ＧＰＳ手機(jī)亟需用先進(jìn)技術(shù)加快測(cè)試

摘要：GPS手機(jī)的全球出貨量將在未來4年內(nèi)翻一番以上。在移動(dòng)手機(jī)設(shè)計(jì)過程中，測(cè)試工程師面對(duì)的巨大挑戰(zhàn)在于減輕完成測(cè)試任務(wù)面，臨的時(shí)間和成本壓力，因此，GPS手機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展亟需用先進(jìn)技術(shù)來加快研發(fā)和生產(chǎn)過程的測(cè)試。

關(guān)鍵詞：GPS；導(dǎo)航；移動(dòng)手機(jī)；GPS手機(jī)；測(cè)試

GPS手機(jī)市場(chǎng)亟需先進(jìn)技術(shù)加快測(cè)試

據(jù)市場(chǎng)調(diào)查公司ABI Research預(yù)測(cè)，全球?qū)Ш皆O(shè)備的出貨量從2007年到2012年將持續(xù)增長(zhǎng)，年均復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)達(dá)到22.5％。該公司的預(yù)測(cè)指出，到2012年，具有GPS功能的PDA及智能手機(jī)的出貨量將占全球所有導(dǎo)航設(shè)備出貨量的23％。另據(jù)臺(tái)灣省工研院(IEK)預(yù)測(cè)，在2011年，GPS手機(jī)出貨量占全球手機(jī)出貨的比例將從2007年的12.5％增長(zhǎng)到2011年的30％，這就是說，GPS手機(jī)的全球出貨量將在未來4年內(nèi)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(jī)之中：1 采用GPS模塊解決方案；2 采用GPS芯片組解決方案。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，用芯片組的GPS手機(jī)的設(shè)計(jì)周期通常是12～18個(gè)月，而模塊解決方案要3N4個(gè)月。原因在于GPS是一種低噪射頻技術(shù)，對(duì)干擾的控制和正確的天線設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)公司面臨的最大挑戰(zhàn)，而解決問題的關(guān)鍵是掌握GPS設(shè)備的先進(jìn)測(cè)試技術(shù)。本文以Aeroflex和RohdeSchwarz兩家公司的測(cè)試解決方案為例，說明GPS測(cè)試技術(shù)的最新趨勢(shì)。

現(xiàn)有GPS測(cè)試技術(shù)及其面臨的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)上，任何手機(jī)的性能驗(yàn)證都高度依賴基于參考網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。這種方法的主要缺點(diǎn)在于：成本高；耗時(shí)；因測(cè)試環(huán)境的特征不可控，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試可能產(chǎn)生不確定和可變的測(cè)試結(jié)果。此外，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試無法嚴(yán)格地重復(fù)，因此，難以直接進(jìn)行比較。

在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，由于存在路徑損耗，特別是多徑或反射信號(hào)的影響，手機(jī)及其GPS傳感器易于受到信號(hào)惡化的影響。因此，人們提出利用仿真測(cè)試作為一種替代方案，解決現(xiàn)場(chǎng)弱GPS信號(hào)環(huán)境下面臨的測(cè)試問題。通過對(duì)衛(wèi)星星座的運(yùn)動(dòng)及手機(jī)用戶進(jìn)行建模，GPS仿真器能夠精確地復(fù)制空間中GPS衛(wèi)星的信號(hào)，在建模過程中，要求對(duì)信號(hào)的惡化以及達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的位置(市內(nèi)、峽谷、停車庫(kù)等等)進(jìn)行接近實(shí)際的建模。此外，測(cè)試必須在許多仿真位置進(jìn)行，每一種位置環(huán)境都應(yīng)該具備隨機(jī)分布的多徑環(huán)境。

對(duì)多徑效應(yīng)建模之后，GPS仿真器提供可重復(fù)和可控的測(cè)試環(huán)境，具備了一致和同時(shí)地產(chǎn)生大量衛(wèi)星信號(hào)的能力。這種能力包括生成多徑效應(yīng)，這就需要多徑仿真模型考慮天線上信號(hào)的到達(dá)角，以解決反射信號(hào)直接進(jìn)入RF前端與直接接收的信號(hào)混合之后產(chǎn)生的誤碼。這種方法要求工程師根據(jù)用戶預(yù)訂的準(zhǔn)則，在特定時(shí)間的可視星座的子集上手工選擇與其反射相關(guān)的衛(wèi)星信號(hào)。

