GNSS相关知识介绍全解.pptx

GNSS相关知识介绍主讲人：孙泉目目 录录一、GNSS系统介绍二、GPS系统的组成及信号结构三、A-GPS技术四、GPS模块电路五、GPS模块测试六、Q&AGNSS系统介绍GNSS是Global Navigation Satellite System 的缩写，中文译为全球导航卫星系统。目前，GNSS包含了以下系统：QZSSIRNSSGPSGLONASSGalileoCompass GNSS系统介绍GPS/Glonass/Galileo系统主要参数对比GPS系统组成及其信号结构GPS系统组成 GPS系统描述整个GPS系统由三个功能部分组成：控制部分太空部分用户部分GPS系统组成 GPS系统控制部分Hawaii(夏威夷)、Colorado(科罗拉罗州)、Ascension(阿森松岛)、Diego Garcia(迪戈加西亚岛)Kwajalein(夸贾林岛)GPS系统组成 GPS系统控制部分作用观察卫星运动情况并计算卫星轨道数据监测卫星时钟并做相应的预测同步机载卫星时间中继转发接收到的某颗卫星精确轨道数据中继转发接收到的所有卫星粗略轨道数据中继转发其他信息，包括卫星健康状态、时钟误差信息等GPS系统组成 GPS系统太空部分24+3颗卫星(最多32颗)6个轨道平面距地面高度20180km与赤道面夹角为55WGS84坐标系统运行周期11小时58分钟GPS系统组成 GPS系统太空部分 GPS卫星有效工作范围GPS卫星回到地面上方初始位置的运行周期是23小时56分钟GPS系统组成 GPS系统太空部分 GPS卫星分布状态示例GPS系统组成 GPS系统太空部分 GPS信号通信链路分析GPS系统组成 GPS系统太空部分 GPS信号频谱密度分布GPS卫星信号 信号内容卫星时钟参数和同步信号精确的卫星轨道参数(广播星历)用于确定卫星精确时间的时间校正信息粗略的卫星轨道参数(卫星历书)大气电离层数据用于计算传输时间的其他校正信号卫星的健康状态、运行信息GPS卫星信号 信号结构 总览框图(L1&L2)GPS卫星信号 信号结构 概述GPS卫星信号的组成部分载波(Carrier)L1L2测距码(Ranging Code)C/A码(目前只被调制在L1上)P(Y)码(被分别调制在L1和L2上)卫星(导航)电文(Message)GPS卫星信号的生成关键设备 原子钟GPS卫星信号 信号结构 基准频率由卫星上的原子钟直接产生频率为10.23MHz卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频 GPS卫星的基准频率f0GPS卫星信号 信号结构 整体框图GPS卫星信号 信号结构 简化框图GPS卫星信号 信号结构 示例GPS卫星信号 信号结构 载波作用搭载其它调制信号测距测定多普勒频移类型目前L1 频率：154f0 =1575.43MHz；波长：19.03cmL2 频率：120f0 =1227.60MHz；波长：24.42cm现代化后增加L5 频率：115f0=1176.45MHz；波长：25.48cmGPS卫星信号 信号结构 载波(续)特点所选择的频率有利于测定多普勒频移所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）GPS卫星信号 信号结构 测距码作用测距性质为伪随机噪声码(PRN Pseudo Random Noise)不同的码(包括未对齐的同一组码)间的相关系数为0或1/n(n为码元数)对齐的同一组码间的相关系数为1GPS卫星信号 信号结构 测距码(续)类型目前C/A码(Coarse/Acquisition Code)粗码/捕获码；码率1.023MHz；周期1ms；1周期含码元数1023个；码元宽度293.05m；仅被调制在L1频段上；P(Y)码(Precise Code)精码；码率10.23MHz；周期7天；1周期含码元数618710400000个；码元宽度29.30m；被调制在L1和L2上；现代化后在L2上调制C/A码；在L1和L2增加调制M码；GPS卫星信号 