使用真實數據來測試GPS接收機

一旦可記錄設備的RF前端設置完，你可以通過一個L1頻段上的基本RF頻譜測量方法來對系統進行簡單的測試。如將RF信號分析儀配置成中心頻率為1.57542 GHz、帶寬為4 MHz。注意天線應該放置在有著清晰的空中視野的環境中。GPS粗捕獲碼信號占用了1MHz帶寬，因此需要更寬的帶寬來顯示該信號的頻譜。此外，因為此時的信號功率很小，需要一個帶有低RF參考值（-50dBm）的窄帶解決方案。通過配置20個10Hz的窄帶寬，GPS衛星可以清晰地顯示在噪聲門限上。圖2顯示了帶有總增益60dB的RF頻譜。

圖2：GPS在一個窄帶解決方案中的頻譜圖。

圖2顯示出在頻率1.57542 GHz處，有一個小“凸點”。該凸點是空中GPS信號，這意味著RF前端信號已經正確的配置過了。現在，RF前端配置完，接下來是進行連續的IQ采集。通過連接大型的存儲容量，經典的RF可記錄系統可以連續捕獲GPS波形長達25小時。

使用記錄下的GPS信號進行實驗

RF記錄和回放方法的最大好處之一是，你可以使用這些現實的數據來測試接收機。此外，你可以觀察一個接收機是如何對同一環境條件下的重復反應。在下面的實驗中，我們觀察GPS接收機如何對相同的GPS記錄下的波形進兵不同的10次回放反應。實驗中的接收機的具體型號是SiRFstar III芯片組。所有接收機的信息通過串聯RS232接口進行上報主機，其存儲的格式為NMEA-183。

使用可記錄GPS信號進行的一個實驗是，不斷觀察信號強度和位置間的關系。為了觀察到這個關系，我們計算了10個試驗中每個試驗的經度和緯度的標準方差。如果衛星的該數據能夠影響位置精度和可重復性，我們將會看到該方差會隨著衛星淡出視野而增大。例如，可以使用4個最高衛星的的平均載干比作為刻畫信號條件的量度。為了訪問NMEA-183數據，你還可以跟蹤HDOP以及在視野中的衛星個數。不過，在圖3中，存在一個信號強度和位置可重復性間的強烈相關性。

圖3：位置精度和載干比間的關系。

不同試驗的峰值偏差發生在時間為120秒時。在這一時刻標準方差大約為2米，而其他時間里，該方差要遠遠小于1米。標準方差的跳變與四個最高衛星強度45 dB-Hz降到41dB-Hz現象同時發生。此外，位置的標準方差直接與衛星的載干比相關，而與移動速度沒有太多聯系。

以上的試驗突出了環境因素對接收機性能的影響。非常可能的是，當視野中出現衛星的個數突然下降時，接收機會迅速作出反應。無論哪種方式，該試驗可以當作是一種對GPS記錄波形的例子分析。現實環境中，RF信號是存在硬盤中，你可以在未來的某個時候進行與上述形似的試驗分析。

盡管對接收機在部署環境中如城市峽谷進行驅動測試是非常普遍的，RF記錄和回放系統已經成為了一種驗證RF接收機的新型解決方案。正如本文所講的，精心選擇記錄設備的RF前端，可以保證信號被捕獲而沒有引入顯著的損耗與失真。最后，通過記錄GPS波形，你可以進行廣泛的試驗。因為這些記錄的數據可以幫助你產生可重復的RF信號，因此很容易觀察到接收機在同樣的RF環境條件下是如何作出反應的。

參考文獻

[1] Gu, Quzheng, 無線通信中的收發器RF系統設計, Springer, 2005。