在移動(dòng)手機(jī)設(shè)計(jì)過程中，上述方法對(duì)仿真器的使用者—測(cè)試工程9幣來說，面臨巨大的挑戰(zhàn)。為了減輕完成測(cè)試任務(wù)面臨的時(shí)間和成本壓力，新的測(cè)試方法要求通過為每一個(gè)測(cè)試從預(yù)先定義的環(huán)境中選擇一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而自動(dòng)地定義信號(hào)條件以快速完成測(cè)試。

本文說明利用專用的實(shí)驗(yàn)室儀器和測(cè)試工具，可以取代傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及復(fù)雜的仿真器設(shè)置，這些工具能夠提供有代表性、可重讀及可控的測(cè)試環(huán)境。

Aeroflex解決方案

Aeroflex在2007年初發(fā)布了一種用于測(cè)試具有A-GPS功能手機(jī)的全集成解決方案。該解決方案基于業(yè)已取得成功及證明的Aeroflex 6103 AIME及6103 AIME/CT手機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。通過在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)A-GPS測(cè)試，解決了具有A-GPS的手機(jī)在快速開發(fā)及達(dá)標(biāo)性測(cè)試方面的要求，取消了昂貴的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，縮短了產(chǎn)品的上市時(shí)間。這種解決方案的設(shè)計(jì)能夠支持A-GPS設(shè)備從最初的研發(fā)到達(dá)標(biāo)性測(cè)試的整個(gè)開發(fā)周期的要求。

Aeroflex 6103 AIME and AIME/CT測(cè)試平臺(tái)提供全GSM/(E)GPRS和NUMA/GAN網(wǎng)絡(luò)仿真，與用于開發(fā)及達(dá)標(biāo)性測(cè)試的軟件一道，為工程師觀察依賴仿真無線網(wǎng)路工作的手機(jī)的行為而提供了完美的解決方案。為了創(chuàng)造這種A-GPS手機(jī)測(cè)試方案，Aeroflex在6103 AIME和AIME/CT平臺(tái)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(guó)防及空間應(yīng)用領(lǐng)域廣泛采用，但是，在無線市場(chǎng)被Aeroflex獨(dú)家用于A-GPS測(cè)試，其中，仿真了整個(gè)24顆衛(wèi)星構(gòu)成的GPS星座，并對(duì)所有相關(guān)的GPS衛(wèi)星及交通工具進(jìn)行了高性能的建模，從而為開發(fā)和測(cè)試A—GPS設(shè)備提供了一個(gè)完整的環(huán)境。

Aeroflex A-GPS移動(dòng)手機(jī)測(cè)試解決方案支持基于MS和MS輔助的定位方法以及傳統(tǒng)的GPS，從而為被測(cè)單元的偽距離及緯度／經(jīng)度位置響應(yīng)進(jìn)行分析。對(duì)RRLP消息的支持容許針對(duì)控制層，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的A-GPS呼叫流位置請(qǐng)求進(jìn)行仿真。對(duì)于用戶層，它提供支持TCP/IP和SUPL(安全用戶層)的能力。對(duì)GPS接收機(jī)進(jìn)行RF最小性能測(cè)試也是關(guān)鍵的測(cè)試要求。Aeroflex目前參與了3GPP GERAN會(huì)議，因?yàn)樽钚⌒阅軠y(cè)試規(guī)范正在開發(fā)之中。

它的實(shí)例測(cè)試腳本包括對(duì)具有RRLP消息的協(xié)議結(jié)構(gòu)的每一層的訪問，以及定義任何RRLP協(xié)議消息的能力，甚至在沒有符合測(cè)試誤碼條件的消息的情況下。通過AIME系統(tǒng)發(fā)送并通過控制層或用戶層傳輸?shù)揭苿?dòng)終端，自動(dòng)輔助數(shù)據(jù)由GPS仿真器生成，而不需要手工的干預(yù)。

Aeroflex 6103 AIME A-GPS手機(jī)測(cè)試系統(tǒng)能夠被方便地升級(jí)到6103 AIME/CT系統(tǒng)，讓測(cè)試工程9幣能夠按照3GPP TS51.010第70部分所列的情形執(zhí)行有效的達(dá)標(biāo)性測(cè)試。在GPS設(shè)備開發(fā)的后期，達(dá)標(biāo)性測(cè)試是必需的，目的是驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)方案是否完全符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)的要求，然后，送往第三方的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行正式的認(rèn)證。測(cè)試結(jié)果之后被呈送到GSM/W-CDMA設(shè)備的兩個(gè)主要的認(rèn)證論壇—GCF和PTCRB。這就讓終端制造商能夠進(jìn)入強(qiáng)制要求使用經(jīng)認(rèn)證的終端的北美市場(chǎng)，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(rùn)。