导航电文 内容&概述导航信息内容GPS系统时间和卫星时钟校准值高精度的卫星轨道数据(星历)粗略的卫星轨道数据(历书)系统卫星健康状态导航信息概述导航信息共分25帧，每帧1500bits，共37500bits每帧分5个子帧，每子帧300bits每子帧分10个Word，每个Word为30bits完整接收需耗时37500/50=12.5分钟GPS卫星信号 导航电文 数据结构框图GPS卫星信号 导航电文 数据结构简介 每帧分为5个子帧，每个子帧传输不同的信息子帧1包含每颗卫星的星期时间、时钟修正系数等信息；子帧2、子帧3包含了每颗卫星的星历信息；子帧4包含电离层参数、2532号卫星历书信息；子帧5包含124号卫星历书信息、卫星健康状态信息；每个子帧只能传输一颗卫星历书信息；GPS卫星信号 导航电文 遥测字&交接字遥测字TLM(30bit)前8bit固定序列(10001011)用于信号同步；中间16bit用于识别授权用户；后6bit用于奇偶校验；交接字HOW(30bit)前17bit为时间计数器，每经过6秒增加1，计数器值从0100799循环变化；中间7bit作用未知；后6bit用于奇偶校验；GPS卫星信号 导航电文 星历VS历书用户部分 测距码测距原理用户部分 相关器工作原理用户部分 相关器工作示意图用户部分 相关器数据处理示意图(续)A-GPS技术 定位技术简介基于位置的服务LBS(Location Based Service)，它是通过电信移动运营商的无线电通讯网络(如GSM、CDMA网)或外部定位方式(如GPS)获取移动终端用户的位置信息(地理坐标或大地坐标)，在GIS(Geographic Information System 地理信息系统)平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。定位技术 移动定位技术A-GPS小区识别码(Cell-ID)到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)增强型观测时间差(Enhanced-Observed Time Difference,E-OTD)角度到达时间差(Arrival of Angle,AOA)蓝牙定位WIFI定位 定位技术 移动定位技术 Cell-ID基于Cell-ID的定位定位技术：该技术又称起源蜂窝小区(Cell of Origin)定位技术。每个小区都有自己特定的小区标识号(Cell-ID)，当进入某一小区时，移动终端要在当前小区进行注册，系统的数据中就会有相应的小区ID标识。系统根据采集到的移动终端所处小区的标识号来确定移动终端用户的位置。这种定位技术在小区密集的地区精度较高且易于实现，无需对现有网络和手机做较大的改动，得到广泛的应用。定位技术 移动定位技术 TDOA到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)定位技术：移动终端对基站进行监听并测量出信号到达两个基站的时间差，每两个基站得到一个测量值，形成一个双曲线定位定位区，这样，三个基站得到2个双曲线定位定位区，求解出它们的交结点并施以附加条件就可以得到移动终端的确切位置。由于所测量为时间差而非绝对时间，不必满足时间同步的要求，所以TDOA备受关注。定位技术 移动定位技术 E-OTD增强型观测时间差(Enhanced-Observed Time Difference,E-OTD)定位技术：在无线网络中放置若干位置接收器或参考点作为位置测量单元LMU，参考点都有一个精确的定时源，当具有 E-OTD功能的手机和LMU接收到3个以上的基站信号时，每个基站信号到达两者的时间差将被算出来，从而估算出手机所处的位置。这项定位技术定位精度较高但硬件实现也复杂。定位技术 移动定位技术 AOA角度到达(Arrival of Angle,AOA)定位技术：这种定位技术的首要条件是基站需装设阵列智能天线。