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摘要：GPS手机的全球出货量将在未来4年内翻一番以上。在移动手机设计过程中，测试工程师面对的巨大挑战在于减轻完成测试任务面，临的时间和成本压力，因此，GPS手机市场的发展亟需用先进技术来加快研发和生产过程的测试。
关键词：GPS；导航；移动手机；GPS手机；测试
GPS手机市场亟需先进技术加快测试
据市场调查公司ABI Research预测，全球导航设备的出货量从2007年到2012年将持续增长，年均复合增长率(CAGR)达到22.5％。该公司的预测指出，到2012年，具有GPS功能的PDA及智能手机的出货量将占全球所有导航设备出货量的23％。另据台湾省工研院(IEK)预测，在2011年，GPS手机出货量占全球手机出货的比例将从2007年的12.5％增长到2011年的30％，这就是说，GPS手机的全球出货量将在未来4年内翻一番以上(图1)。
目前，GPS功能一般采用两种方式嵌入到手机之中：1 采用GPS模块解决方案；2 采用GPS芯片组解决方案。业内专家认为，用芯片组的GPS手机的设计周期通常是12～18个月，而模块解决方案要3N4个月。原因在于GPS是一种低噪射频技术，对干扰的控制和正确的天线设计是设计公司面临的最大挑战，而解决问题的关键是掌握GPS设备的先进测试技术。本文以Aeroflex和Rohde&Schwarz两家公司的测试解决方案为例，说明GPS测试技术的最新趋势。
现有GPS测试技术及其面临的挑战
传统上，任何手机的性能验证都高度依赖基于参考网络的现场测试。这种方法的主要缺点在于：成本高；耗时；因测试环境的特征不可控，现场测试可能产生不确定和可变的测试结果。此外，现场测试无法严格地重复，因此，难以直接进行比较。
在实际的现场环境中，由于存在路径损耗，特别是多径或反射信号的影响，手机及其GPS传感器易于受到信号恶化的影响。因此，人们提出利用仿真测试作为一种替代方案，解决现场弱GPS信号环境下面临的测试问题。通过对卫星星座的运动及手机用户进行建模，GPS仿真器能够精确地复制空间中GPS卫星的信号，在建模过程中，要求对信号的恶化以及达不到标准的位置(市内、峡谷、停车库等等)进行接近实际的建模。此外，测试必须在许多仿真位置进行，每一种位置环境都应该具备随机分布的多径环境。
对多径效应建模之后，GPS仿真器提供可重复和可控的测试环境，具备了一致和同时地产生大量卫星信号的能力。这种能力包括生成多径效应，这就需要多径仿真模型考虑天线上信号的到达角，以解决反射信号直接进入RF前端与直接接收的信号混合之后产生的误码。这种方法要求工程师根据用户预订的准则，在特定时间的可视星座的子集上手工选择与其反射相关的卫星信号。
在移动手机设计过程中，上述方法对仿真器的使用者—测试工程9币来说，面临巨大的挑战。为了减轻完成测试任务面临的时间和成本压力，新的测试方法要求通过为每一个测试从预先定义的环境中选择一个数据库，从而自动地定义信号条件以快速完成测试。
本文说明利用专用的实验室仪器和测试工具，可以取代传统的现场测试以及复杂的仿真器设置，这些工具能够提供有代表性、可重读及可控的测试环境。
Aeroflex解决方案
Aeroflex在2007年初发布了一种用于测试具有A-GPS功能手机的全集成解决方案。该解决方案基于业已取得成功及证明的Aeroflex 6103 AIME及6103 AIME/CT手机测试系统。通过在实验室中实现A-GPS测试，解决了具有A-GPS的手机在快速开发及达标性测试方面的要求，取消了昂贵的现场测试，缩短了产品的上市时间。这种解决方案的设计能够支持A-GPS设备从最初的研发到达标性测试的整个开发周期的要求。
Aeroflex 6103 AIME and AIME/CT测试平台提供全GSM/(E)GPRS和NUMA/GAN网络仿真，与用于开发及达标性测试的软件一道，为工程师观察依赖仿真无线网路工作的手机的行为而提供了完美的解决方案。为了创造这种A-GPS手机测试方案，Aeroflex在6103 AIME和AIME/CT平台上完全集成了Navigation Laboratories的12通道NLC-L1-AGPS星座仿真器，这种仿真器被全球的航空电子、国防及空间应用领域广泛采用，但是，在无线市场被Aeroflex独家用于A-GPS测试，其中，仿真了整个24颗卫星构成的GPS星座，并对所有相关的GPS卫星及交通工具进行了高性能的建模，从而为开发和测试A—GPS设备提供了一个完整的环境。
