室内GPS信号覆盖系统的设计与实现.doc

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室内GPS信号覆盖系统的设计与实现
1 引言
随着移动通信的飞速发展和智能 的大量普及，LBS(Location Based Service，基于位置服务)给人们的日常生活1 (1)式，。因此，L1载波的C/A码在到达地面的强度约为PC/A=(-)dBm=-。
GPS接口控制文档中给出的信号强度的最小值为-130dBm，与上述结果基本一致。在室内环境下，由于受到视线信号的削弱和衰落、严重的多径以及各种干扰和热噪声的影响，GPS信号比在普通环境中有更多的削弱和衰落，到达时间有更大的延迟，接收信噪比有更大程度的恶化，所以GPS接收机的定位精度和GPS信号的可用性都大大下降。
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系统架构
为了在室内也能接收到良好的GPS信号，本文设计了室内GPS信号覆盖系统，利用已经得到广泛应用的移动通信室内分布系统来进行GPS信号的室内覆盖。该系统的架构图如图3所示：
GPS有源天线布设在建筑的屋顶或窗台等易接收GPS卫星信号的位置，GPS有源天线后接GPS放大器。经过有源天线与放大器放大的GPS信号与原有移动通信信号一起，通过合路器进行合路后，进入原有的移动通信室内分布系统中。由于移动通信室内分布系统用到的功分器、耦合器、天线等无源器件均支持800～2 500MHz的宽频，不需要升级即可兼容L1频段下的C/A信号。因此本文所述的室内GPS信号覆盖系统，只需要在原有室内分布系统中新增GPS有源天线、GPS放大器以及合路器这三个主要设备，这样对原有室分系统改动很小，工程安装也很便利。
系统链路预算
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由于GPS信号在室分系统中进行分配与传输时，信号强度会有所减弱，为了保证室内的GPS接收机的接收效果，有必要对整个系统的链路预算进行讨论。
目前，GPS接收机的灵敏度一般可达-150dBm。为了保证GPS信号的接收效果，可得到下式：
PIN+GSYS-LSYS-Lo≥-150dBm (2)
其中：
PIN表示GPS天线接收到的室外GPS信号功率；
GSYS表示整个系统对GPS信号的增益；
LSYS表示整个系统对GPS信号的分配与传输所带来的损耗，即从图3中的B处到室内天线进行发射后的这段路径中的信号损耗(假设室分系统设计得足够好，使得每个天线发射出的信号都具有相同的强度)；
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LO表示GPS信号从室内发射天线到GPS接收机的自由空间损耗。
根据前文所述，PIN约等于-130dBm。
由于室内分布系统可以兼容GPS信号的传输频段，所以GPS信号与移动通信信号在天馈系统中的衰减程度相近。根据经验，移动通信信号从合路前(图3中的A处)到经过室内天线进行发射后，功率通常减少约30dB。因此可认为系统对GPS信号的损耗LSYS也约为30dB。
假设室内分布系统的发射天线的信号覆盖距离为15m，将d=、f＝1 (1)，可以算出空间损耗LO约为60dB。
将PIN=-130dBm、LSYS=30dB、Lo=60dB代入公式(2)中，可以得到：为了满足GPS接收机的最低接收灵敏度，系统增益GSYS必须不小于70dB。
GPS信号的系统增益GSYS由有源天线增益GANT和放大器GAMP组成。目前常见的有源天线产品，其GANT可达37dB，因此理论上只要保证GPS放大器的增益GAMP
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能大于33dB，即可满足整个系统的链路预算要求。但是为了给系统留有一定的余量，通常要求GAMP＞50dB。
由于GPS信号强度十分微弱，这就对室内GPS信号 覆盖系统的噪声控制水平提出了很高的要求。系统后级的天馈系统均使用无源器件，不会引入噪声，而位于系统前级的有源天线与放大器均需要采用较高增益、较低噪声的LNA。
在进行系统设计时，先通过建筑物的周围环境、室分系统的实际情况来确定GPS有源天线的安装位置；再根据以上所述的理论估算来选定GPS有源天线与放大器的增益与具体型号，以到达最正确效果。
4 系统硬件实现
按照图3所示的系统架构图进行室内GPS信号覆盖系统的搭建与部署。下面将分别介绍系统中用到的一些主要器件与设备。
GPS有源接收天线
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室内GPS信号覆盖系统采用如图4所示的GPS有源接收天线，该天线能实现37dB的增益。
图4