通过这种天线测出基站与发送信号的移动终端之间的角度，进一步确定两者之间的连线，这样移动终端与两个基站可得到两条连线，其交点即为待测移动终端的位置。该定位技术的缺点是所需智能天线要求较高，且有定位盲点。定位技术 室内定位技术光跟随定位室内GPS定位超声波定位蓝牙定位WIFI定位A-GPS技术 产生背景 当前，基于个人消费者需求的智能化，定位服务LBS(Location-based Service)伴随网络技术的发展，需求呈大幅度增长趋势。随着GPS产品走向消费性，A-GPS作为一种易于实现的定位服务技术，经历了从政策驱动到市场驱动的转变。A-GPS最早的发展背景是来自于美国联邦电信委员会(FCC)所制定的E911政策，要求美国境内手机均须具备立即寻址功能，以在紧急时刻发挥定位寻人的用途。A-GPS技术 工作原理 前面章节已经讲过GPS导航电文中子帧2和子帧3包含广播星历、星期时间和时钟修正系数等信息。要想完成一次定位，需要合理分布的四颗卫星星历数据，其中最关键的是必须完整接收到子帧2和子帧3的信息，完整接收子帧2和子帧3的信息最快需要18秒时间。如果用户所处的位置信号较差(如在高楼林立的建筑群中)，只要有一些讯号未被下载，就得再耗时30秒重复下载完整的星历信息。A-GPS技术的实现原理是通过其它网络来实时或预先提供这些星历数据，以加速定位时间。A-GPS技术 工作原理(续)若GPS接收器可不用解算二进制相移键控(BPSK)调变的导航资料(Navigation Data)，则GPS的灵敏度可大幅提升。在没有任何辅助数据之下当卫星讯号的强度低于-142dBm时，GPS接收器便很难从噪声层(Noise Floor)中解算正确的导航数据。但此时Code Phase的量测却可正确无误。由于导航数据和用户位置无关，因此可藉由一个具有良好接收效果的远程接收器，提供导航数据给客户端的接收器，而毋须透过接收器本身解算出导航数据，这就是AGPS的基本特色之一。远程位置服务器所提供的数据包含Ephemeris系数、Almanac系数、卫星健康数据、卫星时钟误差(Clock Error)与大气层误差系数(Atmospheric Error Coefficients)等，GPS接收器便可利用辅助信息将同相累加的时间长度延伸至超过20毫秒，即一个导航数据位的时间。A-GPS技术 实现方式 取得卫星定位辅助数据有两种方式：Online A-GPS 实时的通过GSM、GPRS、UMTS、CDMA等通信网络取得；Offline A-GPS通过通信网络或因特网预先下载相应的卫星星历数据；A-GPS技术 发展方向 A-GPS的发展可分为政策导向和市场导向：政策导向的语音紧急服务因需要高可靠性的定位功能，因此产生了控制平面(Control Plane)架构；市场导向的LBS和导航应用，强调透过无线数据传输来达成定位应用服务，因此产生了用户平面(User Plane)架构；A-GPS技术 发展方向(续页)控制平面和用户平面的差异在于：控制平面(Control Plane)专为紧急救援服务而设计，目的是要让手机能随时随地提供高精度、高可用性的定位功能，不允许其它应用优先于此需求；A-GPS数据通过无线网络控制信道发送，可以与语音通话同时进行；用户平面(User Plane)基于TCP/IP协议传送数据来支持所有的LBS应用，使用在非紧急的应用上，其目的是要缩短TTFF的时间；A-GPS技术 控制平面 A-GPS只是定位技术之控制平面标准的一种，其它还包括基于CDMA的进阶前向链路三角定位(AFLT)技术、基于WCDMA的观察到达时间差(OTDOA)技术、基于GSM的增强到达时间差(E-OTD)技术等。控制平面中的终端设备，可以是本身具有GPS接收器的手机，也可以是普通手机，为了支持位置服务，必须新增网关服务器(Gateway Server)、定位服务器(Positioning Server)和定位业务(Location Services,LCS)终端。不同通信网络系统针对定位辅助功能定义出不同的接口规格，其中GSM/GPRS网络是无线资源定位协议(RRLP)，UMTS/WCDMA网络是无线资源控制(RRC)，CDMA网络则是IS-801A。