王立群 中國(guó)信息通信研究院

1 引言

近期很多人會(huì)被一個(gè)新的黑科技名詞所洗腦：“雙頻GPS”。強(qiáng)調(diào)一下雙頻不是雙模，目前手機(jī)等大家常見(jiàn)的導(dǎo)航終端都只是多模單頻，比如同時(shí)支持GPS L1+北斗B1，其工作頻率都在L1頻段內(nèi)。雙頻GPS這個(gè)概念其實(shí)很早就有，時(shí)間可追溯到1980年1月6日GPS系統(tǒng)開(kāi)始啟用，那時(shí)每顆GPS衛(wèi)星就同時(shí)發(fā)射兩個(gè) 不 同 頻 率 的 信 號(hào) ：L1（1575.42MHz）、L2（1227.6MHz）。在很長(zhǎng)一段時(shí)間中，使用雙頻GPS技術(shù)的設(shè)備的價(jià)格都十分昂貴，動(dòng)輒幾萬(wàn)至十幾萬(wàn)美金，其定位精度最高可到毫米。由于GPS L2信號(hào)在設(shè)計(jì)初始沒(méi)有考慮到民用，美國(guó)從2010年左右開(kāi)始發(fā)射帶有新民用信號(hào)L5（1176.45MHz）的BlockIIF衛(wèi)星，這時(shí)的GPS衛(wèi)星實(shí)際上開(kāi)始發(fā)射3個(gè)不同的頻率了。作為新的民用信號(hào)L5，從一出生就自帶光環(huán)，抗多徑，抗衰落能力都很強(qiáng)。擁有L1L5的雙頻GPS設(shè)備雖然性能提高了，但是對(duì)于終端的要求也提高了，接收天線、功耗、射頻及帶內(nèi)干擾、信號(hào)選優(yōu)的策略，都需要精心的設(shè)計(jì)和全面的測(cè)試。

思博倫通信憑著30年GPS/GNSS測(cè)試經(jīng)驗(yàn)適時(shí)推出了GSS7000測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)可同時(shí)輸出包括GPS L1L2L5、Beidou B1i B1c B2i B2a、Galileo E1E5、GLONASS L1L2、QZSS L1L2L5、SBAS L1L5在內(nèi)的所有信號(hào)，為多頻多模導(dǎo)航設(shè)備保駕護(hù)航。

2 GPS L5信號(hào)的前生今世

2.1 GPS L5信號(hào)的由來(lái)

GPSL5信號(hào)不是自GPS系統(tǒng)一開(kāi)始就有的，而是隨著衛(wèi)星定位技術(shù)被廣泛使用，人們對(duì)定位系統(tǒng)要求越來(lái)越高應(yīng)運(yùn)而生的。

GPS系統(tǒng)是美國(guó)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，從1980年發(fā)射至今已經(jīng)經(jīng)歷了30多年。GPS系統(tǒng)初始目的只是為了服務(wù)美國(guó)全球軍事活動(dòng)而設(shè)計(jì)，每顆衛(wèi)星都發(fā)射兩個(gè)載頻的信號(hào)L1（1575.42MHz）L2（1227.6MHz）。我們現(xiàn)在常用的L1C/A碼的信號(hào)在初期的設(shè)計(jì)上不是用來(lái)定位的，而是用來(lái)幫助捕獲P碼的，因此C/A稱(chēng)為粗碼或捕獲碼，P碼稱(chēng)為精碼。然而美國(guó)政府沒(méi)想到的是民用接收機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，即使使用C/A碼也可以達(dá)到最高3米的定位精度，同時(shí)帶動(dòng)的GPS產(chǎn)業(yè)也十分巨大。在此背景下美國(guó)政府決定進(jìn)行開(kāi)展GPS現(xiàn)代化，即在新發(fā)射的GPS衛(wèi)星上增加更好的民用信號(hào)L5。

2.2 GPS L5信號(hào)有哪些特點(diǎn)，解決了哪些問(wèn)題

作為早期設(shè)計(jì)的定位信號(hào)GPSL1 C/A有很多缺陷，比如：

●互相關(guān)性不好，會(huì)影響到信號(hào)的截獲和信號(hào)的完好性。

●C/A碼自相關(guān)旁峰不夠低，有可能影響信號(hào)截獲。

●抗干擾能力，包括抗窄帶干擾的能力弱。

●易受多徑影響。

●沒(méi)有糾錯(cuò)編碼。

新的GPS L5信號(hào)從設(shè)計(jì)初始來(lái)解決L1 C/A的問(wèn)題：

●L5的載頻是1176.45MHz，因此波長(zhǎng)更長(zhǎng)，衍射能力更好，自由空間衰減更小，達(dá)到地面的功率也會(huì)更高。同一條件下，L5信號(hào)比L1信號(hào)的功率高6個(gè)dB也就是4倍左右。

