GPS接收器测试

方法可将合适的增益强度套用至讯号，不过我们发现：若使用主动式 GPS 天线搭配 NI PXI-5690 前置放大器 (Pre-amplifier) 时，即可达到最佳效果。若串联 2 组各可达 30 dB 增益的 LNA，则总增益则可达到 60 dB (30 + 30)。因此，向量讯号分析器可测得的峰值功率，将从 -116 dBm 提升至 -56 dBm。下图即为该项设定的范例系统：

图 6. GPS 接收器与串联的 LNA。

请注意，记录操作系统的必备组件之一，即为主动式 GPS 天线。主动式 (Active) GPS 天线，包含 1 组平面天线与 1 组 LNA。此款天线一般均需要 2.5V ~ 5V 的 DC 偏压电压，并仅需约 $20 美金即可购买现成产品。为了简单起见，我们使用 1 组天线搭配 1 组 SMA 接头。我们将于下列段落中看到，在 RF 前端的第一组 LNA 噪声图形极为重要；该图形将可确认进行记录作业的仪控，是否对无线讯号构成最低噪声。亦请注意，图 6 中的向量讯号分析器为简化图标。实际的 PXI-5661 为 3 阶段式超外差 (Super-heterodyne) 向量讯号分析器，较复杂于图中所示。

若将 60 dB 套用至无线讯号中，则可于 L1 中得到约 -60 ~ -50 dBm 的峰值功率。若以扫频 (Swept spectrum) 模式设定 VSA 并分析整体频谱，则亦将发现 L1 频带 (FM 与移动电话)之外的带中功率 (Power in band)，其强度将高于 GPS 讯号。然而，带外 (Out-of-band) 讯号的峰值功率一般均不会超过 -20 dBm，且将透过 VSA 的多组带通 (Band pass) 滤波器之一进行滤波作业。若要检视记录装置的 RF 前端是否达到应有效率，最简单的方法之一即为开启 RFSA 示范面板的范例程序。透过此程序，即可于 L1 GPS 频带中呈现 RF 频谱。图 7 即为常见的频谱。请注意，此频谱截图是透过 GPS 中心频率于室外所得。主动式 GPS 天线与 PXI-5690 前置放大器，可达到 60 dB 的总增益。

中心频率：1.57542 GHz

展频 (Span)：4 MHz

RBW：10 Hz

平均：RMS、20 Averages

图 7. 仅透过极小的分辨率带宽 (RBW)，才可于频谱中呈现 GPS

此处使用前面所提到的 RF 记录与播放 LabVIEW 范例程序；设定 -50 dBm 的参考准位、1.57542 GHz 中央频率，与 5 MS/s 的 IQ 取样率。下图即显示设置范例的人机接口：

图 8. RF 记录与播放范例的人机接口。

GPS 讯号的最长记录时间，将根据取样率与最大储存容量而定。若使用 2 TB 容量的 Raid 磁盘阵列 (Windows XP 所支持的最大磁盘)，将可透过 5 MS/s 取样率记录最多 25 个小时的讯号。

设定 RF 前端

由于串联的 LNA 可提供 60 dB 的增益，因此使用者可大幅提升向量讯号分析器前端的功率。在我们的量测作业中，60 dB 的增益即足以将峰值功率从 -116 dBm 提升至 -56 dBm。而透过 60 dB 的增益 (与 1.5 dB 的噪声系数)，讯号的噪声功率将为 –112 dBm/Hz (-174 + 增益 + F)。因此，所能撷取到的讯噪比 (SNR) 最高可达 56.5 dB (-56 dBm +112.5 dBm)，亦低于实际的仪器动态范围。由此可知，若有 80 dB 的动态范围，则 VSA 将可记录最大的 SNR，且不会有无线讯号的噪声影响。

当要记录任何无线讯号时，可将参考准位设定高出一般峰值功率至少 5 dB，以因应任何讯号强度的异常现象。在某些情况下，虽然上述此步骤将降低 VSA 的有效动态范围，但 GPS 讯号却不会受到影响。由于 GPS 讯号于天线输入的最大理想 SNR 即为 58 dB (-116 + 174)，因此若于 VSA 记录超过 58 dB 的动态范围将无任何意义。因此，我们甚至可以「抛弃」仪器的动态范围达 10 dB 以上，亦不会影响记录讯号的质量 (在此带宽中，PXI-5661 将提供优于 75 dB 的动态范围)。

由于必须设定合适的参考准位，适当设定记录装置的 RF 前端亦显得同样重要。如先前所提，若要获得最佳的 RF 记录数据，则建议使用主动式 GPS 天线。由于主动式天线内建 LNA，以低噪声系数提供最高 30 dB 的增益，因此亦可供应 DC 偏压。下方将接着说明多种偏压方式。

方法 1：以 GPS 接收器进行供电的主动式天线

第一个方法，是以 DC 偏压「T」供电至主动式天线。在此范例中，我们将 DC 讯号 (此为 3.3 V) 套用至偏压「T」的DC 埠，且「T」又将合适的 DC 偏移套用至主动式天线。请注意，此处将根据主动式天线的 DC 功率需求，进而决定是否套用精确的 DC 电压。下图即说明相关连结情形。

图 9. 使用 DC 偏压「T」供电至主动式 GPS 天线

在图 9 中可发现，PXI-4110 可程序化 DC 电源供应器，即可供应 DC 偏压讯号。虽然多款现成的电源供应器 (其中亦