控制平面标准与架构定义见表1。A-GPS技术 用户平面 用户平面主要以TCP/IP做为数据传送方式，目前包括CDMA、3GPP2和OMA都制定出用户平面的标准，其中OMA制定的安全用户平面地址(Secure User Plane Location,SUPL)获得业者普遍的支持。SUPL透过将RRC、RRLP等讯息包裹为一致性的规格后再发送出去，其定位的运算通常也在客户端(MS-based)，能减少网络成本及维护管理上的需求；若是主要运算端为网络服务器，则称为MS-assisted。在建置上，用户平面较控制平面来得容易施行，用户平面提供的位置服务相关讯号包括定位等级(Positioning Level)和服务等级(Service Level)两类，它使用控制平面定位技术的相关协议，基本上功能相当，差别在于以TCP/IP的方式传送，而优势在于通用性高，系统建置成本较低，也不必受到GSM、CDMA、WCDMA不同系统的限制，因此有助于A-GPS在手机等行动设备中的推行。用户平面标准与架构定义如表2。A-GPS技术 控制平面&用户平面标准架构定义GPS模块电路GPS模块电路 10087项目GPS模块原理图GPS模块电路 10089项目GPS模块原理图GPS模块电路 射频前端电路标准GPS接收器RF前级的架构通常为LNA+SAW；当GPS接收器和手机整合时，GPS接收器的RF前级一般会采用SAW+RF+SAW的架构，讯号先经由一个SAW滤波器将高功率的手机载波降至可接受的幅度后，再经过LNA的处理，以避免LNA被高功率的手机载波给饱和，导致严重的C/N值降低。常见的手机内GPS模块射频前端电路形式见下图。GPS模块电路 射频干扰 GPS接收机和手机整合最容易面临的问题便是来自手机和主机板的干扰会导致GPS接收机灵敏度(Sensitivity)降低、值降低以及造成卫星误判(False Alarm)。一般说来，手机系统对GPS的干扰可以分类为外频(Out-of-band)和同频(In-band)干扰。下图所示为干扰源的树形图。GPS模块电路 射频干扰 外频干扰 外频干扰的干扰源主要手机发射机的高功率载波。就平均发射功率而言，手机的发射功率通常在20dBm以上，相较之下，虽然手机所发射的高功率载波落在GPS的外频，但这两种讯号的功率位准相差甚大(可达150180dBm)，再加上低噪声放大器(LNA)本身是一种宽带的组件，因此会对第一级低噪声放大器产生非线性效应。此非线性效应会在GPS接收机内产生讯号饱合(Saturation)、压缩(Compression)和互调变(Inter-modulation)，进而导致GPS接收机C/N0的降低，甚至产生同频干扰讯号。GPS接收器C/N值的降低主要受到手机的发射功率、TDMA系统的工作周期、手机收发机内的双功器(Diplexer)对GPS频段的抑制效果、手机发射滤波器在GPS频段的抑制效果、GPS天线对手机频段的频率选择性，即GPS天线和手机天线因空间隔离所产生的隔离效果等因素影响。高功率的手机讯号进入GPS LNA的大小会受到下列几项因素的影响：发射功率、分时多任务(TDMA)系统的工作周期、GPS天线和手机天线的隔离，以及GPS射频前级的表面声波(SAW)滤波器对手机发射载波频率的抑制。总的来说，TDMA系统对GPS性能的影响会比WCDMA系统大，因为功率大小才是造成干扰的最主要的原因，至于工作周期的影响是比较轻的。GPS模块电路 射频干扰 同频干扰 宽带噪声 同频干扰源主要有宽带噪声(Wideband Noise)和连续波干扰(Continuous Wave Interference,CWI)两种不同形式。其中宽带噪声的来源主要是GSM载波在外频的辐射落在GPS的频带内所造成，图2为GSM载波频率在1,710MHz时频带外的辐射落在GPS频带内所产生的宽带噪声。前述干扰型态实为外频干扰的延伸，亦即当手机频段外的辐射干扰落在GPS频段内时，会对GPS接收机造成同频干扰。