Testy czułości odbiornika

Opublikowano w Applications

Ważnym elementem testów odbiorników GPS jest badanie czułości odbiornika. Głównie badane są wrażliwość na odbiór (acquisition sensitivity) oraz śledzenie sygnałów (tracking sensitivity). Zazwyczaj moc sygnału RF odbierana przez antenę na powierzchni Ziemi wynosi pomiędzy -125dBm i -150dBm, w zależności od czynników środowiskowych.

Aby otrzymać tak niską moc sygnału RF-out w LabSat, wymagane jest wykorzystanie pasywnego tłumienia. Dzięki temu sygnał jest obniżony do wymaganego poziomu praktycznie bez dodatkowego szumu. Użytkownik musi dostosować wartości tłumienia do testowanego urządzenia. Przyjmuje się, że dwa tłumiki po 20dB każdy (w sumie 40dB) dadzą zakres mocy RF około -125 do -155dBm.

Chociaż nagrany przez użytkownika sygnał RF może być wykorzystany do badań czułości (anten, odbiorników), to jednak w takich przypadkach zaleca się wykorzystanie sztucznych sygnałów, wygenerowanych przez oprogramowanie SatGen. Jest tak dlatego, że SatGen tworzy "czysty" sygnał GNSS o stałym stosunku sygnału do szumu (C/NO). Scenariusz nagrany przez użytkownika w rzeczywistych warunkach będzie zawierał wiele dodatkowego szumu, przez co porównania będą utrudnione.

sensitivity-testing

Rysunek: Przykłady poziomu mocy sygnału GPS RF wygenerowanego przez SatGen. Zakres -85dBm do -115dBm odpowiada standardowemu zakresowi LabSat.

Wykorzystując "suwak" tłumienia sygnału dostępny w LabSat3 w trakcie odtwarzania scenariusza, można zmieniać moc sygnału RF-out w zakresie -85dBm do - 115dBm.

Ze względu na to, że zakres -85 do -115dBm mieści się powyżej poziomu szumów tła, sygnał GPS będzie zawsze widoczny dla odbiorników, natomiast mierzony przez nie poziom C/NO (dBHz) będzie charakteryzował się niewielką korelacją z ewentualnym tłumieniem sygnału. Pewne osłabienie C/NO będzie widoczne przy zmianie poziomu sygnału RF, ale nie będzie ono miało charakteru liniowego.

Dodanie zewnętrznego tłumika 40dB na wyjściu z urządzenia LabSat, zredukuje moc RF z poziomu ok. -125dBm do -155dBm. Zakres ten jest zgodny z poziomem RF obserwowanym przez anteny GPS w typowych warunkach i jest poniżej poziomu szumu tła. Tym sposobem osłabienie sygnału RF ma charakter liniowy i daje większą możliwość kontroli C/NO.

sensitivity-table

Powyższa tabela prezentuje wartości C/NO zmierzone przez odbiornik UBLOX GPS z wykorzystaniem różnych tłumików. Dla wskazanych wartości zewnętrznego tłumienia, pokazane są wyniki przy zmianie RF co 5dB.

Ponadto tabela pokazuje, że liniowość zmian wartości poziomu sygnału do szumu wzrasta po zastosowaniu dodatkowego tłumienia. Jednakże jego zastosowanie znacznie ponad 40dB, ogranicza przydatność "suwaka" zastosowanego w urządzeniu.

U-centre

Zrzut ekranu po lewej prezentuje okno programu UBLOX U-Center z przykładową wiadomością GPGSV NMEA, z informacją o C/NO dla każdej satelity.

Testowano urządzenie UBLOX TIM-LA z następującymi założeniami:

  • LabSat
  • Scenariusz statyczny wygenerowany w SatGen
  • 2 x 20dBm tłumiki (Minicircuits VAT-20W2)

Według specyfikacji technicznej UBLOX TIM-LA charakteryzuje się czułością odbioru na poziomie -138dBm i czułością śledzenia na poziomie -146dBm. Uwzględniając powyższe informacje dokonano pomiarów:

  Specyfikacja techniczna UBLOX Uzyskane w LabSat
Odbiór -138 dBm -138 dBm
Śledzenie -146 dBm -147 dBm

Wartości obliczone w LabSat uzyskano na podstawie pomiarów z wykorzystaniem analizatora widma (bez tłumienia na porcie). Aby otrzymać przewidywaną moc RF, do zmierzonej przez analizator wartości dodano 40dB (dodatkowy tłumik) oraz odpowiednią wartość z suwaka.

Jak widać w stosunkowo prosty sposób można badać czułość odbiorników z wykorzystaniem analizatora widma. W rzeczywistości zaleca się aby użytkownik korzystał z dedykowanego narzędzia pomiaru mocy sygnału radiowego, aby zapewnić bardziej dokładny odczyt uwzględniający wpływ kabli i prawdziwego oporu tłumika w pomiarach.