Aeroflex A-GPS移动手机测试解决方案支持基于MS和MS辅助的定位方法以及传统的GPS，从而为被测单元的伪距离及纬度／经度位置响应进行分析。对RRLP消息的支持容许针对控制层，对标准的A-GPS呼叫流位置请求进行仿真。对于用户层，它提供支持TCP/IP和SUPL(安全用户层)的能力。对GPS接收机进行RF最小性能测试也是关键的测试要求。Aeroflex目前参与了3GPP GERAN会议，因为最小性能测试规范正在开发之中。
它的实例测试脚本包括对具有RRLP消息的协议结构的每一层的访问，以及定义任何RRLP协议消息的能力，甚至在没有符合测试误码条件的消息的情况下。通过AIME系统发送并通过控制层或用户层传输到移动终端，自动辅助数据由GPS仿真器生成，而不需要手工的干预。
Aeroflex 6103 AIME A-GPS手机测试系统能够被方便地升级到6103 AIME/CT系统，让测试工程9币能够按照3GPP TS51.010第70部分所列的情形执行有效的达标性测试。在GPS设备开发的后期，达标性测试是必需的，目的是验证实现方案是否完全符合3GPP标准的要求，然后，送往第三方的测试实验室进行正式的认证。测试结果之后被呈送到GSM/W-CDMA设备的两个主要的认证论坛—GCF和PTCRB。这就让终端制造商能够进入强制要求使用经认证的终端的北美市场，并让制造商能够在其它地方的终端销售中保持较高的利润。
该系统目前支持在GCF操作项目16和PTCRB RFT 34这两者的TS51.010中列出的全部33个A-GPS测试案例。在今年年底以前，6103 AIME/CT+NavigationLaboratories的GPS卫星仿真器将正式确认并呈交到GCF/PTCRB平台69上。
Rohde&Schwarz的解决方案
Rohde&Schwarz目前提供一种新的固件，以升级其R&SSMx-K44GPS选件，这种 固件可以免费从互联网上下载。利用经升级的GPS选项，R&S SMU200A、R&SSMATE200A和R&S SMJ100A信号发生器现在就能够为每一个基带提供可能来自多达4颗卫星的动态GPS信号。连接到终端设备上的GPS接收机因此能够实现定位功能。在GPS终端设备及模块上，R&S SMx-K44选项提供执行位置测试的能力。经升级的选项还提供标准定义的P代码，该代码是精确定位服务所使用的代码，从而使较高精度的定位成为可能，并专门保留给特殊的民用和军用设备。
R&S SMx系列的信号发生器可以根据每一个用户的每一次需要进行严格的裁剪。R&S SMU200A—具有两个可选路径—特别适合于研发用途；R&S SMATE200A是一种自动测试设备，能够满足生产线上对极短设置时间的要求。R&S SMJ100A是具有良好信号质量和灵活的基带的多用途仪器，在研发及生产中均可使用。
R&S SMx系列型号发生器在“Localization”模式下，还能够从运动的卫星产生GPS信号，并执行功能性以及“Go/NoGo”测试。这些信号被实时快速计算并容许在各个设置之间进行快速切换。在“Genetic”模式下，R&SSMU200A和R&SSMATE200A为实现RF接收机测试，从多达8颗运动的卫星提供GPS信号；在R&S SMJ100A的情形下，从多达4颗这样的卫星提供GPS信号。
对于移动电话制造商来说，要高度关注GPS选项固件升级之后的一系列可用的增强功能。移动无线电用户目前需要的就是通过定位服务提供附近酒店或餐厅的信息，因此，网络运营商和移动电话制造商乐于为消费者提供手机GPS定位的功能。为了做到这一点，他们必须以动态GPS信号为手段来测试他们的GPS模块。
除了GPS信号之外，Rohde&Schwarz提供的方案不需要额外的设备，这些选件提供了完整的GSM和WCDMA测试能力。因此，在移动射频模块上的测试不需要采用额外的信号发生器。
结语
目前，美国的全球定位系统(GPS)已经面临来自俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略以及中国的北斗卫星定位系统的挑战。与此同时，随着WiMAX在手机的应用，在GPS手机设计过程中，将面临更多的RF测试挑战和更复杂的射频环境，导航手机的信噪比测试将是下一个严峻的挑战，现有的测试解决方案将不断演进，仍然值得中国GPS手机设计和制造行业继续关注，目的是缩短测试时间并加快产品的上市步伐。