該系統(tǒng)目前支持在GCF操作項(xiàng)目16和PTCRB RFT 34這兩者的TS51.010中列出的全部33個(gè)A-GPS測(cè)試案例。在今年年底以前，6103 AIME/CT+NavigationLaboratories的GPS衛(wèi)星仿真器將正式確認(rèn)并呈交到GCF/PTCRB平臺(tái)69上。

RohdeSchwarz的解決方案

RohdeSchwarz目前提供一種新的固件，以升級(jí)其RSSMx-K44GPS選件，這種固件可以免費(fèi)從互聯(lián)網(wǎng)上下載。利用經(jīng)升級(jí)的GPS選項(xiàng)，RS SMU200A、RSSMATE200A和RS SMJ100A信號(hào)發(fā)生器現(xiàn)在就能夠?yàn)槊恳粋€(gè)基帶提供可能來自多達(dá)4顆衛(wèi)星的動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)。連接到終端設(shè)備上的GPS接收機(jī)因此能夠?qū)崿F(xiàn)定位功能。在GPS終端設(shè)備及模塊上，RS SMx-K44選項(xiàng)提供執(zhí)行位置測(cè)試的能力。經(jīng)升級(jí)的選項(xiàng)還提供標(biāo)準(zhǔn)定義的P代碼，該代碼是精確定位服務(wù)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(shè)備。

RS SMx系列的信號(hào)發(fā)生器可以根據(jù)每一個(gè)用戶的每一次需要進(jìn)行嚴(yán)格的裁剪。RS SMU200A—具有兩個(gè)可選路徑—特別適合于研發(fā)用途；RS SMATE200A是一種自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，能夠滿足生產(chǎn)線上對(duì)極短設(shè)置時(shí)間的要求。RS SMJ100A是具有良好信號(hào)質(zhì)量和靈活的基帶的多用途儀器，在研發(fā)及生產(chǎn)中均可使用。

RS SMx系列型號(hào)發(fā)生器在“Localization”模式下，還能夠從運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星產(chǎn)生GPS信號(hào)，并執(zhí)行功能性以及“Go/NoGo”測(cè)試。這些信號(hào)被實(shí)時(shí)快速計(jì)算并容許在各個(gè)設(shè)置之間進(jìn)行快速切換。在“Genetic”模式下，RSSMU200A和RSSMATE200A為實(shí)現(xiàn)RF接收機(jī)測(cè)試，從多達(dá)8顆運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星提供GPS信號(hào)；在RS SMJ100A的情形下，從多達(dá)4顆這樣的衛(wèi)星提供GPS信號(hào)。

對(duì)于移動(dòng)電話制造商來說，要高度關(guān)注GPS選項(xiàng)固件升級(jí)之后的一系列可用的增強(qiáng)功能。移動(dòng)無線電用戶目前需要的就是通過定位服務(wù)提供附近酒店或餐廳的信息，因此，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和移動(dòng)電話制造商樂于為消費(fèi)者提供手機(jī)GPS定位的功能。為了做到這一點(diǎn)，他們必須以動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)為手段來測(cè)試他們的GPS模塊。

除了GPS信號(hào)之外，RohdeSchwarz提供的方案不需要額外的設(shè)備，這些選件提供了完整的GSM和WCDMA測(cè)試能力。因此，在移動(dòng)射頻模塊上的測(cè)試不需要采用額外的信號(hào)發(fā)生器。

結(jié)語

目前，美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPS)已經(jīng)面臨來自俄羅斯的GLONASS、歐盟的伽利略以及中國(guó)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，隨著WiMAX在手機(jī)的應(yīng)用，在GPS手機(jī)設(shè)計(jì)過程中，將面臨更多的RF測(cè)試挑戰(zhàn)和更復(fù)雜的射頻環(huán)境，導(dǎo)航手機(jī)的信噪比測(cè)試將是下一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的測(cè)試解決方案將不斷演進(jìn)，仍然值得中國(guó)GPS手機(jī)設(shè)計(jì)和制造行業(yè)繼續(xù)關(guān)注，目的是縮短測(cè)試時(shí)間并加快產(chǎn)品的上市步伐。