最实用的GPS接收器测试详解

大幅影响整组接收器的噪声指数。请注意，虽然此「常见」GPS 接收器噪声指数的计算范例纯为理论叙述，但仍具有其重要性。由于接收器所呈现的 C/N 比值，实在与系统的噪声系数密不可分，因此系统的噪声系数可协助我们设定合适的 C/N 测试限制。

　　单一卫星敏感度量测

　　在了解敏感度量测的基本理论之后，接着将进行实际量测的各个程序。一般测试系统均是透过直接联机，将模拟的 L1 单一卫星载波送入至 DUT 的 RF 通讯端口中。为了获得C/N 比值，我们将接收器设定透过 NMEA-183 协议进行通讯。在 LabVIEW 中，则仅需串联 3 笔 GSV 指令，即可读取最大的卫星 C/N 值。

　　根据 GPS 规格说明，单一 L1 卫星若位于地球表面，则其功率应不低于 -130 dBm ［7］。然而，消费者对室内与户外的 GPS 接收器使用需求，已进一步压低了测试限制。事实上，多款 GPS 接收器可达最低 -142 dBm 定位追踪敏感度，与最低 -160 dBm 讯号追踪。在一般作业点 （Operating point） 时，大多数的 GPS 接收器均可迅速持续锁定低于6dB 的讯号，因此我们的测试激发则使用 -136dBm 的平均 RF 功率强度。

　　若要达到最佳的功率精确度与噪声水平 （Noise floor） 效能，则建议针对 RF 向量讯号产生器的输出，使用外接衰减。在大多数的案例中，40 dB ~ 60 dB 的外接衰减，可让我们更接近线性范围 （功率 ≥ -80 dBm），妥善操作产生器。由于各组接收器的定位衰减 （Fix attenuation） 均不甚固定，因此必须先行校准系统，以决定测试激发的正确功率。

　　在校准程序中，我们可考虑：1） 讯号的峰值平均比 （Peak-to-average ratio）、衰减器各个部分的差异，还有任何接线作业可能的插入损耗 （Insertion loss）。为了校准系统，应先从 DUT 切断联机，再将该联机接至 RF 向量讯号分析器 （如 PXI-5661）。

　　Part A：单一卫星校准

　　当执行敏感度量测时，RF 功率强度的精确性，实为讯号产生器最重要的特性之一。由于接收器可获得 0 数字精确度的 C/N 值 （如 34 dB-Hz），因此生产测试中的敏感度量测可达 ± 0.5 dB 的功率精确度。因此，必须确保我们的仪控功能至少要达到相等或以上的效能。由于一般 RF 仪控作业是专为大范围功率强度、频率范围，与温度条件所设计，因此在执行基本系统校准时，量测的可重复性 （Repeatability） 应远高于特定仪器效能。下列章节将进一步说明可确保 RF 功率精确度的 2 种方法。

　　方法 1：单一被动式 RF 衰减器：

　　虽然使用外接衰减，是为了确保 GPS 讯号产生作业可达最佳噪声密度，但实际仅需 20 dB 的衰减，即可确保噪声密度低于 -174 dBm/Hz。当使用 20 dB 的固定板 （Pad） 时，仅需将仪器设定为超过 20 dB 的 RF 功率强度即可。为了达到 -136 dBm 的目标，仪器应程序设计为 -115 dBm （假设 1 dB 的连接线插入损耗），且将 20 dB 衰减器直接连至产生器的输出。则所达到的 RF 功率将为 -136 dBm，但仍具有额外的不确定性。假设 20 dB 的固定板具有 ± 0.25 dB 的不确定性，且 RF 产生器亦于 -116 dBm 具有 ± 1.0 dB 的不确定性，则整体的不确定性将为 ± 1.25 dB。因此，虽然方法 1 最为简单且不需进行校准，但由于系统中的多项组件均未经过校准，因此可能接着发生不确定性。请注意，造成仪器不确定性最主要的原因之一，即为电压驻波比 （Voltage standing wave ratio，VSWR）。因为被动式衰减器是直接连至仪器的输出，所以反射回仪器的驻波即为实际衰减。由于降低了功率的不确定性，因此可提升整体功率的精确性。

　　请注意，此处亦使用高效能 VNA 确实量测被动衰减器。透过此量测装置，即可于 ± 0.1 dB 的不确定性之内，决定所要套用的衰减。

　　方法 2：经过校准的多组被动衰减器

　　校准 RF 功率的第二种方法，即是使用高精确度的 RF 功率计 （高于 ± 0.2 dB 的精确度，并最低可达 -70 dBm） 搭配多款固定式衰减器。因为我们是以固定频率，与相对较小的功率范围操作 RF 产生器，所以可有效修正由产生器造成的任何错误。此外，由于被动衰减器是以固定频率进行线性动作，因此亦可校准其不确定性。在方法 2 中，主要即必须确保产生系统可达到最佳效能，且将不确定性降至最低。此高精确度功率计可达优于 80 dB 的动态范围 （往往为双头式仪器），进而确保最低的量测不确定性。

透过高精确度的功率计，即可使用 3 种量测作业进行系统校准：1 种用于向量讯号产生器的 RF 功率，另外 2 种量测作业可校准衰减器。为了