关键词：GPS；导航；移动手机；GPS手机；测试
GPS手机市场亟需先进技术加快测试
据市场调查公司ABI Research预测，全球导航设备的出货量从2007年到2012年将持续增长，年均复合增长率(CAGR)达到22.5％。该公司的预测指出，到2012年，具有GPS功能的PDA及智能手机的出货量将占全球所有导航设备出货量的23％。另据台湾省工研院(IEK)预测，在2011年，GPS手机出货量占全球手机出货的比例将从2007年的12.5％增长到2011年的30％，这就是说，GPS手机的全球出货量将在未来4年内翻一番以上(图1)。
目前，GPS功能一般采用两种方式嵌入到手机之中：1 采用GPS模块解决方案；2 采用GPS芯片组解决方案。业内专家认为，用芯片组的GPS手机的设计周期通常是12～18个月，而模块解决方案要3N4个月。原因在于GPS是一种低噪射频技术，对干扰的控制和正确的天线设计是设计公司面临的最大挑战，而解决问题的关键是掌握GPS设备的先进测试技术。本文以Aeroflex和Rohde&Schwarz两家公司的测试解决方案为例，说明GPS测试技术的最新趋势。
现有GPS测试技术及其面临的挑战
传统上，任何手机的性能验证都高度依赖基于参考网络的现场测试。这种方法的主要缺点在于：成本高；耗时；因测试环境的特征不可控，现场测试可能产生不确定和可变的测试结果。此外，现场测试无法严格地重复，因此，难以直接进行比较。
在实际的现场环境中，由于存在路径损耗，特别是多径或反射信号的影响，手机及其GPS传感器易于受到信号恶化的影响。因此，人们提出利用仿真测试作为一种替代方案，解决现场弱GPS信号环境下面临的测试问题。通过对卫星星座的运动及手机用户进行建模，GPS仿真器能够精确地复制空间中GPS卫星的信号，在建模过程中，要求对信号的恶化以及达不到标准的位置(市内、峡谷、停车库等等)进行接近实际的建模。此外，测试必须在许多仿真位置进行，每一种位置环境都应该具备随机分布的多径环境。
对多径效应建模之后，GPS仿真器提供可重复和可控的测试环境，具备了一致和同时地产生大量卫星信号的能力。这种能力包括生成多径效应，这就需要多径仿真模型考虑天线上信号的到达角，以解决反射信号直接进入RF前端与直接接收的信号混合之后产生的误码。这种方法要求工程师根据用户预订的准则，在特定时间的可视星座的子集上手工选择与其反射相关的卫星信号。
在移动手机设计过程中，上述方法对仿真器的使用者—测试工程9币来说，面临巨大的挑战。为了减轻完成测试任务面临的时间和成本压力，新的测试方法要求通过为每一个测试从预先定义的环境中选择一个数据库，从而自动地定义信号条件以快速完成测试。
本文说明利用专用的实验室仪器和测试工具，可以取代传统的现场测试以及复杂的仿真器设置，这些工具能够提供有代表性、可重读及可控的测试环境。
Aeroflex解决方案
Aeroflex在2007年初发布了一种用于测试具有A-GPS功能手机的全集成解决方案。该解决方案基于业已取得成功及证明的Aeroflex 6103 AIME及6103 AIME/CT手机测试系统。通过在实验室中实现A-GPS测试，解决了具有A-GPS的手机在快速开发及达标性测试方面的要求，取消了昂贵的现场测试，缩短了产品的上市时间。这种解决方案的设计能够支持A-GPS设备从最初的研发到达标性测试的整个开发周期的要求。
Aeroflex 6103 AIME and AIME/CT测试平台提供全GSM/(E)GPRS和NUMA/GAN网络仿真，与用于开发及达标性测试的软件一道，为工程师观察依赖仿真无线网路工作的手机的行为而提供了完美的解决方案。为了创造这种A-GPS手机测试方案，Aeroflex在6103 AIME和AIME/CT平台上完全集成了Navigation Laboratories的12通道NLC-L1-AGPS星座仿真器，这种仿真器被全球的航空电子、国防及空间应用领域广泛采用，但是，在无线市场被Aeroflex独家用于A-GPS测试，其中，仿真了整个24颗卫星构成的GPS星座，并对所有相关的GPS卫星及交通工具进行了高性能的建模，从而为开发和测试A—GPS设备提供了一个完整的环境。
