基于北斗和网络辅助北斗定位的测试研究

华忠思 博伦通信科技（北京）有限公司市场开发经理

黄歆宇 思博伦通信科技（北京）有限公司产品专家

基于北斗和网络辅助北斗定位的测试研究

华忠思 博伦通信科技（北京）有限公司市场开发经理

黄歆宇 思博伦通信科技（北京）有限公司产品专家

中国的北斗定位导航系统目前已经完成在亚太区域提供区域导航和授时服务，预计到2020年完成覆盖全球的目标，后续的发展会越来越快。本文主要介绍的是基于北斗定位以及基于网络辅助北斗定位的接收机，如何通过测试的方法保证其一致性和性能。本文主要就北斗的传导一致性测试、空口OTA测试的要求通过对国际规范做相应的研究介绍，提出了一些对生产线、质量控制、研发、运营商入网测试可行的北斗测试方法，并且简单地介绍了其相应的测试设备和方案，以用于测试北斗和网络辅助北斗定位技术，从而保证其性能并持续提高其用户体验。

北斗定位 网络辅助北斗定位 全球定位导航系统 一致性测试 OTA测试

1 引言

基于GPS/GNSS（Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统）的应用日益广泛，对于普通消费者而言它们通常是以所谓个人导航设备、手机、平板等独立的或包含GPS/GNSS子系统的消费电子产品而大量出现。但随着技术的进步和应用的创新，一些高端的或具有特殊应用的系统已经将GPS/GNSS系统与其他INS系统（惯性导航系统）、Wi-Fi无线网络系统、局域增强系统（LBAS）等结合使用以提供更精确或有效的位置信息；或者在一些创新应用中结合无线通讯网络将位置信息实时回传到服务网络中枢，构成网络化的基于位置的服务应用（LBS），从而达到室内室外随时随地的定位能力。

目前，美国的GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统已经可提供完整的服务，中国的BeiDou系统也在2012年12月宣布提供区域导航服务。相信在不久的将来，随着BeiDou、Galileo等卫星导航系统（GNSS）完成全球覆盖，基于卫星导航的应用必将获得广泛和长足的发展。根据业界对市场的研判，未来3～5年，GPS/GNSS的发展大致会有下面几个特点：

（1）应用于各类电子产品，包括智能手机、平板电脑、照相机、游戏机、运动相机、无人机等。

（2）多制式（Multi-GNSS）：即系统同时支持GPS+ GLONASS/+Galileo/+BeiDou等卫星导航系统。

（3）在多制式基础上的多频点扩展，如GPS L1+ L2、BD B1+B2等，以获得更高精度。

（4）要求导航及定位接收机具有一定的抗干扰能力（同频干扰或不同频的强信号干扰）。

（5）集成化车载/移动终端：该终端将支持从音视频、导航、LTE、Wi-Fi、蓝牙等流行技术于一个综合的平台，并和通信网络结合支持网络辅助的北斗导航定位。

（6）动态交通流量数据所支持的智能导航将稳步发展。

（7）其他更多基于位置服务的应用及创新将不断出现。

2 规划对北斗或网络辅助北斗定位的测试所需关注的方面

因此，回溯到产品（芯片、模组、终端）及其测试解决方案，通过由简入繁、循序渐进的方式，规划对北斗或网络辅助北斗定位的测试非常有必要，能够最终保证北斗定位市场的良性发展和良好的用户体验。从用户体验来说，定位主要关注以下几个方面：