●L5兩個(gè)通道的偽隨機(jī)碼的速率均為10.23Mcps，周期為1ms或10230個(gè)基碼，而不是C/A碼的1.023Mcps和1023個(gè)基碼。碼速率提高了10倍因此碼片的長(zhǎng)度變小了10倍，抗多徑的能力自然也提高了。（關(guān)于多徑的問(wèn)題我們會(huì)在后面作為單一主題進(jìn)行討論）。

●導(dǎo)航（電文）數(shù)據(jù)本身的速率仍是50bit/s，然而在L5中要對(duì)其作1/2比率的前向糾錯(cuò)卷積編碼，其速率變成了100sps。此時(shí)的L5信號(hào)具有了導(dǎo)航電文糾錯(cuò)能力，可提高在低功率環(huán)境下定位速度。

●L5信號(hào)由兩個(gè)幅度相等而相位正交的分量組成，一個(gè)分量載有衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（或叫做數(shù)據(jù)信號(hào)），一個(gè)未載有數(shù)據(jù)稱(chēng)之謂無(wú)數(shù)據(jù)（或?qū)ьl）信號(hào)。無(wú)數(shù)據(jù)通道沒(méi)有180模糊性，從而改善了載波恢復(fù)能力，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)載波模糊性解。

2.3 思博倫多星群多頻模擬器GSS7000

思博倫自1980年向美國(guó)宇航局NASA提供第一臺(tái)GPS模擬器以來(lái)，專(zhuān)注模擬器研發(fā)與生產(chǎn)30余年，積累了大量相關(guān)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，提供完善的GNSS測(cè)試解決方案。

思博倫模擬器產(chǎn)品的最大特點(diǎn)，是所有仿真模擬基于原初理論“FirstPrinciple”。從仿真所有衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道開(kāi)始，實(shí)時(shí)計(jì)算生成完全的導(dǎo)航電文，按ICD標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)制，在信號(hào)中加入鐘差、軌道誤差、相對(duì)論誤差、電離層、對(duì)流層等誤差，并同時(shí)仿真出載體接收天線在各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的信號(hào)。所有計(jì)算均實(shí)時(shí)完成，無(wú)需提前下載數(shù)據(jù)或預(yù)執(zhí)行場(chǎng)景。

思博倫GSS7000可支持目前世界上已有的和將要發(fā)布的所有衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，是目前支持導(dǎo)航系統(tǒng)最全面的衛(wèi)星定位模擬器，其可支持的信號(hào)見(jiàn)表1。

表1 GSS7000可支持的信號(hào)

GSS7000多星群信號(hào)仿真器可實(shí)現(xiàn)單表仿真輸出以上所有信號(hào)的同時(shí)輸出，最多可同時(shí)輸出256個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，為用戶提供最全面、最靈活的測(cè)試方案。

2.4 如何測(cè)試雙頻GPS

我們了解了GPS新的L5信號(hào)的起源、優(yōu)點(diǎn)及特性。但是無(wú)論信號(hào)在設(shè)計(jì)上多么出色，技術(shù)上多么先進(jìn)，如果終端產(chǎn)品沒(méi)有進(jìn)行合理的優(yōu)化，充分的測(cè)試，在用戶端也無(wú)法給出優(yōu)秀的評(píng)價(jià)來(lái)。因此，任何新技術(shù)的使用必然帶來(lái)新的測(cè)試方法。這里要指出的是，因?yàn)椴煌瑧?yīng)用對(duì)定位、導(dǎo)航和授時(shí)的要求不同，衛(wèi)星定位接收機(jī)測(cè)試沒(méi)有通用的標(biāo)準(zhǔn)，只有相應(yīng)應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 基本性能指標(biāo)測(cè)試

基本性能指標(biāo)指的是衛(wèi)星定位接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下可以達(dá)到的性能指標(biāo)。在雙頻GPS的時(shí)代，同樣需要測(cè)試如表2所示性能，但是項(xiàng)目會(huì)更復(fù)雜。芯片及系統(tǒng)集成商需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，來(lái)測(cè)試同一終端在單獨(dú)L1信號(hào)和L1L5信號(hào)下的基本性能指標(biāo)，尤其是多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)多頻的環(huán)境下。比如，某款芯片其在GPSL1L5信號(hào)條件下比單獨(dú)GPSL1的捕獲靈敏度差，則設(shè)置策略在信號(hào)捕獲階段先只捕獲GPSL1信號(hào)，這樣既節(jié)約了功率又提高了捕獲靈敏度。更多信號(hào)的引入給了我們更多的選擇，但如何選擇完全決定于測(cè)試。完善而又合理的測(cè)試可以讓我們更全面理解產(chǎn)品，從而做出正確的應(yīng)對(duì)方案，提高最終用戶的體驗(yàn)。

