和速度來(lái)估計(jì)用戶(hù)的大概位置。航位推算可長(zhǎng)期保持相當(dāng)精度。例如，高速公路上的汽車(chē)不太會(huì)突然轉(zhuǎn)向。當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)丟失(如汽車(chē)駛?cè)胨淼?時(shí)，航位推算是用于保持位置的相同技術(shù)之一。差別在于，“差”的信號(hào)狀況是刻意設(shè)置的而不是環(huán)境因素造成的
        * 選用更高性能處理器。若沒(méi)有足夠的未利用周期，根據(jù)應(yīng)用，則可能真需要把目前所用的應(yīng)用處理器升級(jí)至下一檔可用的速度，此舉可能比使用一款硬件基帶處理器便宜。如手機(jī)應(yīng)用處理器一般批量大、且采用最新和最具成本效益的工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，從而降低了成本?？紤]到基帶處理器相對(duì)低的批量，一般會(huì)有更長(zhǎng)的優(yōu)化周期。這樣，與基于硬件的基帶處理器相比，采用運(yùn)行于更小規(guī)模應(yīng)用主處理器上的軟件的基帶成本和功耗都會(huì)更低。
        * 屏蔽延遲。在需要時(shí)間恢復(fù)足夠精度的這些場(chǎng)合，由用戶(hù)來(lái)屏蔽延遲是重要的。諸如需太長(zhǎng)時(shí)間首次獲取信號(hào)的明晰可感的延遲會(huì)給用戶(hù)視覺(jué)造成極其負(fù)面的影響。例如，當(dāng)確定基于GNSS設(shè)備的質(zhì)量時(shí)，許多用戶(hù)將專(zhuān)注于類(lèi)似原初位置獲取等單一特性來(lái)評(píng)估整個(gè)GNSS質(zhì)量。若首次獲取位置耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，許多用戶(hù)將不會(huì)勞神比較整個(gè)精度到底多高。因此，在無(wú)論系統(tǒng)到底干什么的情況下，盡快獲取首次位置都是很重要的。例如，需要用戶(hù)暫停視頻、返回菜單然后選擇GNSS位置映像屏幕的過(guò)程為GNSS子系統(tǒng)恢復(fù)精度、降低獲感等待時(shí)間額外提供了一段時(shí)間。

       用于降低處理負(fù)載的上述許多技術(shù)也可同樣用于平衡功耗和靈敏度。即使系統(tǒng)有足夠未用或可用的處理資源，開(kāi)發(fā)者或許也想在任何事件中應(yīng)用最?lèi)毫庸ぷ髑闆r技術(shù)以限制功耗。

      因系統(tǒng)內(nèi)的不同部分可分別控制，所以用軟件實(shí)現(xiàn)基帶處理支持比基于硬件方法更靈活的電源管理。另外，隨著新的創(chuàng)新算法和降耗技術(shù)的開(kāi)發(fā)，可在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)且不需昂貴的硅重新設(shè)計(jì)。其它降耗技術(shù)包括?: 
        * 系統(tǒng)級(jí)感知。GNSS子系統(tǒng)應(yīng)訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)級(jí)狀態(tài)以便根據(jù)這些狀態(tài)采取行動(dòng)。若PND確定用戶(hù)并沒(méi)主動(dòng)看屏幕，當(dāng)它關(guān)閉顯示器背光時(shí)也還會(huì)“通知”GNSS子系統(tǒng)同時(shí)減少位置處理負(fù)載。當(dāng)用戶(hù)接著使用設(shè)備時(shí)，位置會(huì)被刷新。
        * 保持GNSS時(shí)鐘。當(dāng)關(guān)斷GNSS接收器系統(tǒng)或?qū)⑵湓O(shè)置為待機(jī)(休眠)模式時(shí)，只關(guān)斷射頻部分但保持GNSS時(shí)鐘。因時(shí)鐘也耗電，所以該技術(shù)實(shí)際需要更大功耗，但當(dāng)系統(tǒng)喚醒時(shí)，因其不必重新獲取時(shí)間，它支持更快的信號(hào)獲取。該技術(shù)可直接與業(yè)已在設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的任何降耗功能直接對(duì)接。
        * 儲(chǔ)存關(guān)于最后一次已知位置的足夠信息。任何時(shí)間，該設(shè)備都有關(guān)于其大概位置的數(shù)據(jù)、時(shí)間或參考，因系統(tǒng)了解大致答案，所以信號(hào)獲取被提速。
        * 存儲(chǔ)衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)。導(dǎo)航時(shí)，GNSS接收器需了解其全部跟蹤衛(wèi)星的軌道參數(shù)(年鑒和星歷)。在存儲(chǔ)該軌道數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)有接收器短時(shí)關(guān)閉、而以前使用的相同衛(wèi)星仍可用的場(chǎng)合。在這種情況，該接收器可熱啟動(dòng)、把從潛態(tài)到首次定位所需時(shí)間從30多秒減少至3秒內(nèi)。
        * 編程射頻以輸出更少數(shù)據(jù)。當(dāng)試圖在最?lèi)毫庸ぷ鳁l件下保持精度時(shí)，將完整GNSS信號(hào)送至主處理器會(huì)有好處，這樣當(dāng)突然有可用資源時(shí)就可利用這些信號(hào)，而若沒(méi)有可用資源時(shí)將丟棄這些采樣。但該方法以全速驅(qū)動(dòng)射頻/處理器接口。通過(guò)降低來(lái)自射頻的信號(hào)速率、當(dāng)有更多資源可用時(shí)，處理器雖失去了處理更多采樣的能力但卻保存了功率。
        * 采用智能航位推算。當(dāng)位置更容易估算時(shí)(如行駛在高速公路且半英里內(nèi)沒(méi)有出口的場(chǎng)合)，可采用犧牲精度以減小處理負(fù)載的航位推算及其它技術(shù)。通過(guò)采用航位推算技術(shù)有效進(jìn)行交叉定位計(jì)算或降低信號(hào)速率，信號(hào)處理負(fù)載可被降低且保持足夠精度。基于軟件方法的靈活性使實(shí)現(xiàn)諸如此類(lèi)的降耗特性簡(jiǎn)單可行。