GPS：助力毫微微蜂窩基站發(fā)展

毫微微蜂窩基站是專為家庭或小型企業(yè)環(huán)境中室內(nèi)應(yīng)用設(shè)計(jì)的小型低功率基站。此類基站的技術(shù)正在逐步成熟，已接近商業(yè)化部署，因此有望在未來(lái)數(shù)年內(nèi)取得突飛猛進(jìn)的增長(zhǎng)。事實(shí)勝于雄辯。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商Sprint在2008年率先推出了使用商用毫微微蜂窩基站的服務(wù)，掀開(kāi)了毫微微蜂窩基站商業(yè)應(yīng)用的大幕。著名行業(yè)研究機(jī)構(gòu)In-Stat預(yù)計(jì)2011年全球?qū)?huì)安裝超過(guò)4千萬(wàn)個(gè)毫微微蜂窩基站，用戶總數(shù)將達(dá)到1.015億。隨著市場(chǎng)應(yīng)用的增加，用戶對(duì)毫微微蜂窩基站產(chǎn)品的需求也將隨之增長(zhǎng)，例如集成發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和低噪聲放大器等。全球定位系統(tǒng)（GPS）是毫微微蜂窩基站中一個(gè)重要性逐步增加的元器件，支持E911緊急呼叫定位輔助、計(jì)時(shí)和頻率輔助，可以提供系統(tǒng)時(shí)鐘和定位許可功能（如圖1所示）。

圖1 裝有GPS的典型毫微微蜂窩基站系統(tǒng)

隨著GPS與毫微微蜂窩基站的融合，GPS功能驗(yàn)證成為了一項(xiàng)越來(lái)越重要的工作。如今，GPS接收機(jī)制造商、OEM集成商與合同制造商正在研究用于接收機(jī)性能驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。這項(xiàng)驗(yàn)證工作通常使用GPS射頻衛(wèi)星仿真來(lái)完成。E4438C是一個(gè)高性能、通用射頻信號(hào)源，不僅能夠生成GPS信號(hào)，還能創(chuàng)建與毫微微蜂窩基站有關(guān)的其他無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)（例如HSDPA、W-CDMA、GSM/EDGE、WiMAX、CDMA2000、TD-SCDMA和UMTS標(biāo)準(zhǔn)）。

毫微微蜂窩基站與GPS連接
毫微微蜂窩基站、無(wú)線接入點(diǎn)或家用基站可以插入客戶的寬帶連接，并利用VoIP路由呼叫。這樣能夠?yàn)榭蛻籼峁└玫耐ㄔ捹|(zhì)量和更快的數(shù)據(jù)連接，還支持服務(wù)提供商擴(kuò)大室內(nèi)服務(wù)覆蓋，尤其接入受限或無(wú)接入?yún)^(qū)域的服務(wù)覆蓋。毫微微蜂窩基站具有更高的數(shù)據(jù)速率，并且支持更佳的室內(nèi)應(yīng)用客戶體驗(yàn)，因此推動(dòng)了移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)的引入。與建在山頂上的大型基站一樣，毫微微蜂窩基站也需要精確的實(shí)時(shí)定位和計(jì)時(shí)信息。GPS可借助由美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）獲取此類信息，而且能夠使毫微微蜂窩基站變得智能化，僅在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商獲得許可的地區(qū)應(yīng)用，避免對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)置造成干擾。

GPS的運(yùn)行依賴于由24至32個(gè)軌道衛(wèi)星組成的星座，能夠在全球任何地方、任何時(shí)間觀測(cè)到至少6顆衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星都可以廣播導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并且導(dǎo)航數(shù)據(jù)傳輸使用了單顆衛(wèi)星專有的擴(kuò)頻代碼。由GPS接收機(jī)接收后，傳輸數(shù)據(jù)可用于識(shí)別和計(jì)算每個(gè)可見(jiàn)衛(wèi)星的信號(hào)傳輸時(shí)間，并根據(jù)這個(gè)時(shí)間來(lái)計(jì)算與每個(gè)衛(wèi)星的距離。GPS接收機(jī)使用至少4顆GPS衛(wèi)星的信號(hào)來(lái)計(jì)算自身位置；確定經(jīng)度、緯度、海拔和時(shí)間，隨后確定GPS接收機(jī)的實(shí)際位置。

GPS測(cè)試要求
GPS需要進(jìn)行接收機(jī)性能驗(yàn)證以測(cè)試其功能，并客觀評(píng)測(cè)GPS集成電路的性能。驗(yàn)證過(guò)程需要在一個(gè)便于精確重復(fù)測(cè)試的可控環(huán)境中進(jìn)行。一般情況下，使用通過(guò)天線接收到的實(shí)際GPS衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法提供這樣的環(huán)境。不過(guò)，使用標(biāo)準(zhǔn)級(jí)RF信號(hào)發(fā)生器生成的實(shí)時(shí)GPS信號(hào)仿真，可以為建立已校準(zhǔn)的可重復(fù)測(cè)試環(huán)境提供一個(gè)良好的起點(diǎn)。

