Software GPS的原理

　　所謂Software base 全球衛星定位方案，簡單地說就是將軟件移植到主機(Host base)上執行，以分享中央處理單元(CPU)、存儲芯片等，進而達到省電、低成本、低功耗及small board level size的需求。其架構可由圖3表示：

　　這樣的方案只需要外部一個射頻芯片，其它都是利用主機(Host base)的固有資源。前端射頻芯片將射頻信號降到基帶適用的頻率，再經由模擬/數字轉換器將信號快速取樣出來，一般是由SPI (serial port interface)或SD Interface接到主機上的中央處理單元，接著由移植到Host processor的量測演算單元(Measurement Engine)將射頻取樣信號轉換出原始的GPS各種量測信息(raw GPS measurements)，再由導航演算單元(Navigation Engine)計算出所有的定位資料、速度和時間等。在硬件部分，一般冷開機模式下大約需share掉主機上的中央處理單元約占50MIPS～400MIPS不等，不同廠家的方案會有不同的系統需求。

　　Software GPS的應用

　　本節將以一個RF Micro Devices之RF8110為設計實例來說明Soft GPS之技術應用，由前一環節所述的原理可知，Soft GPS需要將其計算軟件移植到Host端的應用處理器上。其硬件架構如圖4所示。

　　接著，我們再選用INTEL XScale的PXA-27X為Host的應用處理器，并以Single SPI (Serial Port Interface)模式來加以說明，其界面的明確接線如下：

　　在這個應用范例中，這個接口使用4-wire SPI slave port來傳送控制信號及GPS的數據流。其中MISO (Master In Salve Out)及MOSI (Master Out Slave In)分別作為單向GPS串行數據傳輸用，而SPI RDY則告訴Host其GPS數據流己available，然后Host就要下read命令。在軟件移植上，則由圖6做說明。

　　RF8110 提供可移植性高的ANSI C sGPS library，負責從GPS取樣信號中計算出位置、速度及時間，sGPS Library與系統軟件的接口為SAL(System Abstraction Layer)。Host端并可以在其上開發導航應用軟件，可以只是簡單的NMEA輸出，或是到復雜的地圖導航。

　　Aiding GPS

　　輔助式全球衛星定位系統的好處主要有兩方面：一是提供更便捷、快速的TTFF性能，二是在衛星信號強度極弱的狀況下，持續提供定位導航。如前文所述，一個幾何定位的計算主要是由偽距(pseudorange，一個純量的距離)和各個衛星方位、航向(方向)組合成向量所計算得出，偽距的求得是依據接收端與衛星間識別碼的時間差而得到。

　　而衛星的方位航向，是由衛星所送出的Ephemeris及Almanac得到。當衛星信號強度衰減到-155dBm～160dBm的大小時，衛星所送出的Ephemeris及Almanac資料已無法被正確的解調出來，這時就可以使用輔助式的定位機制。一般而言，輔助資料有：(1)Time Aiding，可以輔助識別碼的辨認，增加偽距的準確度;(2)Ephemeris/Almanac Aiding，在弱信號狀況下由其它系統(移動通信系統或互聯網等)提供資料。

　　圖7所示是一個利用移動通信系統作為媒介來提供time aiding及Ephemeris/Almanac aiding data的示意圖，此種架構必須與基地臺(即移動通信系統的服務供應商緊密配合)。而圖8所示則是另外一種架構，由GPS供應商設置Server，然后通過互聯網，使用HTTP protocol作為媒介來提供aiding data，這種方式的好處是不必直接跟移動通信系統的運營商做深度的技術整合，而可以由任一個LBS(Location Base Service)服務廠商通過GPRS來提供aiding data及service。

　　結 語

　　本文主要闡述了softGPS如何克服傳統方案、standalone GPS應用在手持移動設備上的瓶頸，并說明Soft GPS的原理及其應用。在講究尺寸，功耗及性能的移動設備上，Soft GPS以僅僅單一射頻芯片及可移植性高的運行軟件來搭配上Host端的應用處理器，可以容易地達到在尺寸、功耗及性能上的各項要求，使得衛星定位系統內建在Smart Phone、PDA更為普遍。