Обработка сигнала в GPS приемнике, Вопрос о чувствительности. Опции

[Михаил_K]

Добрый день (утро, вечер, нужное подчеркнуть ).
Вопрос в следующем. В документации на GPS приемник написано что его чувствительность
при сопровождении равна минус 160 dBm. Поясните вкратце пожалуйста. Информационная скорость - 50 символов в секунду, соответственно полоса сигнала 50 Гц. Для такой полосы уровень мощности тепловых шумов составляет минус 157 dBm. Как обеспечивается чувствительность в минус 160 dBm?

[samurad]

Заметил несколько ошибок в начальных условиях к вышеуказанным формулам:
1) полоса GPS C/A сигнала на входе приемника не 1, а целых 2 МГц (это скорость чипов = 1 МГц),
2) согласен, что для _захвата_ (acquisition) сигнала при "холодном старте" мощность шума в корреляторе прим. -176 [дБм/Гц] + 63 [дБ/2МГц] = -113 [дБм], но при этом _не_ делается демодуляция с целью извлечения информации,
3) указанный выше выигрыш на выходе коррелятора в 43 дБ на практике нужно уменьшить на 21 дБ для GPS из-за взаимно-корреляционного "шума" - свойство ПСП Голда; опуская детали, получим прим. -148...-150 дБм как "стандартный" минимальный уровень входного GPS сигнала, необходимого для надежной демодуляции инфо-сообщения,
и главное
4) заявленная uBlox-ом высокая чувствительность -160 дБм при _слежении и оценки_ (tracking & navigation) определяется не только результатом энергетики сигнала, но и избыточностью информации GPS-сообщения, и наличием вспомогательной информации (Assisted GPS), и возможностью демодуляции несколько бит сразу ("хитрые" алгоритмы приема); все это в совокупности позволяет понизить требуемую мощность сигнала на входе при той же вероятности ошибки демодуляции и декодирования.

В реальных условиях трудно выделить спутниковый сигнал с "гарантированным" уровнем -160 дБм, можно лишь "создать" искусственно на GPS имитаторах. Но каковы при этом должны быть шумы в тракте от ВЧ-разъема имитатора до цифрового входа приемника никто не оговаривает. "Good active antenna" нужна как раз для того, чтобы "донести" столь малый сигнал (-160 дБм) со входа антенны на цифровой вход приемника, приодолев при этом потери на собственные шумы-искажения любого реального ВЧ и ПЧ тракта и АЦП. Как известно, шум приемника ограничен шумом в антенне, кабеле и 1-ом усилителе (LNA). Помещая LNA "внутрь" антенны (= active antenna), да выбирая LNA с максимально высоким КУ и минимально возможном NF (= Good active antenna), да кабель с высоким изолирующим коэффициентом, добиваются минимального шума, без которого ваш uBlox модуль не будет работать.

Сообщение отредактировал samurad - May 9 2008, 07:18

[asdf]

Заметил несколько ошибок в начальных условиях к вышеуказанным формулам:
1) полоса GPS C/A сигнала на входе приемника не 1, а целых 2 МГц (это скорость чипов = 1 МГц),

А почему полоса 2 МГц, если символьная 1МГц?

и возможностью демодуляции несколько бит сразу ("хитрые" алгоритмы приема); все это в совокупности позволяет понизить требуемую мощность сигнала на входе при той же вероятности ошибки демодуляции и декодирования.

Для GPS используется фазовая манипуляция, которая не позволяет получать энергетический выигрыш при приеме нескольких символов, в отличие от ЧМнф у которой можно использовать межсимвольную кореляцию для улучшения с/ш, или мы говорим о разном?

[samurad]

А почему полоса 2 МГц, если символьная 1МГц?

Спектр прямоугольного сигнала = sin(pi*f*T)/(pi*f*Tс), где Tс=1МГц для GPS - согласны? А теперь посчитайте, для каких f этот спектр обращается в 0 и выделите те нули (лепесток спектра), между которыми спектр занимает наибольшую площадь, т.е. мощность. Не забудте отрицательную полуось f. Ответ: -1/Tс и 1/Tс. Тогда полоса сигнала от нуля до нуля = 2/Tс.

При переносе на ПЧ/ВЧ, как известно, отрицательная и положительная половины спектра сигнала переносятся вместе.

Для GPS используется фазовая манипуляция, которая не позволяет получать энергетический выигрыш при приеме нескольких символов, в отличие от ЧМнф у которой можно использовать межсимвольную кореляцию для улучшения с/ш, или мы говорим о разном?

Я говорю об усреднении сигнала на фоне шума при правильной демодуляции, которая "снимает" (демодулирует) символы и оставляет только несущую или DC. От вида модуляции это не зависит. Тогда, чем дольше усредняешь, тем больше выигрыш, сколько бы символов там не укладывалось. Реально слишком долго не получается без уменьшения скорости символов из-за катастрофически нарастающей сложности декодирования неизвестных априори символов.