GPS助力毫微微蜂窝基站发展

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毫微微蜂窝基站是专为家庭或小型企业环境中室内应用设计的小型低功率基站。此类基站的技术正在逐步成熟,已接近商业化部署,因此有望在未来数年内取得突飞猛进的增长。事实胜于雄辩。移动运营商Sprint在2008年率先推出了使用商用毫微微蜂窝基站的服务,掀开了毫微微蜂窝基站商业应用的大幕。著名行业研究机构In-Stat预计2011年全球将会安装超过4千万个毫微微蜂窝基站,用户总数将达到1.015亿。随着市场应用的增加,用户对毫微微蜂窝基站产品的需求也将随之增长,例如集成发射机、接收机和低噪声放大器等。全球定位系统(GPS)是毫微微蜂窝基站中一个重要性逐步增加的元器件,支持E911紧急呼叫定位辅助、计时和频率辅助,可以提供系统时钟和定位许可功能(如图1所示)。

图1装有GPS的典型毫微微蜂窝基站系统

  随着GPS与毫微微蜂窝基站的融合,GPS功能验证成为了一项越来越重要的工作。如今,GPS接收机制造商、OEM集成商与合同制造商正在研究用于接收机性能验证的标准测试。这项验证工作通常使用GPS射频卫星仿真来完成。E4438C是一个高性能、通用射频信号源,不仅能够生成GPS信号,还能创建与毫微微蜂窝基站有关的其他无线标准(例如HSDPA、W-CDMA、GSM/EDGE、WiMAX、CDMA2000、TD-SCDMA和UMTS标准)。

  毫微微蜂窝基站与GPS连接

  毫微微蜂窝基站、无线接入点或家用基站可以插入客户的宽带连接,并利用VoIP路由呼叫。这样能够为客户提供更好的通话质量和更快的数据连接,还支持服务提供商扩大室内服务覆盖,尤其接入受限或无接入区域的服务覆盖。毫微微蜂窝基站具有更高的数据速率,并且支持更佳的室内应用客户体验,因此推动了移动数据服务的引入。与建在山顶上的大型基站一样,毫微微蜂窝基站也需要精确的实时定位和计时信息。GPS可借助由美国国防部开发的全球导航卫星系统(GNSS)获取此类信息,而且能够使毫微微蜂窝基站变得智能化,仅在网络运营商获得许可的地区应用,避免对现有基础设置造成干扰。

  GPS的运行依赖于由24至32个轨道卫星组成的星座,能够在全球任何地方、任何时间观测到至少6颗卫星。每颗卫星都可以广播导航数据,并且导航数据传输使用了单颗卫星专有的扩频代码。由GPS接收机接收后,传输数据可用于识别和计算每个可见卫星的信号传输时间,并根据这个时间来计算与每个卫星的距离。GPS接收机使用至少4颗GPS卫星的信号来计算自身位置;确定经度、纬度、海拔和时间,随后确定GPS接收机的实际位置。

  GPS测试要求

  GPS需要进行接收机性能验证以测试其功能,并客观评测GPS集成电路的性能。验证过程需要在一个便于精确重复测试的可控环境中进行。一般情况下,使用通过天线接收到的实际GPS卫星信号无法提供这样的环境。不过,使用标准级RF信号发生器生成的实时GPS信号仿真,可以为建立已校准的可重复测试环境提供一个良好的起点。

  E4438CESG矢量信号发生器可以使用GPS专用软件生成GPS信号,该软件根据预配置情景文件能够生成多达8种实时GPS卫星信号(如图2所示)。这个GPS信号仿真器具有多种功能,包括:

  *提供多卫星GPS配置(最多8颗卫星)

  *仿真实际情景

  *实时卫星数据(与发送多普勒频移和导航信息的卫星保持同步)

  *可调整的可见卫星数量(1~8颗)

  *使用SCPI命令自动生成信号

图2AgilentE4438CESG

  必需的测量

  以下5种测量对验证GPS接收机性能具有极大的帮助。E4438C能够执行这些测量。

  *首次定位时间(TTFF):GPS接收机从开机(接通电源)到通过仿真获得第一个有效的3D导航数据点之间间隔的时间。GPS接收机TTFF测量可能包括冷启动、温启动和热启动配置。

  *接收机灵敏度:测量各种GPS信号功率电平下的信号强度(C/No),以及3D定位丢失时的功率电平和载噪比。

  *静止导航精度:相对于仿真位置定位GPS接收机的精度。

  *重新捕获时间:在正常工作期间,所有GPS信号出现短暂阻断后,GPS接收机重新捕获导航定位所需的时间。

  *射频干扰:GPS接收机在输入端接收到干扰信号时保持正常工作的能力。请注意,需要使用第二个射频信号源来提供射频干扰信号。

  其他测试要求

  在毫微微蜂窝基站中使用GPS会面临多种挑战。首先,GPS在住宅区/市区环境中的稳定性相对较差。其次,如果传输时间与频率调谐不精确,毫微微蜂窝基站会干扰其他基站和宏网络。辅助GPS(A-GPS)针对这类疑难提供了解决方案。它可以通过蜂窝式通信信道向GPS接收机传输辅助数据,从而改善GPS接收机的精度、TTFF和可靠性。

  包括A-GPS在内的多项技术打破了在毫微微蜂窝基站中使用GPS的限制。然而,我们还需要有效的A-GPS接收机功能测试,以便为服务提供商提供信心,并确保A-GPS运行不会干扰蜂窝电话通话。装有GPS专用软件的E4438CESG信号发生器与Agilent8960无线通信测试仪结合使用,可以执行所需的功能测试,以满足服务提供商确保无干扰的要求(如图3所示)。

图3本图显示了在构建移动设备A-GPS功能测试系统时所需要的连接。8960和E4438C通过GPIB连接到PC控制器。被测件则通过8960和E4438C射频端口连接的天线耦合至仪器中

  总结

  由于GPS在毫微微蜂窝基站系统中的作用越来越重要,GPS或A-GPS接收机性能验证变得十分关键。高性能射频信号源(例如E4438C)能够轻松仿真GPS信号,因此可以极其灵活地创建精确的可重复测试环境,以评测毫微微蜂窝基站中使用的GPS接收机。

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