最实用的GPS接收器测试详解

dB-Hz 的 C/N 值。若特别注重量测速度，则可使用较高的 C/N 值，再从结果中推断出敏感度的信息。

　　找出噪声指数

　　又根据等式 13 与 14，搭配相关载噪比 （Carrier-to-noise ratio），则可得出接收器或芯片组的噪声指数。亦如下方等式 15 所示。

　　等式 15. 接收器噪声指数为功率与 C/N 比值所构成的函式。

　　而由表7 所示，接收器的噪声指数将直接与 RF 功率强度与载噪比互成比例。根据此关系，我们仅需针对 RF 功率强度与 C/N 进行关联性，即可量测芯片组的噪声指数。而此项量测中请注意，应以 0.1 dB 为单位增加产生器的功率。由于 NMEA-183 协议所得到的卫星 C/N 值，是以最接近的小数字为准，因此在量测接收器 C/N 比值时，应估算噪声指数达 1 位数的精确度。范例结果如图 18 所示。

　　表8. DUT 功率与接收器 C/N 的关联。

　　如表8 所示，若 RF 功率强度处于 -136.6 dBm ~ -135.7 dBm 之间，则其 C/N 比值将维持于 30 dB-Hz。若以舍入法计算 NMEA-183 的数据时，则几乎可确定 -136.1 dBm 功率强度将产生 30.0 dB-Hz 的 C/N 比值无误。透过等式 14，芯片组的噪声指数则为 -174.0 dBm + -136.1 dBm + 30.0 dB-Hz = 7.9 dB。请注意，此计算是根据 2 组不确定性系数而进行：向量讯号产生器的功率不确定性，还有接收器所产生的 C/N 不确定性。

　　多组卫星的 GPS 接收器量测

　　敏感度量测需要单一卫星激发，而有多项接收器量测需要可仿真多组卫星的单一测试激发。更进一步来说，如首次定位时间 （TTFF）、定位精确度，与精确度降低 （Dilution of precision） 的量测作业，均需要接收器进行定位。由于接收器需要至少 4 组卫星进行 3D 定位作业，因此这些量测将较敏感度量测来得耗时。也因此，多项定位量测作业均于检验与校准作业中进行，而非生产测试时才执行。

　　此章节将说明可为接收器提供多组卫星讯号的方法。在讨论 GPS 仿真作业时，亦将让使用者了解 TTFF 与定位精确度量测的执行方法。若是讨论 RF 记录与播放作业，将一并说明应如何在多项环境条件下，校准接收器的效能。

　　量测首次定位时间 （TTFF） 与定位精确度

　　首次定位时间 （TTFF） 与定位精确度量测，为设计 GPS 接收器的首要检验作业。若您已将多种消费性的 GPS 应用了然于胸，即应知道接收器回传其实际位置所需的时间，将大幅影响接收器的用途。此外，接收器回报其位置的精确度亦甚为重要。

　　为了让接收器可进行定位，则应透过导航讯息 （Navigation message） 下载星历与年历信息。由于接收器下载完整 GPS 框架必须耗费 30 秒，因此「冷启动 （Cold start）」的TTFF 状态则需要 30 ~ 60 秒。事实上，多款接收器可指定数种 TTFF 状态。最常见的为：

　　冷启动 （Cold Start）：接收器必须下载年历与星历信息，才能进行定位。由于必须从各组卫星下载至少 1 组 GPS 框架 （Frame），因此大多数的接收器在冷启动状态下，将于30 ~ 60 秒时进行定位。

　　热启动 （Warm Start）：接收器的年历信息尚未超过 1 个星期，且不需要其他星历信息。一般来说，此接收器可于 20 秒内得知目前时间，并可进行 100 公里内的定位 ［2］。大多数热启动状态的 GPS 接收器，可于 60 秒内进行定位，有时甚至仅需更短的时间。

　　热开机 （Hot Start）：接收器具备最新的年历与星历信息时，即为热开机状态。接收器仅需取得各组卫星的时序信息，即可开始回传定位位置。大多数热开机状态的 GPS 接收器，仅需 0.5 ~ 20 秒即可开始定位作业。

　　在大部分的情况下，TTFF 与定位精确度均与特定功率强度相关。值得注意的是，若能于多种情况下检验此 2 种规格的精确度，其实极具有其信息价值。因为 GPS 卫星每 12个小时即绕行地球 1 圈，所以可用范围内的卫星讯号随时都在变化，也让接收器可在不同的状态下回传正确结果。

　　下列章节将说明应如何使用 2 笔数据源，以执行 TTFF 与定位精确度的量测，包含：

　　1） 接收器在其布署环境中，透过天线所获得的实时数据

　　2） 透过空中传递所记录的 RF 讯号，并将之用以测试接收器所记录的数据

　　3） 当记录实时数据后，RF 产生器用于模拟星期时间 （Time-of-week，TOW） 所得的仿真数据用此 3 笔不同的数据源测试接收器，可让各个数据源的量测作业均具备可重复特性，且均相互具备相关性。

　　量测设定

若要获得最佳结果，则所选择的记录位置，应让卫星不致受到周遭建筑物的阻碍。我们选择 6 层楼停车场的顶楼进行测试，以无建物覆盖的屋顶尽可能接触多组卫星讯号。透过GPS 芯片组的