GPS助力毫微微蜂窩基站發展

毫微微蜂窩基站是專為家庭或小型企業環境中室內應用設計的小型低功率基站。此類基站的技術正在逐步成熟，已接近商業化部署，因此有望在未來數年內取得突飛猛進的增長。事實勝于雄辯。移動運營商Sprint在2008年率先推出了使用商用毫微微蜂窩基站的服務，掀開了毫微微蜂窩基站商業應用的大幕。著名行業研究機構In-Stat預計2011年全球將會安裝超過4千萬個毫微微蜂窩基站，用戶總數將達到1.015億。隨著市場應用的增加，用戶對毫微微蜂窩基站產品的需求也將隨之增長，例如集成發射機、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重要性逐步增加的元器件，支持E911緊急呼叫定位輔助、計時和頻率輔助，可以提供系統時鐘和定位許可功能（如圖1所示）。

圖1裝有GPS的典型毫微微蜂窩基站系統

　　隨著GPS與毫微微蜂窩基站的融合，GPS功能驗證成為了一項越來越重要的工作。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射頻衛星仿真來完成。E4438C是一個高性能、通用射頻信號源，不僅能夠生成GPS信號，還能創建與毫微微蜂窩基站有關的其他無線標準（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、無線接入點或家用基站可以插入客戶的寬帶連接，并利用VoIP路由呼叫。這樣能夠為客戶提供更好的通話質量和更快的數據連接，還支持服務提供商擴大室內服務覆蓋，尤其接入受限或無接入區域的服務覆蓋。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體驗，因此推動了移動數據服務的引入。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時定位和計時信息。GPS可借助由美國國防部開發的全球導航衛星系統（GNSS）獲取此類信息，而且能夠使毫微微蜂窩基站變得智能化，僅在網絡運營商獲得許可的地區應用，避免對現有基礎設置造成干擾。

　　GPS的運行依賴于由24至32個軌道衛星組成的星座，能夠在全球任何地方、任何時間觀測到至少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可見衛星的信號傳輸時間，并根據這個時間來計算與每個衛星的距離。GPS接收機使用至少4顆GPS衛星的信號來計算自身位置；確定經度、緯度、海拔和時間，隨后確定GPS接收機的實際位置。

　　GPS測試要求

　　GPS需要進行接收機性能驗證以測試其功能，并客觀評測GPS集成電路的性能。驗證過程需要在一個便于精確重復測試的可控環境中進行。一般情況下，使用通過天線接收到的實際GPS衛星信號無法提供這樣的環境。不過，使用標準級RF信號發生器生成的實時GPS信號仿真，可以為建立已校準的可重復測試環境提供一個良好的起點。

　　E4438CESG矢量信號發生器可以使用GPS專用軟件生成GPS信號，該軟件根據預配置情景文件能夠生成多達8種實時GPS衛星信號（如圖2所示）。這個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）

　　*仿真實際情景

　　*實時衛星數據（與發送多普勒頻移和導航信息的衛星保持同步）

　　*可調整的可見衛星數量（1～8顆）

　　*使用SCPI命令自動生成信號

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。

　　*首次定位時間（TTFF）：GPS接收機從開機（接通電源）到通過仿真獲得第一個有效的3D導航數據點之間間隔的時間。GPS接收機TTFF測量可能包括冷啟動、溫啟動和熱啟動配置。

　　*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間。

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

　　其他測試要求

　　在毫微微蜂窩基站中使用GPS會面臨多種挑戰。首先，GPS在住宅區/市區環境中的穩定性相對較差。其次，如果傳輸時間與頻率調諧不精確，毫微微蜂窩基站會干擾其他基站和宏網絡。輔助GPS（A-GPS）針對這類疑難提供了解決方案。它可以通過蜂窩式通信信道向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，以便為服務提供商提供信心，并確保A-GPS運行不會干擾蜂窩電話通話。裝有GPS專用軟件的E4438CESG信號發生器與Agilent8960無線通信測試儀結合使用，可以執行所需的功能測試，以滿足服務提供商確保無干擾的要求（如圖3所示）。

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

　　總結

　　由于GPS在毫微微蜂窩基站系統中的作用越來越重要，GPS或A-GPS接收機性能驗證變得十分關鍵。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建精確的可重復測試環境，以評測毫微微蜂窩基站中使用的GPS接收機。