Empfindlichkeitsprüfung des Empfängers

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Ein wichtiger Faktor beim GPS-Testen ist die Empfindlichkeit des Empfängers. Die Haupttestbereiche sind Erfassungsempfindlichkeit und Verfolgungsempfindlichkeit. Üblicherweise liegt der RF-Leistungspegel, der von einer Antenne am Boden empfangen wird, abhängig von Umweltfaktoren zwischen -125 dBm und -150 dBm.

Um in diesem Bereich sehr niedrige RF-Leistungspegel zu generieren, ist es notwendig, externe, passive Dämpfungsglieder zu verwenden, um das Ausgabesignal von LabSat abzuschwächen. Auf diese Art und Weise wird der Signalpegel mit minimaler zusätzlicher Verzerrung in den erforderlichen Bereich abgesenkt. Tatsächliche Dämpfungswerte sollten vom Benutzer festgelegt werden, um zum zu testenden Equipment zu passen; Folgendes kann jedoch als Orientierungshilfe dienen: Zwei in Reihe geschaltete 20 dB-Dämpfungsregler (insgesamt 40 dB) ergeben einen RF-Leistungsbereich von etwa -125 bis -155 dBm.

Auch wenn ein vom Benutzer aufgezeichnetes Signal auf diese Weise zum Testen verwendet werden kann, ist die empfohlene Methode, eine computergenerierte Situationsdatei zu verwenden, die mit Hilfe der SatGen-Software erstellt wurde. Diese Methode wird deshalb empfohlen, weil die mit SatGen erstellte Datei ein „reines" GPS-Signal mit konstantem Verhältnis von Signal zu Verzerrung enthält. Ein vom Benutzer aufgezeichnetes Szenario wird zusätzliche Verzerrung enthalten, die beim Aufzeichnen vorhanden war, und wird außerdem ein beständig wechselndes Signal-zu-Verzerrung-Verhältnis haben, was einen Vergleich schwer macht.

sensitivity-testing

Abbildung oben: Beispiele von RF-Leistungspegelausgängen bei Verwendung eines durch SatGen erstellten GPS-Signals. Der Bereich -85 dBm bis -115 dBm entspricht dem Standard-LabSat-Ausgabebereich.

Indem der Dämpfungsregler während der Wiedergabe angepasst wird, kann der RF-Leistungsausgabepegel von -85 dBm auf -115 dBm gesenkt werden.

Allerdings ist das GPS-Signal immer für den GPS-Empfänger sichtbar, da der Bereich von -85 bis -115 dBm über dem Pegel der Hintergrundverzerrung liegt, weshalb der gemessene C/NO dBHz-Pegel nur wenig im Zusammenhang mit der Dämpfungsregelung steht. Eine Absenkung bei C/NO ist erkennbar, wenn der LabSat-RF-Pegel vermindert wird, aber es handelt sich hierbei nicht um eine lineare Absenkung.

Indem man der LabSat-Signalausgabe 40 dB an externer Dämpfung hinzufügt, reduziert man die RF-Leistung auf einen Bereich von etwa -125 dBm bis -155 dBm. Dieser Bereich entspricht der RF-Leistung, die eine GPS-Antenne empfängt, wenn man im Freien ist und die unter den Pegel der Hintergrundverzerrung fällt. Indem man die Signalstärke auf diese Art und Weise absenkt, ist eine linearere Kontrolle von C/NO möglich.

sensitivity-table

Vorstehende Tabelle zeigt die C/NO-Werte, die unter Verwendung verschiedener externer Dämpfungsglieder von einer UBLOX-GPS-Engine am LabSat-Signalausgang gemessen wurden. Für jeden externen Dämpfungswert verändert sich der LabSat-RF-Pegel in Schritten von 5dB.

Die Tabelle zeigt, dass sich die Linearität der Signal-zu-Verzerrung-Regelung verbessert, wenn die externe Dämpfung erhöht wird. Der nutzbare Reglerbereich wird jedoch reduziert, wenn eine externe Dämpfung verwendet wird, die 40 dB weit übersteigt.

U-centre

Der obere Screenshot zeigt einen Beispielausgabewert aus der UBLOX-U-Center-Software. Die GPGSV-NMEA-Mitteilung ist aktiviert, um den C/NO-Pegel für jeden Satelliten anzuzeigen.

Ein UBLOX-TIM-LA-Gerät wurde mit folgendem Aufbau getestet:

  • LabSat
  • Statisches Szenario, generiert mit SatGen
  • 2 x 20dBm Dämpfungsglied (Minicircuits VAT-20W2)

Das UBLOX-Datenblatt gibt für TIM-LA eine Erfassungsempfindlichkeit von -138 dBm und eine Verfolgungsempfindlichkeit von -146 dBm an. Mit vorstehend aufgelistetem Aufbau wurden die folgenden Werte gemessen:

  UBLOX-Datenblatt Normalmodus LabSat berechnete
Erfassung -138 dBm -138 dBm
Verfolgung -146 dBm -147 dBm

Der von LabSat errechnete Wert wurde unter Verwendung eines Spektrumanalysators durch eine Basislinienmessung des ungedämpften LabSat-Ausgangssignals erreicht. Der gemessene Wert wurde zu den 40 dB der externen Dämpfung und dem Reglerwert addiert, um die geschätzte RF-Leistung zu ergeben.

Wie man sehen kann ist mittels einer relativ plumpen Kalibrierung mit einem Spektrumanalysator eine gute Annäherung an die Empfängerempfindlichkeit möglich. In der Praxis ist es jedoch empfehlenswert, dass der Benutzer einen geeigneten RF-Leistungsmesser verwendet, um ein genaueres Ergebnis zu erhalten und Toleranzen bei Kabeln und Dämpfungsleistung mit einzubeziehen.