复杂射频干扰环境下的高灵敏度GPS系统设计
(1)
则接收到的GPS信号L1频段功率Pr可近似由下式计算得到:
Pr=Ps-F-Loss (2)
卫星的有效发射功率Ps为26.8dBW,自由空间衰减F约为183dBc,额外的大气损耗Loss约为3.7dBc,这样得到的GPS系统L1频段 CA码信号的地面强度约为-160dBW,即-130dBm。在实际使用过程中,由于卫星发射和地面接收机的仰角不同,以及受树木,建筑,桥梁等的遮挡,一般GPS信号到达地面的强度甚至可能远远低于-130dBm。
而其它的通信系统中,GSM900发射功率为 33dBm,GSM1800和GSM1900均为30dBm,WLAN为14~20dBm,Bluetooth为0到10dBm,其最大强度大约是GPS 信号的10的15次方倍,即1000万亿倍!即使在GPS接收机前端增加传统的SAW带通滤波器,由于干扰信号的频段距离GPS的频段较近,一般只能提供额外的30~40dB隔离度,远远不足以将干扰信号衰减到忽略不计的程度。如此恶劣的射频环境给GPS系统设计带来了非常严峻的挑战。
对系统设计者而言,GPS系统有几个比较关键的设计指标,如灵敏度Sensitivity和首次定位时间(简称TTFF)等等。手机中的GPS系统常常受到外部射频干扰的影响,此时的干扰可以看作噪声的一部分,在降低信噪比参数的同时,灵敏度指标也随着恶化,首次定位时间TTFF延长,直至完全无法搜索到 GPS信号。
让我们来看一下射频干扰是如何影响GPS系统性能的。一般而言,GPS系统的灵敏度可由下式决定:
灵敏度Sensitivity[in dBm]
(3)
式(3)中,第一项Eb/N0由GPS系统的基带BPSK解调性能决定的,第二项中,Rb是GPS基带信号码率,C/A码中Rb等于50赫兹,即 20毫秒的相干累积时长所得到的处理增益;第三项Gp是系统非相干积累增益;第四项N0为系统天线端口的热噪声功率谱密度,在室温下等于 -174dBm/Hz,第五项为GPS系统的噪声系数。前三项代表了GPS基带部分所带来的性能限制,而后两项则代表了射频部分所带来的性能限制。在 GPS的系统设计中,灵敏度的提高也是通过提高两个方面来得以实现,一部分是基带的Eb/N0解调性能,另外一部分则是射频部分的噪声系数NF性能。大电流电感
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