这类干扰无法藉由任何射频讯号处理手段解决。此外，由于这类噪声属于宽带噪声，因此会将GPS频段的噪声位准提高，进而导致C/N0值的降低。除了这类噪声干扰之外，GPS接收机C/N0值降低还受手机发射滤波器的影响，因为手机发射滤波器在设计时通常不会将外频抑制性能纳入考虑，所以使得手机收发器对GPS频段的干扰难以有效处理。GPS模块电路 射频干扰 同频干扰 连续波 连续波干扰源又可以分类为纯CWI和调变的随机干扰(Modulated Random Interference,MRI)。CWI虽然会降低GPS的C/N0值，但除非是很高功率的CWI，否则对GPS接收机整体设计而言，CWI所造成的C/N0降低并不是主要的考虑因素。CWI所造成的主要负面冲击在于，由于GPS讯号的周期性(Periodicity)和同相积分(Coherent Integration)，会使得CWI严重地影响到GPS的讯号处理。CWI的来源可以是本地振荡器(LO)的谐波，例如在高通(Qualcomm)的解决方案中，VCTCXO输出频率19.2MHz的第八十二次谐波会落在GPS的频带内；主机板上面数字频率的高次谐波，例如液晶面板本身就可能是CWI的主要来源；或移动数字电视接收机的窄频LO。MRI的定义则是具有调变且在频谱上展开的CWI讯号，主要的来源是调幅广播的高次谐波以及内存传输线中数字频率的高次谐波。MRI因为具有调变和频谱展频的特色，因此对GPS接收机的影响远不如CWI。GPS模块电路 射频前端电路 BPF1GPS模块射频前端电路BPF1主要关注的参数指标：a.插损值小于1；b.电压驻波值比小于2c.在EGSM、DCS、PCS频段衰减值达32dB以上推荐器件型号：单端输出/窄带 Murata的SAFEB1G57KE0F00单端输出/宽带 Murata的SAFEA1G58KA0F00 GPS模块电路 射频前端电路 外置LNAGPS模块射频前端电路外置LNA主要关注的参数指标：a.噪声系数值小于1.5；b.Gain值小于25；c.电压驻波值比小于2；d.IIP3值大于-2dBm；部分厂家的GPS LNA性能参数对比见下表：GPS模块电路 射频前端电路 BPF2GPS模块射频前端电路BPF2主要关注的参数指标：a.插损值小于2；b.电压驻波值比小于2c.在EGSM、DCS、PCS频段衰减达38dB以上推荐器件型号：单端输出/窄带 Murata的SAFEB1G57KE0F00差分输出/宽带 Murata的SAFEA1G58FB0F00 GPS模块电路 晶振 GPS接收机vs.手机 GPS接收机和手机都需要利用振荡器(Oscillator)来提供运算时所需的参频率源。传统GPS接收机所使用的参考频率源是温补晶振TCXO，典型参考频率值为16.368Mhz。新一代的GPS接收机由于内建Fractional-N锁相回路，所以可以接受更宽范围的参考频率。目前GPS接收机主流趋势参考频率选取26Mhz，与GSM/UMTS系统参考频率保持一致。在手机参考频率方面，以前都是采用压控温补晶振VCTCXO作为参考频率源，但为了降低整机成本，目前参考频率源都已更换为晶体XO。XO的频率是不可调的，手机主要是利用外挂或内建在基频IC内的变容二极管来调整XO的输出频率。因为CDMA2000/UMTS属于码分多址系统，需要频率可调、温度可补偿的参考频率源，所以CDMA2000/UMTS系统中目前还是采用VCTCXO作为参考频率源。GPS接收机对参考频率源通常要求具有较高的频率稳定性(用频漂率ppb/s为单位)和较小的频率误差(以PPM为单位)，因此大部分的GPS接收机都会采用误差范围为+/-0.5 PPM和频漂率小于4 ppb/s的TCXO，如高通的gpsOne要求的频漂率必须小于1.6 ppb/s。GPS模块电路 晶振 GPS接收机vs.