表2 測(cè)試性能表

除了基本性能指標(biāo)的測(cè)試，由于新信號(hào)引入了新的特性，因此針對(duì)新特性的測(cè)試也是必不可少的。

●多徑測(cè)試：因?yàn)長(zhǎng)5信號(hào)碼速率的提高，其每個(gè)碼片的長(zhǎng)度比原來(lái)大大減小，從原來(lái)C/A碼的300米左右減小到30m左右，因此模擬接收機(jī)在嚴(yán)重環(huán)境中定位情況，測(cè)試接收機(jī)在此環(huán)境下使用單獨(dú)GPSL1與GPS L1L5的定位精度差別。此測(cè)試需要在模擬器環(huán)境下完成，否則無(wú)法得到準(zhǔn)確的真值作對(duì)比。

●導(dǎo)航電文誤碼測(cè)試：L5信號(hào)具有前向糾錯(cuò)能力，使用模擬器在導(dǎo)航電文中加入錯(cuò)誤碼片，檢測(cè)接收機(jī)在單L1和L1L5信號(hào)環(huán)境下抗誤碼的能力。

●抗干擾測(cè)試：在任何測(cè)試中都可以引入干擾源進(jìn)行接收設(shè)備的抗干擾測(cè)試。L5信號(hào)因?yàn)槭褂昧薖ilot和Data的IQ分量，以及本身到達(dá)地表的功率就比L1強(qiáng)，其具有更好的抗干擾能力，但需要測(cè)試才能得到某款設(shè)備的具體數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，作為有著專(zhuān)業(yè)衛(wèi)星定位測(cè)試30年經(jīng)驗(yàn)的思博倫來(lái)說(shuō)，提供給用戶的是交鑰匙解決方案，能在最大程度上保證設(shè)備的可用度和可信度，從而最終提高用戶在使用中的體驗(yàn)。

思博倫推出業(yè)界密度最高的400G以太網(wǎng)解決方案，用于下一代網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者思博倫通信近日正式推出第一款8端口1U機(jī)架式解決方案，適用于400/200/100/50G以太網(wǎng)測(cè)試。思博倫全新的pX3400G測(cè)試設(shè)備是世界上密度最高的400GQSFP-DD測(cè)試儀。該產(chǎn)品專(zhuān)為驗(yàn)證下一代超大規(guī)模多TB路由器和交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)性能及服務(wù)質(zhì)量而設(shè)計(jì)，所有測(cè)試能力均被囊括在1U機(jī)身的小巧空間之內(nèi)。

單臺(tái)pX3400G測(cè)試儀提供8個(gè)端口，而且可以級(jí)連最多255個(gè)pX3單元，為總計(jì)2040個(gè)測(cè)試端口提供時(shí)鐘同步，進(jìn)行高精度時(shí)延和抖動(dòng)測(cè)試。這些設(shè)備可與思博倫豐富的高速以太網(wǎng)測(cè)試模塊和機(jī)箱產(chǎn)品協(xié)同使用。全新的pX3400G設(shè)備融合了思博倫的“增強(qiáng)結(jié)果”特性，具備強(qiáng)大的相關(guān)內(nèi)容深入可視和數(shù)據(jù)挖掘功能，使用戶能夠迅速導(dǎo)航至特定的端口或流，在短短數(shù)秒內(nèi)查明問(wèn)題，即使在面對(duì)最大和最復(fù)雜的測(cè)試配置時(shí)亦可輕松應(yīng)對(duì)。

長(zhǎng)期以來(lái)，思博倫一直在高速以太網(wǎng)測(cè)試領(lǐng)域持續(xù)開(kāi)發(fā)和投入，幫助客戶以更快的速度進(jìn)入市場(chǎng)，并且早在2015年就推出屢獲大獎(jiǎng)的400G解決方案。

本次發(fā)布的最新集成式可擴(kuò)展設(shè)備將幫助芯片制造商、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商和運(yùn)營(yíng)商/服務(wù)商為下一波的最新速度做好準(zhǔn)備，充分滿足客戶需求。此外，思博倫將在未來(lái)發(fā)布的產(chǎn)品中延續(xù)高端口密度的標(biāo)準(zhǔn)，為客戶帶來(lái)更高的投資回報(bào)和更小的機(jī)架占用空間。