软件方法对多星座GNSS芯片设计的好处

全球导航卫星系统 （GNSS） 提供的不仅仅是广受欢迎的 GPS 技术，而且是半导体市场中增长最快的技术之一。它已成为智能手机的关键组成部分，GNSS 有助于识别位置并提供地图数据和其他服务。正在招手的下一个前沿领域是智能手表和眼镜等低功耗定位可穿戴设备的集成。

在联网汽车和自动驾驶汽车的行业推动下，车载导航和远程信息处理系统也在稳步推进。在这个领域，GNSS 是汽车仪表板发展的主要组成部分。

只使用 GPS 卫星信号；GLONASS增强了 GNSS 设置。这导致信号接收、精度和覆盖效率方面的明显改善。目前有两个 GNSS 业务正在运行——无处不在的 GPS 和俄罗斯的 GLONASS——而两个新的星座处于半运行状态，并正在逐步走向完全覆盖全球。

由欧盟建造的全球卫星星座伽利略正在发射卫星；预计在 2020 年提供全面服务。然后是来自中国的北斗卫星系统，该系统自 2012 年以来已在亚洲部分运行，到 2020 年实现全球覆盖。

此外，已经在不同地区使用差分 GPS 建造了本地增强星座，例如日本的准天顶卫星系统 （QZSS） 和几个天基增强系统 （SBAS），其中地面站将增强和校正的信号传送到系统。因此，目前由 GPS 和 GLONASS 组成的 GNSS 世界将在未来几年拥有更多的公司——或者更确切地说是更多的卫星星座，这对消费者来说是一件好事。

你可能会问为什么这对消费者有好处。首先，GNSS 接收器用于计算位置精度的卫星数量直接影响最终的位置精度。在香港、纽约和旧金山等城市中心，信号反射经常会混淆 GNSS 接收器，导致定位错误。因此，多个星座在密集的城市环境和卫星能见度通常受到影响的山区具有明显的优势。

其次，新建的卫星星座带来了更高的可靠性、更准确的定位和更快的首次定位时间等关键优势。最后，对于定位服务本身就是一个行业，更多的卫星星座意味着更高质量的定位和地图服务，最终带来更好的用户体验。

多星座 GNSS 接收器芯片组终于到货了。这些单芯片 IC 允许从任何卫星以可互换的方式传输最佳信号，而不受星座的影响，这反过来又提高了密集城市和其他具有挑战性区域的导航精度。然而，这些支持多种 GNSS 标准的芯片大多在硬件中实现了不同的无线电和 PHY。另一方面，软件定义的 GNSS 系统允许片上系统 （SoC） 设计人员在最少使用硬件加速器的情况下整合多星座导航功能。

与硬件实施相比，基于软件的 GNSS 解决方案为芯片设计人员提供了一些关键优势。例如，许多工程问题在很大程度上支持基于软件的方法，例如与 GPS 时间不同的 GLONASS 卫星星座时间。此外，这两个卫星系统以不同的频率运行，从而导致信道间偏差。

然后，来自不同卫星的 GNSS 信道之间存在多径干扰问题，以及 GNSS 和通常驻留在同一块板上的蜂窝信号之间的干扰。基于软件的设计通过提供更大的灵活性和可编程性，让芯片开发人员能够更好地应对这些挑战，尤其是在芯片组被放置在最终产品上之后。此外，它还允许芯片组供应商通过添加新卫星来增加新功能。

以软件为中心的 GNSS 解决方案还在功率、芯片面积和设计灵活性方面为 SoC 设计人员提供了更多切实的好处。在功率方面，手机内部的室外 GNSS 信号大约比蜂窝信号弱 1，000 倍，这正好说明了 GNSS 芯片组的功率挑战程度。其次，除了弱 GNSS 信号的恢复之外，来自不同卫星星座的更多射频通道进一步增加了 GNSS 芯片组设计中的功率限制。

具有集成射频的基于软件的 GNSS 芯片组比硬件解决方案消耗更少的功率。以伽利略卫星导航（GSN） 为例，它的 GNSS 接收器可以在一个带有几个小型硬件加速器的CEVA-TeakLite-4 处理器上同时运行多个软件实现。

在查看芯片面积时，智能手机和可穿戴设备中的小尺寸设计将明显受益于基于软件的基带实现所实现的芯片面积减少。最后，以 DSP 为中心的软件解决方案让 GNSS 接收器设计人员可以通过软件轻松升级他们的设计，以包括未来的卫星星座，例如北斗和伽利略。GNSS 接收器芯片组中处理更多卫星信号的基带设计将不可避免地导致处理精度管理和纠错等任务的处理能力更强。支持多个卫星星座的 GNSS 芯片组显然需要更多通道，而在这里，软件解决方案可以有效应对各种调制标准，同时管理多个 GNSS 星座的信号处理需求。

审核编辑：郭婷