●Availability：是否随时随地都能获得定位服务。

●Accuracy：定位的结果是否足够精确。

●TTFF：定位时间快不快。

●Continuity：定位服务中断的时间概率，是否表明有良好的连续性。

●Integrity：定位服务是否有足够的可靠性。

3 北斗和网络辅助北斗定位的测试方法及测试所需考虑的问题

针对北斗的测试方案和测试方法学主要依据以上用户体验来进行并保证其测试效果。下面围绕北斗和网络辅助北斗定位的测试方法和测试需要考虑的问题来做一个详细的探讨。

对于实验室的测试来说，需要考虑如何在一个卫星仿真设备里构建卫星信号从太空传递到地面整个过程的场景（如图1），具体包括：

（1）需要能仿真某一天某一位置的指定场景，当天每颗卫星所在的轨道位置以及到达接收机的不同接收功率。

（2）卫星信号穿过大气层（对流层、电离层）产生的折射现象：不同密度的大气会产生折射，卫星经过大气层距离和角度的不同会影响折射的大小，从而影响最终定位精度。

（3）阻挡现象：树林或者市区的阻挡，对于接收机来说，是看到了90%的天空还是只有30%的部分天空可见。

（4）卫星的多径现象：由于云层或者水面反射，部分卫星信号存在多径分量以不同时间和强度到达接收机。

（5）卫星接收机的天线方向图：天线对于不同入射信号的接收能力有差异，主要表现在接收机天线不同方向的增益不同。

（6）多普勒现象：由于定位卫星不完全是地球同步卫星，其相对地面的接收机之间会有一个运动速度，根据相向运动或者远离运动会有不同的多普勒频偏效果。

对于复杂的研发测试来说，如果能构建有以上元素的场景，则实验室测试能够评估卫星接收机的真实能力。

图1 卫星从太空传递到地面的过程

对于网络辅助的卫星定位来说，其与纯卫星定位的差别在于纯卫星接收机锁定卫星之后，会从卫星以50bit/s的速度直接下载定位需要的导航电文和辅助信息（如星历、历书、卫星时间等），而网络辅助的卫星接收机可以从网络侧请求最新的定位辅助信息，根据不同网络的不同协议，网络可以通过控制面（CP）或用户面（UP）两种方式把最新的定位辅助信息传送给接收机。网络辅助卫星定位相比纯卫星定位来说，可以更快的速度下载到天上的最新导航电文，从而大大加快冷启动情况下的定位时间。对于测试来说，网络辅助的卫星定位相比纯卫星定位需要额外的网络仿真器设备来配合卫星仿真器传送同步的导航电文及定位辅助信息，其主要测试挑战是网络输出的卫星导航电文和辅助信息需要和卫星仿真器输出的射频卫星信号完全同步，并且能对终端时间和卫星时间的时间误差进行可靠的控制。通常，网络辅助定位测试系统的架构如图2所示。

图2 网络辅助北斗定位系统架构图

4 网络辅助定位测试的标准化情况

在国际上对于网络辅助的定位测试有相应的标准组织在定义完整的测试规范，如3GPP、3GPP2、OMA、CTIA等。其中，3GPP定义了GSM/WCDMA/LTE控制面的网络辅助定位射频一致性和协议一致性规范；3GPP2定义了CDMA/EVDO控制面的网络辅助定位射频一致性和协议一致性规范；OMA定义了CDMA/GSM/WCDMA/LTE用户面的网络辅助定位协议一致性规范；而CTIA主要定义了各种网络（CDMA/GSM/WCDMA/LTE）制式下网络辅助定位的OTA天线方向图测试。

针对如表1所示各种制式的组合，由于历史原因导致不同的网络辅助定位使用了不同的A-GNSS协议，详细的规范如表2所示。

5 北斗和网络辅助北斗定位的测试评估

不管对于北斗测试也好，还是对于网络辅助的北斗测试也好，最终衡量定位结果的KPI主要是灵敏度（Sensitivity）、定位时间（TTFF）和定位精度（Accuracy），这3个重要的指标在不同的预定义场景（如图1所示）被重复测试从而对北斗接收机进行一致性和性能的正确评判。另外一种更真实地评价北斗接收机在现网中的表现的方法是使用录取回放仪表对外场的卫星信号进行抓取，其中包含频段内的卫星信号，也包含频段内的噪声信号及其他技术对卫星频段的谐波或杂散信号等，然后回到实验室让仪表对录取的信号一五一十地回放出来。对于卫星这种单向接收的系统，录取回放也是对实验室测试的一种良好补充。

6 思博伦北斗测试解决方案

思博伦公司提供北斗测试的整体解决方案，包括生产线测试到Q/A测试、研发测试到高端研究所测试、军队测试、单模北斗的网络辅助测试到多模BeiDou+GPS的网络辅助定位测试等。下面简单介绍各自的应用领域：

