提高S-GPS灵敏度

要将S-GPS应用于单天线多频谱CDMA手机，需要重点注意几个问题。

通常，CDMA手机用户拨打E911来获取他们所在位置的信息，这是通过内嵌GPS器件来实现的。到目前为止，基于用户终端的GPS接收端大多数都采用时分复用模式（TM-GPS）来工作。其中，GPS信号和手机通话信号要连续来回切换。这种技术很有吸引力，因为同一时间只需要一套射频器件工作，并且很容易实现。

脱颖而出的GPS同步技术

GPS信号和手机信号可以同步工作的S-GPS已经越来越普及，它不但能将灵敏度提高大约4db，还能够实现服务商基于位置的服务（LBS）。自2004年以来，很多生产商（如高通）已经在市场上推出了带有S-GPS功能的芯片，今天很多CDMA手机都已使用。

通常情况下，单一天线的系统仍然是制造商的首选。它价格更低，并且体积更小。图1为一个单天线三频手机中GPS接收链的总体框图。

图1 在单天线三频手机中，GPS接收链的常见形式

GPS接收链含有一个GPS滤波器、一个低噪放大器（LNA）、一个中间级滤波器，以及一个下变频器（Down Inverter），每个元件都会影响整体的系统灵敏度。GPS灵敏度被定义为手机在98%的工作时间内定位到GPS卫星时，天线端的最低信号功率水平。

图2 系统噪声和每个元件的插损或者噪声的图形

对于TM和S-GPS的工作，影响系统灵敏度的主要变量是第一级GPS滤波器的插损和低噪声放大器的噪声系数，而第二级GPS滤波器的插损以及下变频器的噪声系数只有很小的影响。图２中显示了各个分立元件如何影响系统整体噪声。

由于第一滤波器的插入损耗和低噪声放大器的噪声系数对GPS系统灵敏度有着直接的影响，我们在选择元件时应该将它们降至最低。滤波器的插入损耗是由其品质因素Q决定的，Q越大，滤波器性能就越好。目前手机中使用两种滤波器技术：声表面波滤波器（SAW）和薄膜体声波谐振器（FBAR），通常后者具有更高的Q值和更低的插损。

带外干扰

S-GPS带来了一个新的问题。它的GPS接收链存在着高强度的带外干扰，这种干扰会使得GPS接收器饱和并降低GPS接收端的灵敏度。TM-GPS则不存在这样的问题，因为GPS信号和手机信号是串行工作的。
PCS/蜂窝频带Tx信号泄露和Tx+干扰交调信号是两种最重要的带外干扰。滤除这些信号对于防止外部低噪声放大器(LNA)增益压缩和保持良好的系统灵敏度是很重要的。

要实现最大的GPS灵敏度，推荐选择可用的IL滤波器和IIP3 LNA取值，并实现尽可能大的带外隔离。在选择低噪声放大器后处理模块（第二级GPS）滤波器的时候，带外抑制特性应该优先于插损，因为其主要功能是滤除任何可能被低噪声放大器放大的带外干扰。

这些LNA后处理模块可能会造成下变频器中的IMD2乘积。应该尽量减小IMD2乘积，因为它们会在下变频到基带水平时解调信号的AM分量，这会导致误码率恶化。

三频手机的两种解决方案

图3 GPS接收链方框图

图3所示的是单天线三频手机的两种解决方案。解决方案一是将一个具有1.8dB GPS IL的三路复用器和一个长射频轨迹连接至LNA，由LNA补给额外的损耗，对CDMA Tx干扰有48dB的隔离度。

收发器芯片中的内置LNA通常具有接近0dBm的IIP3值。综合以上滤波器和LNA值，通常会产生0.2dB的LNA增益压缩，而前两级噪声值变为4.1dB。

级间GPS滤波器的抑制度为47dB，不足以阻止下变频器增益压缩进一步下降。这套解决方案的系统总增益和NF值分别是38.97dB和4.49dB。这套系统中预期的总体GPS灵敏度是-155.4dBm，当用于内部天线时，将无法满足E911的精确度要求（50m用于67%的通话）。

如果使用如图3所示的多路复用器方案，则有望改善GPS的灵敏度。多路复用器中的第一级GPS滤波器具有较低的IL(0.9dB)，隔离度要比CDMA TX两个信道的-52dB好。可以在多路复用器GPS端口附近放一个外置的GaAs LNA滤波器，由于RF链路较长，将不会引入额外的损耗。所用的LNA滤波模块具有54dBc的隔离度，0.8dB的NF，以及改善的线性度：5dBm的IIP3。

这时，整体系统增益结果以及NF分别变成40.06dB和1.97dB。这个解决方案足以抑制CDMA Tx干扰，以至于可忽略LNA和下变频器中的增益压缩，预计的总体GPS灵敏度大约为 -157.6dBm。GPS灵敏度的2dB改善足以提供一种满足E911要求的解决方案。

S-GPS架构使得在TM-GPS架构上改善灵敏度成为可能，并使得LBS成为可能。然而，同时使用GPS和CDMA无线通信则给在手机中使用的元件选择带来新限制。

新增的考虑因素主要是抑制带外强干扰，比如蜂窝或PCS Tx链路的Tx信号泄漏。在GPS灵敏度中，两个最重要因素分别是第一级GPS滤波器损耗和LNA NF。

为了防止LNA的增益压缩，需要使用线性度好的LNA并选择带有对CDMA Tx信道有足够抑制能力的滤波器。两级GPS接收机结构是高度集成的，紧凑的多路器/GPS LNA滤波器模型解决方案，在三路复用器的基础上又将灵敏度改善了2.2dB。