手机(续1)GPS接收机和手机系统对参考频率源的频率可调性的要求基本上是互相抵触的，手机系统会对参考频率源的输出频率进行频率调校(不同的芯片解决方案会有不同的频率调整率)以确保手机的频率是和基地台的参考频率一致，手机参考频率的调整主要是由下列三项因素所造成：第一，手机的参考频率源和基地台的参考频率源之间频率误差；第二，手机和基地台之间因为相对运动所导致的都卜勒频率(Doppler frequency)漂移；第三，在异步网络时，手机在不同基地台间交递时，由于不同基地台之间所使用的参考频率不同步，所以手机必须快速调整频率。因为CDMA2000系统是同步网络，所以没有上面这个问题。当参考频率源为VCTCXO时，手机对参考频率源的调整有两种方法，一种方法是直接调整VCTCXO的输出频率；另一种方法是固定VCTCXO的输出频率，但利用手机内建的基频频率补偿子系统来补偿手机和基地台参考频率之间的频率差。GPS模块电路 晶振 参考频率整合 GPS接收机和手机在参考频率源的整合有三种模式：分别是独立架构、具备频率校正的独立架构以及共享频率源。1.独立式架构独立式架构 采用独立式架构是指GPS接收机使用传统的TCXO当作参考频率源，手机系统则采用XO或VCTCXO当作参考频率源。优点：架构简单和不需要复杂的频率补偿算法因此可以简化系统整合设计的 挑战。缺点：较高的硬件成本(BOM)、较大的功率消耗、占用较大的PCB面积、无 法利用精确的手机参考频率来降低在频域(Frequency Domain)的搜寻空 间(Search Window)。GPS模块电路 晶振 参考频率整合(续)2.具有频率校正的独立架构具有频率校正的独立架构 具有频率校正的独立参考频率源是指GPS接收机和手机仍采用各自独立的参考频率源，但利用内建在GPS接收机内的计频器和比较器来计算TCXO和手机的参考频率源之间的频率位移。若TCXO的输出频率和手机的参考频率不同时，在计频器之后还须透过除频器(Frequency Divider)来将手机的参考频率除成TCXO的频率。缺点：硬件成本、较大的功率消耗和占用较大的PCB面积。优点：具备架构简单不须复杂的频率补偿算法、可以利用精确的手机参考频率来校正 TCXO的频率，以降低在频域的收寻窗口进而缩短首次定位时间的优势。3.共享频率资源共享频率资源 共享频率源是GPS接收机和手机系统整合的终极目标。优点：省去昂贵的TCXO、降低功率消耗和PCB面积；可以利用精确的手机参考频率降低 在频域的搜寻空间。缺点：设计上面临技术挑战，GPS接收机希望一个稳定的参考频率源以延长其同相积分的 时间以增加灵敏度，而手机系统则是希望一个可以随时根据AFC回路所计算出来 的频率补偿值进行调校的参考频率源。当手机系统的AFC回路对参考频率源进行 频率的校正时，参考频率源的输出频率会产生变化而导致GPS接收机C/N值的降 低，严重时会造成GPS讯号的脱锁(Out-of-lock).GPS模块测试GPS模块测试 测试项目GPS性能测试项目可分为以下6项：1.TTFF（冷、温、热启动TTFF）2.灵敏度（接收、捕获、跟踪灵敏度）3.重新捕获信号时间4.定位精度（静止、动态定位精度）5.射频抗扰能力6.BERGPS模块测试 测试项目 冷启动TTFF 冷启动冷启动TTFF时间时间 首次定位时间用于衡量接收机信号搜索过程的快慢程度。搜索过程也称“信号捕获”，包括两个范畴，其一是所谓的C/A码范畴，与卫星的PRN码复制相关；其二是与多普勒范畴与载波相关。在执行搜索过程中，针对冷启动的接收机，其PRN码的不确定性最多可至1023个码片，以及+/-11KHZ的多普勒不确定性。一些接收机采用的是串行搜索过程，还有一些接收机采用的是并行(多相关器)过程。更快的设计采用的是匹配滤波器或快速傅里叶变化技术。冷启动TTFF定义为接收机加电至其捕获第一个有效导航数据点之间的时间，需满足如下条件：时间未知星历未知历书未知位置未知 由于该过程具有随机性，需要再不同卫星几何分布条件下测试若干次TTFF值并取其平均值。GPS模块测试 测试项目 温启动TTFF 温启动温启动TTFF时间时间 对温启动的定义为接收机加电至其捕获第一个有效导航点之间的时间，但需满足如下条件：时间已知星历未知(或当前星历已失效)历书已知位置距上次定位点100公里内 由于该过程具有随机性，需要再不同卫星几何分布条件下测试若干次TTFF值并取其平均值。