表1 通信制式和卫星制式组合的网络辅助定位测试

（1）GSS6300M：仿真北斗及其他星群4或8个信道的多星群仿真器，简单地对预置场景进行播放，主要用于简单的生产线及质控测试。

（2）GSS6700：仿真北斗及其他星群12通道的多星群仿真器，能够自定义复杂的场景，多用于研发测试。

（3）GSS6425：在外场真实环境中静止或者运动地录取北斗及其他星群的真实卫星信号，回到实验室再进行可重复可控地回放。

（4）GSS9000：仿真北斗及其他星群多星群多频点的高端卫星仿真器，能够自定义复杂的多星群多频点及噪声场景，多用于研究所领域的高端研究开发。

（5）SR8100系统：集成了CDMA/GSM/WCDMA/ LTE无线通信通络仿真器和GPS/GLONASS/BeiDou/ Galileo卫星仿真器，能够完成各个国际规范定义的标准的网络辅助定位测试，同时也用于定制开发运营商自定义的入网测试集。

7 结束语

北斗导航是一个正在蓬勃发展的新兴系统，为了保持其可靠的运营和良好的用户体验，中国各个科研机构均对北斗系统的发展给出了指导性意见，包括将建立卫星导航的增强系统（星基及陆基系统），提供dm级实时精度和cm级后处理精度；将建立产品质量测试认证中心，加速标准和知识产品的构建；将加入各相关国际组织如国际民航、国际海事及3GPP等；将加强与其他卫星导航系统的兼容与互通；将推广北斗在交通、能源、电力、通信、灾难救援及恢复重建等方面的应用等。而北斗和网络辅助北斗定位的测试技术也将飞速发展，并将为检测并提高北斗的接收机性能和用户体验贡献一份力量。

1 3GPP 25.172.Requirements for Support of Assisted Galileo and Additional Navigation Satellite Systems(A-GANSS) Frequency Division Duplex(FDD)

2 3GPP 36.171.Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Requirements for Support of Assisted Global Navigation Satellite System(A-GNSS)

3 3GPP 37.571-1.Universal Terrestrial Radio Access(UTRA) andEvolvedUTRA(E-UTRA)andEvolvedPacket Core(EPC);User Equipment(UE)Conformance Specification for UE Positioning;Part 1:Conformance Test Specification

4 3GPP 37.571-2.Universal Terrestrial Radio Access(UTRA) andEvolvedUTRA(E-UTRA)andEvolvedPacket Core(EPC);User Equipment(UE)Conformance Specification for UE Positioning;Part 2:Protocol Conformance

5 3GPP 37.571-3.Universal Terrestrial Radio Access(UTRA) andEvolvedUTRA(E-UTRA)andEvolvedPacket Core(EPC);User Equipment(UE)Conformance Specification for UE Positioning;Part 3:Implementation Conformance Statement(ICS)

6 3GPP 37.571-4.Universal Terrestrial Radio Access(UTRA) andEvolvedUTRA(E-UTRA)andEvolvedPacket Core(EPC);User Equipment(UE)Conformance Specifica tion for UE Positioning;Part 4:Test Suites

7 3GPP 37.571-5:Universal Terrestrial Radio Access(UTRA) andEvolvedUTRA(E-UTRA)andEvolvedPacket Core(EPC);User Equipment(UE)Conformance Specification for UE Positioning;Part 5:Test Scenarios and Assistance Data

8 OMA ETS SUPL 2.0.2.OMA-ETS-SUPL-V2_0_2-20141008-D.doc

BeiDou andA-BeiDou Positioning Testing Study

The BeiDou system of China already finished deployment in the APAC region for regional navigation and timing service.It’s expected that it can complete the world-wide coverage before 2020 as it grows faster and faster.This article is to introduce how to assure BeiDou and A-BeiDou receiver to pass conformance and performance evaluation by certain testing methodology.We studied BeiDou conductive test,over-the-air(OTA)test with related international standards,and proposed BeiDou/A-BeiDou testing solutions for product line,Q/A,R&D and carrier acceptance purpose. And it also briefly introduced related testing equipment and testing solution in the market which can be used for test Bei-Dou and A-BeiDou.Via the test,it can assure the BeiDou/A-BeiDou technology performance and improves user’s experience.

BeiDou positioning,A-BeiDou positioning,GNSS,conformance test,over the air test

2015-02-20）