來自L1波段全球定位衛星的信號在商業和私人無線應用中是最弱的。GPS接收器天線的接收功率遠低于集成的熱本底噪聲。為了成功恢復這種微弱的信號，接收器必須具有足夠高的靈敏度，同時抑制帶外干擾。本文旨在介紹在設計低成本、低元件數、無輔助商用GPS接收機時應考慮的關鍵系統參數。該系統的目標是-139dBm的接收靈敏度。

全球定位系統（GPS）是由美國國防部設計和資助的精心設計的衛星導航系統。該系統由24顆衛星組成，這些衛星不斷廣播它們在地球周圍的位置和時間。這些衛星在六個軌道之一中運行，通常每個軌道上有四顆衛星。地球上的GPS接收器可以接收五到十二個衛星信號。要獲得地球上的位置定位，至少需要四個衛星信號 - 三個用于計算GPS接收器的緯度，經度和高度，而第四個提供正確的同步時間[1]。

如圖1所示，每顆衛星在兩個載波頻率上傳輸兩個獨特的直接序列擴頻（DSSS）信號。使用擴頻技術是因為它提供了對窄帶干擾的高度保護。第一個載波頻率位于L1頻段（中心頻率為1575.42MHz），而另一個載波頻率位于L2頻段（中心頻率為1227.6MHz）。用于民用的L1頻段包含兩個信號。一個稱為粗略采集 （C/A） 代碼，另一個稱為精度代碼 （P） 代碼。僅用于軍事用途的 L2 頻段僅攜帶 P 代碼。所有24個L1衛星信號都能夠占據相同的頻率而不會相互干擾，因為它們在上變頻和傳輸后，每個信號都由32個唯一的偽隨機噪聲（PRN）碼中的1個在2.046MHz的帶寬上傳播（或編碼）。

圖1.P代碼和C / A代碼GPS信號在L1和L2頻段。

通過PRN碼傳播GPS信號不僅可以將每個信號與其他信號區分開來，還可以防止干擾?？垢蓴_性高度依賴于系統的處理增益。處理增益越高，GPS 信號傳播范圍越廣。通過在寬帶寬上擴展信號，只有一小部分所需信號會被窄帶干擾破壞。在去擴過程之后，窄帶干擾被擴散。對于 GPS 應用，每個 PRN 代碼序列的長度為 1023 位，以 1.023Mbps 的速率傳播信號 [2]。處理增益定義為：

處理增益 = 10 log （芯片速率/數據速率） = 43dB

其中芯片速率 = 1.023Mcps，數據速率 = 50bps（對于我們的應用）

去擴散GPS信號的質量決定了GPS接收器的精度，并通過由此產生的誤碼率（BER）進行量化。假設基帶處理器需要 BER 為 10-5，對應的后相關因子Eb/N0使用的BPSK調制不小于9.5dB（AWGN主導）[3]。Eb/N0定義為每比特的能量與頻譜噪聲密度的比值。從所需的9.5dB后相關器E中減去43dB的處理增益b/N0，相關器輸入端的信噪比（SNR）為-33.5dB。假設軟件GPS的實現損耗為3.5dB，量化器所需的SNR（SNR量化） 輸入為 -30dB。在2.046MHz的采樣帶寬內，積分噪聲功率（kTB，T = +290°K）約為-111dBm。為了實現-139dBm的目標靈敏度，所需的級聯接收噪聲系數（NF）是天線-28dB SNR（SNR）之差天線 = -139分貝/-111分貝）和 -30dB 信噪比量化.

NF = 信噪比天線-信 噪 比量化= -28分貝 - （-30分貝） = 2分貝

隨著GPS應用成為蜂窩電話和其他個人手持設備內部整體解決方案的一部分，它們對同一單元內相鄰應用造成的干擾的容忍度成為一個關鍵問題。表征該容差的一種方法是測量接收器的-1dB脫敏點。以與GPS同時運行的雙頻CDMA蜂窩電話為例。功率放大器的典型CDMA發射功率為+25dBm。假設三工器和GPS帶通濾波器拓撲結構完全隔離70dB的帶外（OOB）信號，GPS接收器需要能夠承受-45dBm的OOB干擾器電平。

為了降低成本和尺寸，大多數制造商在設計多功能器件時更愿意使用單個通用參考頻率。然而，傳統的GPS接收器只能使用16.36MHz的參考頻率工作;如果GPS接收器是獨立單元，則不需要靈活的參考輸入。然而，當今的手持設備需要各種參考頻率，例如 10.0MHz、13MHz、14.4MHz、19.2MHz、20.0MHz 和 26.0MHz。因此，當低成本和更小尺寸很重要時，具有靈活參考輸入的GPS接收器對于這些設備非常有用。

MAX2741是滿足所有三個要求的GPS接收器集成電路。該器件具有集成頻率合成器，通過接受 2MHz 至 26MHz 的參考頻率，提供頻率規劃的靈活性。采用外部LNA，MAX2741可實現小于2dB的級聯噪聲系數。它還滿足 -45dBm 的 OOB 干擾要求，為 800MHz 手機頻段和 1800MHz PCS 頻段干擾器保持 -1dB 的脫敏水平 -37dBm。

傳統上，接收到的PRN碼與GPS接收器中已知PRN碼集的關聯由專用GPS基帶處理器IC執行。得益于突破性的軟件GPS技術，相關和計算任務可以被駐留在應用處理器中的軟件所取代。消除專用基帶處理器不僅大大降低了GPS解決方案的成本，而且大大減小了尺寸。

MAX2741與軟件GPS相結合，設計出低成本、低元件數、無人輔助的商用GPS接收器，靈敏度可達-139dBm。