E4438C ESG矢量信號(hào)發(fā)生器可以使用GPS專用軟件生成GPS信號(hào)，該軟件根據(jù)預(yù)配置情景文件能夠生成多達(dá)8種實(shí)時(shí)GPS衛(wèi)星信號(hào)（如圖2所示）。這個(gè)GPS信號(hào)仿真器具有多種功能，包括：

*提供多衛(wèi)星GPS配置（最多8顆衛(wèi)星）

*仿真實(shí)際情景

*實(shí)時(shí)衛(wèi)星數(shù)據(jù)（與發(fā)送多普勒頻移和導(dǎo)航信息的衛(wèi)星保持同步）

*可調(diào)整的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)量（1～8顆）

*使用SCPI命令自動(dòng)生成信號(hào)

圖2 Agilent E4438C ESG

必需的測(cè)量
以下5種測(cè)量對(duì)驗(yàn)證GPS接收機(jī)性能具有極大的幫助。E4438C能夠執(zhí)行這些測(cè)量。

*首次定位時(shí)間（TTFF）：GPS接收機(jī)從開(kāi)機(jī)（接通電源）到通過(guò)仿真獲得第一個(gè)有效的3D導(dǎo)航數(shù)據(jù)點(diǎn)之間間隔的時(shí)間。GPS接收機(jī)TTFF測(cè)量可能包括冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)和熱啟動(dòng)配置。

*接收機(jī)靈敏度：測(cè)量各種GPS信號(hào)功率電平下的信號(hào)強(qiáng)度（C/No），以及3D定位丟失時(shí)的功率電平和載噪比。

*靜止導(dǎo)航精度：相對(duì)于仿真位置定位GPS接收機(jī)的精度。

*重新捕獲時(shí)間：在正常工作期間，所有GPS信號(hào)出現(xiàn)短暫阻斷后，GPS接收機(jī)重新捕獲導(dǎo)航定位所需的時(shí)間。

*射頻干擾：GPS接收機(jī)在輸入端接收到干擾信號(hào)時(shí)保持正常工作的能力。請(qǐng)注意，需要使用第二個(gè)射頻信號(hào)源來(lái)提供射頻干擾信號(hào)。

其他測(cè)試要求
在毫微微蜂窩基站中使用GPS會(huì)面臨多種挑戰(zhàn)。首先，GPS在住宅區(qū)/市區(qū)環(huán)境中的穩(wěn)定性相對(duì)較差。其次，如果傳輸時(shí)間與頻率調(diào)諧不精確，毫微微蜂窩基站會(huì)干擾其他基站和宏網(wǎng)絡(luò)。輔助GPS（A-GPS）針對(duì)這類疑難提供了解決方案。它可以通過(guò)蜂窩式通信信道向GPS接收機(jī)傳輸輔助數(shù)據(jù)，從而改善GPS接收機(jī)的精度、TTFF和可靠性。

包括A-GPS在內(nèi)的多項(xiàng)技術(shù)打破了在毫微微蜂窩基站中使用GPS的限制。然而，我們還需要有效的A-GPS接收機(jī)功能測(cè)試，以便為服務(wù)提供商提供信心，并確保A-GPS運(yùn)行不會(huì)干擾蜂窩電話通話。裝有GPS專用軟件的E4438C ESG信號(hào)發(fā)生器與Agilent 8960無(wú)線通信測(cè)試儀結(jié)合使用，可以執(zhí)行所需的功能測(cè)試，以滿足服務(wù)提供商確保無(wú)干擾的要求（如圖3所示）。

圖3 本圖顯示了在構(gòu)建移動(dòng)設(shè)備A-GPS功能測(cè)試系統(tǒng)時(shí)所需要的連接。8960和E4438C通過(guò)GPIB連接到PC控制器。被測(cè)件則通過(guò)8960和E4438C射頻端口連接的天線耦合至儀器中
 

總結(jié)
由于GPS在毫微微蜂窩基站系統(tǒng)中的作用越來(lái)越重要，GPS或A-GPS接收機(jī)性能驗(yàn)證變得十分關(guān)鍵。高性能射頻信號(hào)源（例如E4438C）能夠輕松仿真GPS信號(hào)，因此可以極其靈活地創(chuàng)建精確的可重復(fù)測(cè)試環(huán)境，以評(píng)測(cè)毫微微蜂窩基站中使用的GPS接收機(jī)。