ＧＰＳ手機亟需用先進技術加快測試

摘要：GPS手機的全球出貨量將在未來4年內翻一番以上。在移動手機設計過程中，測試工程師面對的巨大挑戰在于減輕完成測試任務面，臨的時間和成本壓力，因此，GPS手機市場的發展亟需用先進技術來加快研發和生產過程的測試。

關鍵詞：GPS；導航；移動手機；GPS手機；測試

GPS手機市場亟需先進技術加快測試

據市場調查公司ABI Research預測，全球導航設備的出貨量從2007年到2012年將持續增長，年均復合增長率(CAGR)達到22.5％。該公司的預測指出，到2012年，具有GPS功能的PDA及智能手機的出貨量將占全球所有導航設備出貨量的23％。另據臺灣省工研院(IEK)預測，在2011年，GPS手機出貨量占全球手機出貨的比例將從2007年的12.5％增長到2011年的30％，這就是說，GPS手機的全球出貨量將在未來4年內翻一番以上(圖1)。

目前，GPS功能一般采用兩種方式嵌入到手機之中：1 采用GPS模塊解決方案；2 采用GPS芯片組解決方案。業內專家認為，用芯片組的GPS手機的設計周期通常是12～18個月，而模塊解決方案要3N4個月。原因在于GPS是一種低噪射頻技術，對干擾的控制和正確的天線設計是設計公司面臨的最大挑戰，而解決問題的關鍵是掌握GPS設備的先進測試技術。本文以Aeroflex和RohdeSchwarz兩家公司的測試解決方案為例，說明GPS測試技術的最新趨勢。

現有GPS測試技術及其面臨的挑戰

傳統上，任何手機的性能驗證都高度依賴基于參考網絡的現場測試。這種方法的主要缺點在于：成本高；耗時；因測試環境的特征不可控，現場測試可能產生不確定和可變的測試結果。此外，現場測試無法嚴格地重復，因此，難以直接進行比較。

在實際的現場環境中，由于存在路徑損耗，特別是多徑或反射信號的影響，手機及其GPS傳感器易于受到信號惡化的影響。因此，人們提出利用仿真測試作為一種替代方案，解決現場弱GPS信號環境下面臨的測試問題。通過對衛星星座的運動及手機用戶進行建模，GPS仿真器能夠精確地復制空間中GPS衛星的信號，在建模過程中，要求對信號的惡化以及達不到標準的位置(市內、峽谷、停車庫等等)進行接近實際的建模。此外，測試必須在許多仿真位置進行，每一種位置環境都應該具備隨機分布的多徑環境。

對多徑效應建模之后，GPS仿真器提供可重復和可控的測試環境，具備了一致和同時地產生大量衛星信號的能力。這種能力包括生成多徑效應，這就需要多徑仿真模型考慮天線上信號的到達角，以解決反射信號直接進入RF前端與直接接收的信號混合之后產生的誤碼。這種方法要求工程師根據用戶預訂的準則，在特定時間的可視星座的子集上手工選擇與其反射相關的衛星信號。

在移動手機設計過程中，上述方法對仿真器的使用者—測試工程9幣來說，面臨巨大的挑戰。為了減輕完成測試任務面臨的時間和成本壓力，新的測試方法要求通過為每一個測試從預先定義的環境中選擇一個數據庫，從而自動地定義信號條件以快速完成測試。

本文說明利用專用的實驗室儀器和測試工具，可以取代傳統的現場測試以及復雜的仿真器設置，這些工具能夠提供有代表性、可重讀及可控的測試環境。

Aeroflex解決方案

Aeroflex在2007年初發布了一種用于測試具有A-GPS功能手機的全集成解決方案。該解決方案基于業已取得成功及證明的Aeroflex 6103 AIME及6103 AIME/CT手機測試系統。通過在實驗室中實現A-GPS測試，解決了具有A-GPS的手機在快速開發及達標性測試方面的要求，取消了昂貴的現場測試，縮短了產品的上市時間。這種解決方案的設計能夠支持A-GPS設備從最初的研發到達標性測試的整個開發周期的要求。

Aeroflex 6103 AIME and AIME/CT測試平臺提供全GSM/(E)GPRS和NUMA/GAN網絡仿真，與用于開發及達標性測試的軟件一道，為工程師觀察依賴仿真無線網路工作的手機的行為而提供了完美的解決方案。為了創造這種A-GPS手機測試方案，Aeroflex在6103 AIME和AIME/CT平臺上完全集成了Navigation Laboratories的12通道NLC-L1-AGPS星座仿真器，這種仿真器被全球的航空電子、國防及空間應用領域廣泛采用，但是，在無線市場被Aeroflex獨家用于A-GPS測試，其中，仿真了整個24顆衛星構成的GPS星座，并對所有相關的GPS衛星及交通工具進行了高性能的建模，從而為開發和測試A—GPS設備提供了一個完整的環境。

