16.02.2012 Сравнительное испытание навигационных модулей на основе SiRFstar IV и U-blox 6

Версия 21:59, 20 февраля 2012

О чём речь?

В мире выпускается большое количество различной навигационной аппаратуры. Существуют различные области применения, что вызывает разнообразные и, порой, несовместимые требования. Если рассматривать сегмент навигационной аппаратуры массового применения, на данный момент есть достаточно небольшое количество показателей, по которым принято проводить сравнение. Одним из важнейших параметров является чувствительность приёма.

Под чувствительностью приёма понимается минимальная мощность входного сигнала, при котором приёмное устройство способно выполнять свои функции. Даже один этот показатель не так прост. Проблема в том, что навигационные приёмники могут функционировать в различных режимах, и чувствительность работы в различных режимах отличается. В данном материале рассматривается только один показатель - чувствительность в режиме слежения за сигналом. Именно в этом режиме чувствительность навигационного приёмника наибольшая.

Несколько лет назад современная навигационная аппаратура достигла, судя по всему, предела чувствительности в режиме слежения. Несколько лет назад появился приёмник SiRFstar III, существенно выделяющийся по чувствительности приёма от всего того, что на тот момент было доступно на рынке. Высокая чувствительность и низкое энергопотребление - вот основные показатели, благодаря которым данный чип занял в то время доминирующее время на рынке. Действительно, заявленная чувствительность составляла -159 дБм. Практически, в то время типовой цифрой чувствительности была та же самая цифра, но не дБм (децибел милливат), а дБВт. Т.е., фактически типовая чувствительность была на 30 дБ меньше. Для примера, предыдущий чип той же самой фирмы, SiRF star II имел чувствительность -165 дБВт, т.е. на 24 дБ хуже.

Время шло и остальные производители также увеличили чувствительность своей аппаратуры. Цифра чувствительности в слежениии "в районе -190 дБВт" (-160 дБм) стала типовой. Однако если посмотреть следующий чип SiRF star IV, тестирование которого приводится ниже, заявленная чувствительность увеличилась по сравнению с SiRF star III всего на 1 дБ. А между выпуском третьей и четвёртой версии прошло около 5 лет. Предел, судя по всему, достигнут.

С тех пор ситуация менялась, исчезали старые игроки, появлялись новые. В данном тестировании сопоставляются модули двух наиболее известных производителей, показывающие на данный момент одни из лучших результатов:

• SiRF Tehnology (США, Калифорния)- ныне подразделение CSR plc
• U-blox AG (Швейцария).

Рассматриваются модули Vincotech A2001 на основе чипа SiRFstar IV и U-blox NEO-6Q. Заявленная чувсвительность в слежении для данных модулей составляет -190 дБВт (-160 дБм).

А мы будем измерять другую цифру!

Да, целью иследования является чувствительность. Но специфика нашего подразделения заключается в том, что мы разрабатываем алгоритмы обработки, а чувствительность навигационного приёмника определяется не только алгоритмами.

Существенным для чувствительности приёмника является качество радиочастотного блока приёмника. Как известно, основная часть собственных шумов приёмника определяется качеством малошумящего усилителя (МШУ). Оба модуля содержат встроенный МШУ. При работе приёмника с пассивной антенной чувствительность будет зависеть от качества встроенного МШУ.

Однако мы не занимаемся разработкой МШУ, мы занимаемся разработкой алгоритмов, которые тоже, безусловно влияют на чувствительность. Интерес представляет не чувствительность приёмника в целом, а чувствительность использованных в приёмнике алгоритмов слежения. Необходима методика, позволяющая оценить данную чувствительность без учёта различий в коэффициенте шума самого приёмника.

Оба рассматриваемых модуля способны работать с внешней активной антенной, т.е. с антенной, содержащий встроенный МШУ. Именно так и будет осуществляться сравнение приёмников - при работе с внешним МШУ. МШУ имеет коэффициент усиления 25 дБ, благодаря чему, в соответствии с известной формулой собственные шумы приёмников будут практически несущественны на фоне шумов МШУ. А МШУ будет использован общий для двух приёмников, что поставит их в равные условия.

Итак, что мы измеряем? Мы измеряем чувствительность приёмника с внешним МШУ. Коэффициент шума и коэффициент усиления внешнего МШУ известен заранее, поэтому мощность входного сигнала может быть пересчитана в отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума - тому самому показателю, который всегда используется при анализе алгоритмов обработки сигналов спутниковых навигационных систем.

Но всё это - предисловие. А теперь к делу.

Описание установки

Лабораторная установка содержит следующие составляющие:

• имитатор сигналов Spirent GSS6743
• генератор сигналов R&S SMBV100A
• анализатор спектра R&S FSU3
• кабели MiniCircuis CBL-1M-SMNM+ (SMA - N)
• переходник MiniCircuits SMA-M - SMA-M
• аттенюатор 20 дБ MiniCircuits VAT-20+
• МШУ MiniCircuits ZRL2400LN+
• блок питания GW Instek GPS-4303
• ВЧ сумматор-делитель MiniCircuits ZAPD-2DC-S+
• приёмник на основе модуля Vincotech A2100 на основе чипа SiRFstar IV
• приёмник на основе модуля U-blox NEO-6Q
• ЭВМ для отображения данных.

Проверка оборудования

Измерительное оборудование R&S FSU3 и R&S SMBV100A внесено в госреестр средств измерений и имеет акты поверки.

Имитатор сигнала Spirent GSS6743 не является измерительным средством, поэтому уровень сигнала на выходе имитатора необходимо проверить. Данный имитатор имеет заявленный диапазон измерения мощности выходного сигнала от -145 дБВт до -200 дБВт, таким образом позволяет непосредственно формировать сигнал необходимой для эксперимента мощности. Однако предыдущие версии имитаторов Spirent имели более узкий динамический диапазон, что делало невозможным прямое формирование сигнала с уровнем порядка -190 дБВт. Поэтому использовалась методика измерений с дополнительным аттенюатором 20 дБ, снижающим мощность сигнала с величины порядка -170 дБВт до необходимых -190 дБВт. Поставлена задача сопоставления уровня сигнала с использованием аттенюатора и без него.

Кроме того, приёмники подключаются к МШУ и имитатору с использованием комплекта измерительных кабелей, потери в которых также желательно промерять.