Koexistenz- und Störsignaltests für GNSS-Empfänger vereinfachen

Mit dem R&S®SMW200A GNSS-Simulator können Sie Ihr Empfänger-Design einfach und komfortabel gegen eine Vielzahl an potenziellen Störsignalen und Störsendern testen. Die Testfälle reichen von einfachen Koexistenzsimulationen bis zu komplexen Störsignalszenarien mit ortsgebundenen Emittern.

Spektrum des GPS-L1-C/A-Signals mit AWGN und drei CW-Störern
Spektrum des GPS-L1-C/A-Signals mit AWGN und drei CW-Störern
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Ihre Anforderung

Heutzutage kommen GNSS-Empfänger bei vielen Applikationen zum Einsatz, beispielsweise in Fahrzeug-Navigationssystemen, Drohnen und Instrumentenanflug-Verfahren in der Luftfahrt. Daher müssen diese Geräte hochgenaue Ortungen und hohe Ausfallsicherheit auch unter widrigen Bedingungen bieten. Viele andere Dienste wie LTE nutzen ebenfalls die Frequenzen nahe an den GNSS-Bändern. Empfänger müssen so entwickelt werden, dass eine sichere Koexistenz dieser Signale gewährleistet ist, um eine Performance-Verschlechterung zu vermeiden. Zudem muss ein Empfänger robust gegenüber unbeabsichtigten Störungen (z. B. Außerband-Übertragungen von Amateurfunkgeräten) sowie gegenüber beabsichtigten Störungen (z. B. Störsender oder Spoofing) sein. Um die Robustheit von GNSS-Empfängern gegenüber Störungen nachzuweisen, müssen sie gegen jegliche Art von Störsignalen mit allen verfügbarer GNSS-Konstellationen und -Frequenzbändern getestet werden. Um aussagekräftige und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, werden Tests am besten mit einem GNSS-Simulator in einer kontrollierten Laborumgebung durchgeführt.

Lösung von Rohde & Schwarz

Der R&S®SMW200A GNSS-Simulator ist eine kompakte und effiziente Lösung zur Erzeugung solch komplexer Störsignalszenarien. Der GNSS-Simulator ermöglicht die Simulation von bis zu 144 Satelliten unterschiedlicher Konstellationen auf verschiedenen Frequenzbändern. Dank der Beschaffenheit des R&S®SMW200A als Vektorsignalgenerator lassen sich bis zu vier unabhängige Basisbänder konfigurieren, um entweder GNSS-Signale oder Störsignale zu simulieren. Diese flexible Konfiguration ermöglicht schnelle Koexistenztests für mehrere digitale Standards wie LTE. Abgesehen davon können Anwender mit dem R&S®SMW200A jede beliebige benutzerdefinierte Signalform erzeugen. Damit lassen sich auch komplexe Störsignaltests durchführen.
Solche Signalformen lassen sich beispielsweise in MATLAB® oder auf komfortablere Art und Weise mit der R&S®Pulse Sequencer Software generieren. Mit der R&S®Pulse Sequencer Software ist es zudem möglich, dynamische Simulationen mit einem beweglichen GNSS-Empfänger zu erzeugen. Softwareoptionen erlauben bis zu vier zusätzliche, unabhängige AWGN/CW-Quellen, sodass die Anzahl von gleichzeitigen Störsignalen auf bis zu sieben ansteigt. Während vorherige Ansätze auf verschiedenen Geräten basierten, kombiniert der R&S®SMW200A GNSS-Simulator alle Funktionalitäten für Störsignaltests in einem Gerät. Mit dieser kostenoptimierten Lösung beschleunigt sich die Erzeugung von komplexen und realistischen Testszenarien. In Verbindung mit den beiden R&S®SGT100A HF-Erweiterungsgeräten bietet der GNSS-Simulator vier HF-Ausgangstore, sodass er sich für Szenarien mit mehreren Antennen oder Fahrzeugen eignet.