Aeroflex A-GPS移動手機測試解決方案支持基于MS和MS輔助的定位方法以及傳統的GPS，從而為被測單元的偽距離及緯度／經度位置響應進行分析。對RRLP消息的支持容許針對控制層，對標準的A-GPS呼叫流位置請求進行仿真。對于用戶層，它提供支持TCP/IP和SUPL(安全用戶層)的能力。對GPS接收機進行RF最小性能測試也是關鍵的測試要求。Aeroflex目前參與了3GPP GERAN會議，因為最小性能測試規范正在開發之中。

它的實例測試腳本包括對具有RRLP消息的協議結構的每一層的訪問，以及定義任何RRLP協議消息的能力，甚至在沒有符合測試誤碼條件的消息的情況下。通過AIME系統發送并通過控制層或用戶層傳輸到移動終端，自動輔助數據由GPS仿真器生成，而不需要手工的干預。

Aeroflex 6103 AIME A-GPS手機測試系統能夠被方便地升級到6103 AIME/CT系統，讓測試工程9幣能夠按照3GPP TS51.010第70部分所列的情形執行有效的達標性測試。在GPS設備開發的后期，達標性測試是必需的，目的是驗證實現方案是否完全符合3GPP標準的要求，然后，送往第三方的測試實驗室進行正式的認證。測試結果之后被呈送到GSM/W-CDMA設備的兩個主要的認證論壇—GCF和PTCRB。這就讓終端制造商能夠進入強制要求使用經認證的終端的北美市場，并讓制造商能夠在其它地方的終端銷售中保持較高的利潤。

該系統目前支持在GCF操作項目16和PTCRB RFT 34這兩者的TS51.010中列出的全部33個A-GPS測試案例。在今年年底以前，6103 AIME/CT+NavigationLaboratories的GPS衛星仿真器將正式確認并呈交到GCF/PTCRB平臺69上。

RohdeSchwarz的解決方案

RohdeSchwarz目前提供一種新的固件，以升級其RSSMx-K44GPS選件，這種固件可以免費從互聯網上下載。利用經升級的GPS選項，RS SMU200A、RSSMATE200A和RS SMJ100A信號發生器現在就能夠為每一個基帶提供可能來自多達4顆衛星的動態GPS信號。連接到終端設備上的GPS接收機因此能夠實現定位功能。在GPS終端設備及模塊上，RS SMx-K44選項提供執行位置測試的能力。經升級的選項還提供標準定義的P代碼，該代碼是精確定位服務所使用的代碼，從而使較高精度的定位成為可能，并專門保留給特殊的民用和軍用設備。

RS SMx系列的信號發生器可以根據每一個用戶的每一次需要進行嚴格的裁剪。RS SMU200A—具有兩個可選路徑—特別適合于研發用途；RS SMATE200A是一種自動測試設備，能夠滿足生產線上對極短設置時間的要求。RS SMJ100A是具有良好信號質量和靈活的基帶的多用途儀器，在研發及生產中均可使用。

RS SMx系列型號發生器在“Localization”模式下，還能夠從運動的衛星產生GPS信號，并執行功能性以及“Go/NoGo”測試。這些信號被實時快速計算并容許在各個設置之間進行快速切換。在“Genetic”模式下，RSSMU200A和RSSMATE200A為實現RF接收機測試，從多達8顆運動的衛星提供GPS信號；在RS SMJ100A的情形下，從多達4顆這樣的衛星提供GPS信號。

對于移動電話制造商來說，要高度關注GPS選項固件升級之后的一系列可用的增強功能。移動無線電用戶目前需要的就是通過定位服務提供附近酒店或餐廳的信息，因此，網絡運營商和移動電話制造商樂于為消費者提供手機GPS定位的功能。為了做到這一點，他們必須以動態GPS信號為手段來測試他們的GPS模塊。

除了GPS信號之外，RohdeSchwarz提供的方案不需要額外的設備，這些選件提供了完整的GSM和WCDMA測試能力。因此，在移動射頻模塊上的測試不需要采用額外的信號發生器。

結語

目前，美國的全球定位系統(GPS)已經面臨來自俄羅斯的GLONASS、歐盟的伽利略以及中國的北斗衛星定位系統的挑戰。與此同時，隨著WiMAX在手機的應用，在GPS手機設計過程中，將面臨更多的RF測試挑戰和更復雜的射頻環境，導航手機的信噪比測試將是下一個嚴峻的挑戰，現有的測試解決方案將不斷演進，仍然值得中國GPS手機設計和制造行業繼續關注，目的是縮短測試時間并加快產品的上市步伐。