GPS模块测试 测试项目 热启动TTFF 热启动热启动TTFF时间时间 热启动定义为接收机加电至其第一次捕获有效导航数据点之间的时间，但需满足如下条件：时间已知星历已知历书已知位置距上次定位点100公里内 由于该过程具有随机性，需要再不同卫星几何分布条件下测试若干次TTFF值并取其平均值。GPS模块测试 测试项目 捕获&跟踪灵敏度 捕获灵敏度捕获灵敏度 捕获灵敏度是发生“第一次定位”时能够接收到的最低信号功率水平。该灵敏度子集包括了在冷启动、温启动和热启动条件下的独立测量值。跟踪灵敏度跟踪灵敏度 所谓跟踪灵敏度就是接收机能够连续保持锁定需要的最低功率水平。跟踪阀值由接收机锁相环PLL跟踪环路中的误差源而导致的测试误差有着密切的关系。相位误差、动态应力误差和热噪声是主要的误差来源。将这些因素减小可以使接收机能够以更低的功率连续跟踪信号。在任何情况下，跟踪阀值应低于捕获灵敏度。重捕获时间重捕获时间 重捕获时间是指接收机在丢失所有接收信号状态下，重新接收到信号获得第一个有效导航数据点所需的时间GPS模块测试 测试方案 目前业界内的GPS测试方案分为三种：GPS信号转发方案GPS单通道信号源 GPS信号转发方案GPS多通道信号源 GPS信号转发方案GPS模块测试 测试方案 方案1方案1：GPS信号转发方案优点：优点：该方案为最低成本的测试方案，该系统能够在室内模拟一个与 室外环境接近的GPS信号环境；能够得到实际的GPS卫星信号；能够在室内完成GPS的功能测试。缺点：缺点：室内转发的信号容易受到室外环境（天气和卫星的运动）的影 响，这个影响会导致室内信号强度的不确定性。也就是说，测 试标准和测试数据不能控制在很窄的范围内，所有的测试项目 只能通过对比参考样机得出测试数据。结论：结论：这是最低成本且能够满足最多要求的测试方案。目前任何一家 GPS产品制造厂商在导入产品初期都会采用该方案，配合以下一 些其它方案一起做测试。GPS信号转发方案一信号转发方案一（GT-RK1）Devices List：-L1A,Roof Active antenna-A11-V+L1P,GPS Repeater-RG8/LMR400,Cable assembly产品规格书下载Cable assembly:RG8;Length=10200M;Low loss:0.17dB/M GPSL1Connectors:N male to N male;Roof Antenna:L1AGain=38dBConnectors:N female Gain control amplifier:A11XLVGAIN=-1540dB variable,1dB step,LCD display;Cnnectors:N female;Supports:RS232 control,Auto Calibration,Auto Test developmentGPS信号转发方案二信号转发方案二（GT-RK1V）GPS信号转发方案三信号转发方案三（GT-RK1V-X）S18:GPS splitter,1 to 8;Powered:220/5Vgain=X dB Cable assembly:RG8;Length=10200M;Low loss:0.17dB/M GPSL1Connectors:N male to N male;Gain control amplifier:A11XLVGAIN=-1540dB variable,1dB step,LCD display;Cnnectors:N female;Supports:RS232 control,Auto Calibration,Auto Test developmentCable assembly:LMR240;Length=1030M;Low loss:0.34dB/M L1GPSL1Connectors:N male to SMA male;Cable