Koexistenztest für LTE mit zusätzlichen AWGN- und CW-Störsignalen
Koexistenztest für LTE mit zusätzlichen AWGN- und CW-Störsignalen
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CW- und AWGN-StörungDie Abbildung links zeigt das Spektrum eines GPSL1-C/A-Signals mit additivem weißem Rauschen und drei CW-Störern. Dank der Flexibilität des R&S®SMW200A ist für diesen Messaufbau keine zusätzliche Hardware erforderlich. CW-Signale und AWGN gehören zu den häufigsten Formen von Störungen, von denen ein Empfänger betroffen ist. CW-Störungen können viele Ursachen haben. Unbeabsichtigte Störungen werden häufig durch Außerband-Harmonische von Verstärkern oder Sendern erzeugt. Handelsübliche GNSS-Störsender, deren Verbreitung immer mehr zunimmt, nutzen ebenfalls CW-Signale, um den GNSS-Signalempfang zu stören. Das AWGN-Modul kann auch verwendet werden, um Antennen- oder Verstärkerrauschen zu simulieren oder die Performance in Gegenwart von Rausch-Störsendern zu evaluieren.

Koexistenztests

Während die GNSS-Frequenzbänder selbst für Satellitennavigation reserviert sind, wird der übrige Teil des L-Bands ausgiebig von diversen weiteren Diensten genutzt. Beispielsweise arbeiten beide LTE- und Satelliten-Uplinks und -Downlinks nahe am L1-Band. Deshalb ist es äußerst wichtig, die sichere Koexistenz dieser Signale zu validieren. Der R&S®SMW200A erleichtert diese Aufgabe, da er eine Vielzahl von modernen Kommunikationsstandards unterstützt. Die Einrichtung eines LTE-Signals neben einem GNSS-Band erfolgt ganz einfach durch Anwahl des entsprechenden Moduls und Starten der Simulation. Somit wird eine schnelle und exakte Beurteilung der Performance-Auswirkungen auf den Empfänger möglich. Natürlich lassen sich auch kundenspezifische digitale Modulationsverfahren verwenden.

Auswirkungen eines ortsfesten GPS-Störsenders auf einen beweglichen Empfänger
Auswirkungen eines ortsfesten GPS-Störsenders auf einen beweglichen Empfänger
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Dynamische Simulation eines Störsender-Szenarios

Das Szenario links zeigt eine gemeinsame Simulation eines beweglichen GNSS-Empfängers und eines statischen Störsenders. Der Testfall dient dazu, das Empfängerverhalten in der Nähe einer Störquelle zu untersuchen, wenn er seine Ortung verliert, und zu bestimmen, wie lange der Empfänger benötigt, um wieder das GNSS-Signal zu erfassen.

Der R&S®SMW200A erzeugt GNSS-Signale für einen Empfänger, der sich gegen den Uhrzeigersinn auf einer kreisförmigen Trajektorie bewegt. Der Empfänger startet auf der 6-Uhr-Position im südlichsten Punkt auf der Karte links. Auf der 12-Uhr-Position wird ein Störsender platziert, 100 m nördlich der Trajektorie. Die R&S®Pulse Sequencer Software kommt anschließend zum Einsatz, um das empfangene Störsendersignal auf allen Positionen entlang der Trajektorie zu berechnen. Beide Signale werden in einer externen Signalzusammenführung kombiniert und in den GNSS-Empfänger eingespeist.

Der Empfänger kann am Beginn seiner Bewegung eine Position liefern (blauer Abschnitt der Trajektorie). Je näher der Empfänger dem Störsender kommt, desto stärker wird der Leistungspegel des Störsignals, bis schließlich der Empfänger seinen Lock auf die GNSS-Signale verliert (roter Abschnitt der Trajektorie). Je weiter sich der Empfänger vom Störsender entfernt, desto schwächer wird der Leistungspegel des Störsignals, sodass der Empfänger letztendlich wieder die GNSS-Signale erfassen kann (orange Spur).

Vorteile

  • Erzeugung von komplexen GNSS-Szenarien
  • Bis zu sieben Störer mit einem Gerät
  • Breite Palette an unterschiedlichen Störsignalen, z. B. CW, AWGN, LTE, gepulste Signalformen
  • Harmonisierte, gemeinsame Simulation von GNSS- und Störersignalen