GPS 接收器测试

1) 将 VSG 程序设计为+15 dBm 功率强度

可开启 Measurement and Automation Explorer (MAX) 并使用测试面板。透过测试面板以 +15 dBm 产生 1.58 GHz 连续波 (CW) 讯号。

2) 以高精确度的功率计量测 RF 功率

使用 RF 功率计，让功率达到仪器功率精确度规格的 +14.78 dBm (或近似值) 之内。

3) 附加 70 dB 固定式衰减器(30 dB + 20 dB + 20 dB) 与任何必要的连接线

4) 以高精确度的功率计量测 RF 功率

将功率计设定为最大平均值 (512)，以量测 RF 功率强度。此处的读数为 -56.63 dBm。

5) 计算 RF 总耗损

若以 +14.78 dBm 减去 -56.63 dBm，即可在整合了衰减器与连接线之后，确保产生 71.41 dB 的功率耗损。请注意，多款衰减器往往具备最高 ± 1.0 dB 的不确定性。因此量测所得的衰减可能最高达 ± 3.0 dB 的变化。所以校准衰减器更显重要，确保已知衰减可达较低的不确定性。

根据衰减器与连接线的校准例程，即可确定所需的 RF 功率强度必须达到 -136 dBM。基于前述的 71.41 dB 衰减，必须将 RF 向量讯号产生器设定为 -58.59 dBm 的功率强度。若要确认程序设计过后的功率无误，则可依下列步骤进行：

6) 直接将功率计附加至 RF 向量讯号产生器

并移除所有的衰减器与连接线。

7) 将 RF 产生器设定必要数值，使其最后功率达到-136 dBm。

而程序设计的数值应为 -58.59 dBm，即由 -136 dBm + 71.41 dB 而得。

8) 以功率计量测最后功率。

请注意，所测得的 RF 功率，将因仪器的功率精确度而有所不同。即使测得 -58.59，则实际结果亦将因仪器的不确定性而产生些许变化。

9) 调整产生器功率直到功率计读出-58.59 dBm

虽然 RF 产生器可于一定的容错范围内进行作业，但此数值不仅具有可重复性，亦可调整 RF 功率计进行校准，直到得出合适的数值为止。

透过上述方法，仅需 3 项 RF 功率量测作业，即可决定所需的 RF 功率。因此，假设量测装置具有 ± 0.2 dB 的不确定性，则可得出 – 136 dBm 的功率不确定性将为 ± 0.6 dBm (3 x 0.2)。

Part B：敏感度量测

现在校准 RF 量测系统的功率之后，接着仅需进行 RF 产生器的程序设计，将功率强度设定足以让接收器回传最小的 C/N。虽然用于量测敏感度的 RF 功率将因接收器而有所不同，但是接收器C/N 与 RF 功率的比值，将呈现完美的线性关系。在我们的测试中，可假设所需的 C/N 为 28 dB-Hz 以进行定位。透过等式 12，即可得出接收器 C/N 比值与噪声指数之间的关系。

等式 14. C/N 做为噪声指数与卫星功率的函式

假设卫星功率稳定，则可发现由接收器回报的 C/N 比，几乎就等于接收器的噪声指数函式。下表显示可达到的多样 C/N 比值。

表6. C/N 为噪声指数的函式

一般来说，接收器上的GPS译码芯片组，将得出定位作业所需的最小 C/N 比值。然而，又必须透过整组接收器的噪声指数，才能决定目前功率强度所能达到的 C/N 比值。因此，当量测敏感度时，必须先了解定位作业所需的最小 C/N 比值。

其实有多种方法可量测敏感度。如上表所示，RF 功率与敏感度具有直接相关性。因此，可根据现有的敏感度功率强度，量测接收器的 C/N 比值;亦可根据不同的 RF 功率强度，得出系统敏感度。

为了说明这点，则可注意 RF 讯号功率与GPS接收器 C/N 比值，在不同功率强度之下的关系。下方量测作业所套用的激发，即忽略了第一组 LNA 而进行，且接收器的整体噪声指数约为 8 dB。而表7 显示相关结果。

表7. 接收器的 C/N 比值为 RF 功率的函式

如表7 所示，此量测范例的 RF 功率与 C/N 比值，几乎是呈现完整的线性关系。而若使用高输入功率模拟 C/N 比值，将产生例外情况;接收器报表将出现可能的最大 C/N 值。然而，因为在任何条件下，进行实验的芯片组均不会产生超过 54 dB-Hz 的 C/N 值，所以这些结果均属预期范围之中。

根据表6中所示 RF 功率与敏感度之间的线性关系，其实仅需针对接收器模拟不同的功率强度，即可进行GPS接收器的生产测试作业。若接收器在 -142 dBm 得出 28 dB-Hz 的 C/N 值，则亦可于 -136 dBm 得到 34 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。