在商用或专用无线应用中，全球定位卫星的L1波段信号是最微弱的。在GPS接收机天线处收到的信号功率通常都淹没在热噪声基底中。为成功地恢复出这些微弱信号，接收机必须具有足够高的接收灵敏度，并能抑制带外干扰。本文主要讨论在设计一个外围元件很少的低成本商用GPS接收机时，应该考虑的主要系统参数。这种系统的目标接收灵敏度为-139dBm。

    全球定位系统(GPS)是一种精密的卫星导航系统，由美国国防部投资构建。该系统由24颗绕地球旋转的卫星组成，它们均匀分布在6个轨道上，每个轨道有4颗卫星。这些卫星连续不断地发送位置、时间信息，地面GPS接收机可接收5~12颗卫星的信号。为实现地面定位功能，GPS接收机至少需要4个卫星信号，其中3个信号用来计算GPS接收机的纬度、经度、海拔高度，第四个则提供同步校正时间。

    如图1所示，每个卫星都在两个载波上发送两个直接序列扩频(DSSS)信号。之所以要使用扩频技术，是因为它具有很好的抗窄带干扰能力。第一个载波频率驻留在L1波段(中心频率为1575.42MHz)，另一个载波频率驻留在L2波段(中心频率为1227.6MHz)。L1波段主要是民用，包含两种代码，一个为粗捕获码(C/A码)，另一个为精测距码(P码)。L2波段仅用于军事设备，它只有P码。所有24颗卫星的L1波段卫星信号都能够占用相同频段而相互干扰，因为在上变频和发射之前，它们都经由一种伪随机噪声(PRN)码(一共有32种这样的PRN码)扩频到2.046MHz的带宽上。

图1：L1和L2波段中P码和C/A码GPS信号。

    通过PRN码扩频后的GPS信号不但可以与其它信号区分开来，而且还具有抗干扰能力。抗干扰能力主要取决于系统的处理增益，处理增益越高，GPS信号就扩展得越宽。如果将信号扩展到很宽的频带上，那么只有小部分信号会被窄带干扰破坏。信号经过解扩后，窄带干扰被扩展。对GPS 应用来说，每个PRN 码序列的长度为1023 位，扩频速率为1.023Mbps，这样，处理增益被定义为：

处理增益=10log (码片率/数据速率)=43dB (1)
在本例中，码片率=1.023Mcps，数据速率=50bps。

    解扩后GPS信号的质量决定了GPS接收机的精度，它由比特误码率(BER)来量化。假设要求基带处理器的BER为10-5， 则用于BPSK调制的相关器的Eb/N0不小于9.5dB。Eb/N0定义为每比特能量与噪声谱密度的比值。从所要求的9.5dB的相关器Eb/N0中减去43dB的处理增益，可得到相关器输入端的信噪比为 -33.5dB。

    假设软件GPS的执行损耗为 3.5dB，则量化器输入端的信噪比(SNRQUANTIZER)为-30dB。在整个2.046MHz采样带宽内，集成噪声功率 (kTB，T=290K)近似为-111dBm。为获得-139dBm的目标灵敏度，所需的接收机级联噪声系数等于-28dB的天线端信噪比(SNRANTENNA=-139dBm/-111dBm)与-30dB的量化器输入端信噪比之差。

    NF=SNRANTENNA/SNRQUANTIZER=-28dB-(-30dB)=2dB (2)

图2：MAX2741与Philip推出的软件GPS方案相结合，能实现成本低、外围元件少、灵敏度高达-139dBm的商用GPS接收机设计。

    随着GPS应用已成为手机和其它个人手持设备中集成解决方案的一部分， 它们对同一个单元内不同应用产生的干扰的承受能力成为关键。评估抗干扰能力的一个方法是测量接收机灵敏度降低-1dB时的功率。以一个具有GPS功能的CDMA双频手机为例：CDMA 手机功率放大器的典型发射功率为 +25dBm，假设采用三频滤波器和GPS带通滤波器拓扑来实现70dB的带外信号隔离, 则GPS 接收机要求能承受-45dBm的带外干扰信号强度。

    为降低成本和尺寸，大多数制造商在设计多功能设备时更愿意使用单个共同的参考频率。但是，传统的GPS接收器只工作在16.36MHz的参考频率下，如果GPS接收机是一个独立的单元，则不需要灵活的参考输入。然而，由于如今的手持设备需要多种参考频率，如10.0MHz、13MHz、14.4MHz、19.2MHz、20.0MHz和26.0MHz，所以当低成本和小尺寸特性变得非常重要时，选择一个具有灵活的参考输入的GPS接收器将非常有用。

    Maxim公司的GPS接收器集成电路MAX2741可满足所有这些要求。MAX2741集成了一个频率合成器，通过允许参考频率为2MHz～26MHz，它可灵活地配置频率。由于采用外部LNA，MAX2741的级联噪声系数可小于 2dB。另外，对800MHz手机频带和1800MHz PCS频带的干扰，该芯片还能通过将灵敏度降低-1dB时的功率维持在-37dBm，来满足-45dBm的带外干扰抑制要求。

    通常情况下，接收到的PRN码和GPS接收器中已知的PRN码的相关性，是通过专用GPS基带处理器集成电路来执行的。但由于有了Philip公司突破性的软件GPS技术“Spot”，GPS的相关性处理和计算已不再需要专用基带处理器，而是由驻留在应用处理器中的软件来执行。消除对专用基带处理器的需求不但可大大降低系统成本，还能显著缩小GPS解决方案的尺寸 。

    MAX2741与Philip推出的软件GPS方案相结合，能够实现成本低、外围元件极少、灵敏度高达-139dBm的商用GPS接收机设计。图2给出了MAX2741的典型应用电路。