Aeroflex A-GPS移动手机测试解决方案支持基于MS和MS辅助的定位方法以及传统的GPS，从而为被测单元的伪距离及纬度／经度位置响应进行分析。对RRLP消息的支持容许针对控制层，对标准的A-GPS呼叫流位置请求进行仿真。对于用户层，它提供支持TCP/IP和SUPL(安全用户层)的能力。对GPS接收机进行RF最小性能测试也是关键的测试要求。Aeroflex目前参与了3GPP GERAN会议，因为最小性能测试规范正在开发之中。
它的实例测试脚本包括对具有RRLP消息的协议结构的每一层的访问，以及定义任何RRLP协议消息的能力，甚至在没有符合测试误码条件的消息的情况下。通过AIME系统发送并通过控制层或用户层传输到移动终端，自动辅助数据由GPS仿真器生成，而不需要手工的干预。
Aeroflex 6103 AIME A-GPS手机测试系统能够被方便地升级到6103 AIME/CT系统，让测试工程9币能够按照3GPP TS51.010第70部分所列的情形执行有效的达标性测试。在GPS设备开发的后期，达标性测试是必需的，目的是验证实现方案是否完全符合3GPP标准的要求，然后，送往第三方的测试实验室进行正式的认证。测试结果之后被呈送到GSM/W-CDMA设备的两个主要的认证论坛—GCF和PTCRB。这就让终端制造商能够进入强制要求使用经认证的终端的北美市场，并让制造商能够在其它地方的终端销售中保持较高的利润。
该系统目前支持在GCF操作项目16和PTCRB RFT 34这两者的TS51.010中列出的全部33个A-GPS测试案例。在今年年底以前，6103 AIME/CT+NavigationLaboratories的GPS卫星仿真器将正式确认并呈交到GCF/PTCRB平台69上。
Rohde&Schwarz的解决方案
Rohde&Schwarz目前提供一种新的固件，以升级其R&SSMx-K44GPS选件，这种 固件可以免费从互联网上下载。利用经升级的GPS选项，R&S SMU200A、R&SSMATE200A和R&S SMJ100A信号发生器现在就能够为每一个基带提供可能来自多达4颗卫星的动态GPS信号。连接到终端设备上的GPS接收机因此能够实现定位功能。在GPS终端设备及模块上，R&S SMx-K44选项提供执行位置测试的能力。经升级的选项还提供标准定义的P代码，该代码是精确定位服务所使用的代码，从而使较高精度的定位成为可能，并专门保留给特殊的民用和军用设备。
R&S SMx系列的信号发生器可以根据每一个用户的每一次需要进行严格的裁剪。R&S SMU200A—具有两个可选路径—特别适合于研发用途；R&S SMATE200A是一种自动测试设备，能够满足生产线上对极短设置时间的要求。R&S SMJ100A是具有良好信号质量和灵活的基带的多用途仪器，在研发及生产中均可使用。
R&S SMx系列型号发生器在“Localization”模式下，还能够从运动的卫星产生GPS信号，并执行功能性以及“Go/NoGo”测试。这些信号被实时快速计算并容许在各个设置之间进行快速切换。在“Genetic”模式下，R&SSMU200A和R&SSMATE200A为实现RF接收机测试，从多达8颗运动的卫星提供GPS信号；在R&S SMJ100A的情形下，从多达4颗这样的卫星提供GPS信号。
对于移动电话制造商来说，要高度关注GPS选项固件升级之后的一系列可用的增强功能。移动无线电用户目前需要的就是通过定位服务提供附近酒店或餐厅的信息，因此，网络运营商和移动电话制造商乐于为消费者提供手机GPS定位的功能。为了做到这一点，他们必须以动态GPS信号为手段来测试他们的GPS模块。
除了GPS信号之外，Rohde&Schwarz提供的方案不需要额外的设备，这些选件提供了完整的GSM和WCDMA测试能力。因此，在移动射频模块上的测试不需要采用额外的信号发生器。
结语
目前，美国的全球定位系统(GPS)已经面临来自俄罗斯的GLONASS、欧盟的伽利略以及中国的北斗卫星定位系统的挑战。与此同时，随着WiMAX在手机的应用，在GPS手机设计过程中，将面临更多的RF测试挑战和更复杂的射频环境，导航手机的信噪比测试将是下一个严峻的挑战，现有的测试解决方案将不断演进，仍然值得中国GPS手机设计和制造行业继续关注，目的是缩短测试时间并加快产品的上市步伐。