使用真实数据来测试GPS接收机

一旦可记录设备的RF前端设置完，你可以通过一个L1频段上的基本RF频谱测量方法来对系统进行简单的测试。如将RF信号分析仪配置成中心频率为1.57542 GHz、带宽为4 MHz。注意天线应该放置在有着清晰的空中视野的环境中。GPS粗捕获码信号占用了1MHz带宽，因此需要更宽的带宽来显示该信号的频谱。此外，因为此时的信号功率很小，需要一个带有低RF参考值（-50dBm）的窄带解决方案。通过配置20个10Hz的窄带宽，GPS卫星可以清晰地显示在噪声门限上。图2显示了带有总增益60dB的RF频谱。

图2：GPS在一个窄带解决方案中的频谱图。

图2显示出在频率1.57542 GHz处，有一个小“凸点”。该凸点是空中GPS信号，这意味着RF前端信号已经正确的配置过了。现在，RF前端配置完，接下来是进行连续的IQ采集。通过连接大型的存储容量，经典的RF可记录系统可以连续捕获GPS波形长达25小时。

使用记录下的GPS信号进行实验

RF记录和回放方法的最大好处之一是，你可以使用这些现实的数据来测试接收机。此外，你可以观察一个接收机是如何对同一环境条件下的重复反应。在下面的实验中，我们观察GPS接收机如何对相同的GPS记录下的波形进兵不同的10次回放反应。实验中的接收机的具体型号是SiRFstar III芯片组。所有接收机的信息通过串联RS232接口进行上报主机，其存储的格式为NMEA-183。

使用可记录GPS信号进行的一个实验是，不断观察信号强度和位置间的关系。为了观察到这个关系，我们计算了10个试验中每个试验的经度和纬度的标准方差。如果卫星的该数据能够影响位置精度和可重复性，我们将会看到该方差会随着卫星淡出视野而增大。例如，可以使用4个最高卫星的的平均载干比作为刻画信号条件的量度。为了访问NMEA-183数据，你还可以跟踪HDOP以及在视野中的卫星个数。不过，在图3中，存在一个信号强度和位置可重复性间的强烈相关性。

图3：位置精度和载干比间的关系。

不同试验的峰值偏差发生在时间为120秒时。在这一时刻标准方差大约为2米，而其他时间里，该方差要远远小于1米。标准方差的跳变与四个最高卫星强度45 dB-Hz降到41dB-Hz现象同时发生。此外，位置的标准方差直接与卫星的载干比相关，而与移动速度没有太多联系。

以上的试验突出了环境因素对接收机性能的影响。非常可能的是，当视野中出现卫星的个数突然下降时，接收机会迅速作出反应。无论哪种方式，该试验可以当作是一种对GPS记录波形的例子分析。现实环境中，RF信号是存在硬盘中，你可以在未来的某个时候进行与上述形似的试验分析。

尽管对接收机在部署环境中如城市峡谷进行驱动测试是非常普遍的，RF记录和回放系统已经成为了一种验证RF接收机的新型解决方案。正如本文所讲的，精心选择记录设备的RF前端，可以保证信号被捕获而没有引入显著的损耗与失真。最后，通过记录GPS波形，你可以进行广泛的试验。因为这些记录的数据可以帮助你产生可重复的RF信号，因此很容易观察到接收机在同样的RF环境条件下是如何作出反应的。

参考文献

[1] Gu, Quzheng, 无线通信中的收发器RF系统设计, Springer, 2005。