GPS助力毫微微蜂窩基站發(fā)展

毫微微蜂窩基站是專(zhuān)為家庭或小型企業(yè)環(huán)境中室內應用設計的小型低功率基站。此類(lèi)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)數年內取得突飛猛進(jìn)的增長(cháng)。事實(shí)勝于雄辯。移動(dòng)運營(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)應用的大幕。著(zhù)名行業(yè)研究機構In-Stat預計2011年全球將會(huì )安裝超過(guò)4千萬(wàn)個(gè)毫微微蜂窩基站，用戶(hù)總數將達到1.015億。隨著(zhù)市場(chǎng)應用的增加，用戶(hù)對毫微微蜂窩基站產(chǎn)品的需求也將隨之增長(cháng)，例如集成發(fā)射機、接收機和低噪聲放大器等。全球定位系統（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、計時(shí)和頻率輔助，可以提供系統時(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

　　隨著(zhù)GPS與毫微微蜂窩基站的融合，GPS功能驗證成為了一項越來(lái)越重要的工作。如今，GPS接收機制造商、OEM集成商與合同制造商正在研究用于接收機性能驗證的標準測試。這項驗證工作通常使用GPS射頻衛星仿真來(lái)完成。E4438C是一個(gè)高性能、通用射頻信號源，不僅能夠生成GPS信號，還能創(chuàng )建與毫微微蜂窩基站有關(guān)的其他無(wú)線(xiàn)標準（例如HSDPA、W-CDMA、GSM/EDGE、WiMAX、CDMA2000、TD-SCDMA和UMTS標準）。

　　毫微微蜂窩基站與GPS連接

　　毫微微蜂窩基站、無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)或家用基站可以插入客戶(hù)的寬帶連接，并利用VoIP路由呼叫。這樣能夠為客戶(hù)提供更好的通話(huà)質(zhì)量和更快的數據連接，還支持服務(wù)提供商擴大室內服務(wù)覆蓋，尤其接入受限或無(wú)接入區域的服務(wù)覆蓋。毫微微蜂窩基站具有更高的數據速率，并且支持更佳的室內應用客戶(hù)體驗，因此推動(dòng)了移動(dòng)數據服務(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)定位和計時(shí)信息。GPS可借助由美國國防部開(kāi)發(fā)的全球導航衛星系統（GNSS）獲取此類(lèi)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 )運營(yíng)商獲得許可的地區應用，避免對現有基礎設置造成干擾。

　　GPS的運行依賴(lài)于由24至32個(gè)軌道衛星組成的星座，能夠在全球任何地方、任何時(shí)間觀(guān)測到至少6顆衛星。每顆衛星都可以廣播導航數據，并且導航數據傳輸使用了單顆衛星專(zhuān)有的擴頻代碼。由GPS接收機接收后，傳輸數據可用于識別和計算每個(gè)可見(jiàn)衛星的信號傳輸時(shí)間，并根據這個(gè)時(shí)間來(lái)計算與每個(gè)衛星的距離。GPS接收機使用至少4顆GPS衛星的信號來(lái)計算自身位置；確定經(jīng)度、緯度、海拔和時(shí)間，隨后確定GPS接收機的實(shí)際位置。

　　GPS測試要求

　　GPS需要進(jìn)行接收機性能驗證以測試其功能，并客觀(guān)評測GPS集成電路的性能。驗證過(guò)程需要在一個(gè)便于精確重復測試的可控環(huán)境中進(jìn)行。一般情況下，使用通過(guò)天線(xiàn)接收到的實(shí)際GPS衛星信號無(wú)法提供這樣的環(huán)境。不過(guò)，使用標準級RF信號發(fā)生器生成的實(shí)時(shí)GPS信號仿真，可以為建立已校準的可重復測試環(huán)境提供一個(gè)良好的起點(diǎn)。

　　E4438CESG矢量信號發(fā)生器可以使用GPS專(zhuān)用軟件生成GPS信號，該軟件根據預配置情景文件能夠生成多達8種實(shí)時(shí)GPS衛星信號（如圖2所示）。這個(gè)GPS信號仿真器具有多種功能，包括：

　　*提供多衛星GPS配置（最多8顆衛星）

　　*仿真實(shí)際情景

　　*實(shí)時(shí)衛星數據（與發(fā)送多普勒頻移和導航信息的衛星保持同步）

　　*可調整的可見(jiàn)衛星數量（1～8顆）

　　*使用SCPI命令自動(dòng)生成信號

圖2AgilentE4438CESG

　　必需的測量

　　以下5種測量對驗證GPS接收機性能具有極大的幫助。E4438C能夠執行這些測量。

　　*首次定位時(shí)間（TTFF）：GPS接收機從開(kāi)機（接通電源）到通過(guò)仿真獲得第一個(gè)有效的3D導航數據點(diǎn)之間間隔的時(shí)間。GPS接收機TTFF測量可能包括冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)和熱啟動(dòng)配置。

　　*接收機靈敏度：測量各種GPS信號功率電平下的信號強度（C/No），以及3D定位丟失時(shí)的功率電平和載噪比。

　　*靜止導航精度：相對于仿真位置定位GPS接收機的精度。

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

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

　　其他測試要求

　　在毫微微蜂窩基站中使用GPS會(huì )面臨多種挑戰。首先，GPS在住宅區/市區環(huán)境中的穩定性相對較差。其次，如果傳輸時(shí)間與頻率調諧不精確，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）針對這類(lèi)疑難提供了解決方案。它可以通過(guò)蜂窩式通信信道向GPS接收機傳輸輔助數據，從而改善GPS接收機的精度、TTFF和可靠性。

　　包括A-GPS在內的多項技術(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接收機功能測試，以便為服務(wù)提供商提供信心，并確保A-GPS運行不會(huì )干擾蜂窩電話(huà)通話(huà)。裝有GPS專(zhuān)用軟件的E4438CESG信號發(fā)生器與Agilent8960無(wú)線(xiàn)通信測試儀結合使用，可以執行所需的功能測試，以滿(mǎn)足服務(wù)提供商確保無(wú)干擾的要求（如圖3所示）。

圖3本圖顯示了在構建移動(dòng)設備A-GPS功能測試系統時(shí)所需要的連接。8960和E4438C通過(guò)GPIB連接到PC控制器。被測件則通過(guò)8960和E4438C射頻端口連接的天線(xiàn)耦合至儀器中

　　總結

　　由于GPS在毫微微蜂窩基站系統中的作用越來(lái)越重要，GPS或A-GPS接收機性能驗證變得十分關(guān)鍵。高性能射頻信號源（例如E4438C）能夠輕松仿真GPS信號，因此可以極其靈活地創(chuàng )建精確的可重復測試環(huán)境，以評測毫微微蜂窩基站中使用的GPS接收機。