assembly:RG316D;Length=1030CM;Low loss:1dB/M L1GPSL1Connectors:SMA Female to SMA male;Repeater Hood:RHConnectors:SMA fe male 示意图示意图 （全部无线测试）（全部无线测试）示意图示意图 （全部有线测试）（全部有线测试）A11XLV-ZSplitterPCUSB to Serial Multi portUSBRS 232SerialHost S/WRS232Power SupplyGPS ModuleRS232GPS ModuleRS232Sample ModuleRS232GPS ModuleGPSGPS转发系统自动校准和自动测试示意图转发系统自动校准和自动测试示意图L1AGPS模块测试 测试方案 方案2方案2：GPS单通道信号源 GPS信号转发方案优点：优点：单通道信号源产品能够提供射频电平恒定、不受环境 干扰的GPS信号源，为GPS接收机提供可控的测试信 号。利用信号源来测试GPS接收机的接收灵敏度参数。缺点：缺点：仅能提供一个卫星信道，只能用于测试接收机的接收 灵敏度参数。结论：结论：1.GPS单通道信号源用于测试GPS接收机的接收灵敏度；2.GPS转发系统用于测试 GPS接收机的定位时间、可见卫星数、跟踪灵敏度；GPS模块测试 测试方案 方案3方案3：GPS多通道信号源 GPS信号转发方案优点：优点：系统提供射频电平恒定的、动态的、可调的、多通道 的（416个）卫星信道，能够模拟不同的现实场景 实现所有的测试项目。结合一些信号转发配件，可以 实现全功能的测试。缺点：缺点：系统成本最高。结论：结论：由于系统成本较高，目前该系统只是被一些模块厂家、芯片公司、设计公司以及电信运营商所采用。GSG-L1CAST-SIMCOMSplitterPCUSB to Serial Multi portUSBRS 232SerialHost S/WRS232Power SupplyGPS ModuleRS232GPS ModuleRS232RS232GPS ModuleGPS moduleGPS module自动测试示意图自动测试示意图GPS ModuleRH-A-V30RH-AT-V30GPS模块测试 测试方案性能对比最低性能测试最低性能测试(针对针对RF性能性能)(Minimum Performance Requirements,MPS)3GPP TS 25.171/TS34.171(UMTS/GSM)TIA-916(CDMA)协议一致性测试协议一致性测试(针对控制平面针对控制平面)(Protocol Conformance Specification,PCS)3GPP TS34.123(UMTS)3GPP TS51.010(GSM)3GPP2 C.S0059(CDMA)协议一致性测试协议一致性测试(针对用户平面针对用户平面)(Protocol Conformance Specification,PCS)OMA SUPL(V1.0)ETSGPS模块测试 测试标准GPS模块测试 Qualcomm平台测试环境(offline)GPS模块测试 Qualcomm平台测试环境(online)GPS模块测试 测试仪器生产GPS信号测试仪器的主要厂商有Spirent、Agilent、Litepoint、Aeroflex、中业宇通等。MTK深圳研发部、Qualcomm上海研发部实验室用的都是Spirent的仪器；深圳摩尔实验室GPS OTA性能测试用的是Agilent 的仪器；泰尔实验室GPS OTA性能测试用的是Spirent 的仪器；国内的大部分山寨手机用的都是中业宇通、Aeroflex的仪器单通道GPS信号源 Spirent GS6300 Aeroflex GPS101多通道GPS信号源 Spirent GS6700/GS4200 Agilent E4438C 加409 GPS选件 Litepoint IQnav 中业宇通 NS600Q&AThank You！