GNSS Issue 實務疑難 -【知識筆記】

理論是一回事,但工作上遇過一些特別的案例,導致 GNSS 模組無法正常運行,本篇會陸續記錄並更新遭遇的案例。目前整個內容與 RF 較相關,已經超出我的專業,如有錯誤還請指正。

GNSS Antenna

第一個 GNSS Issue 是一些初次接觸這類 RF 設備的人,容易忽略的問題。 GNSS 天線分為主動天線 (Active antenna) 與被動天線 (passive antenna),或稱為有源天線跟無源天線。

被動天線基於它的工作原理,利用電磁感應來產生訊號,不需要外部供電。而主動天線是在被動天線的基礎上,增加一個 LNA (Low noise Amplifiers),如果因為安裝的限制,讓天線與接收機相隔一定的距離,經過放大與降噪的訊號能夠彌補這段訊號衰減,讓設備正常運行。

因此,主動天線需要外部供電。當你對一個配置主動天線的 GNSS 設備,錯接一個被動天線時,GNSS 訊號變得過小,即使你在完全無遮蔽的天空下,能夠收到的衛星訊號也會大幅減少,定位就會發生問題。反之,對一個配置被動天線的 GNSS 設備,錯接一個主動天線時,電路板的天線串口沒有電源供應,主動天線有可能無法正常運作。

Signal Strength

延續前面的問題,因此在 RF 跟 GNSS Chip 的模組設計上,特別要注意 GNSS Chip 規格上要求的輸入訊號強度。一般訊號從天線進來,除了會通過 LNA 以外,還會經過一個 SAW (表面聲波諧振器) 濾波器,以濾除雜訊,前者會增加訊號強度,後者則是降低。因此 RF 線路上各元件對訊號強度的影響都需要被掌握,才能確保最終的結果。

以下圖 ublox ZED-F9P 的模組設計為例,整個訊號通路會通過很種元件,因此在設計上務必要計算,並確保最後進入 GNSS IC 的訊號強度,在 Analog to Digital (ADC) 或 I/Q 調變時才不至於出錯。

GNSS

https://www.u-blox.com/en/product/zed-f9p-module

DOP 500

這是在 Qualcomm GNSS 模組上遇過的問題,因為沒有衛星訊號無法定位,使得 DOP 發散或趨於無限大。在高通的解決方案則是將數值最大值限定在 500,其實已經不具有特定意義。

前面討論輸入訊號強度不足,就是可能的原因之一,然後伴隨不正常的 I/Q 數值等等。當然也有其他原因同樣可以導致 DOP 數值很大,例如建物環境的遮蔽或是進入隧道等等。但在透空良好的環境發生這個問題,第一步可以先檢查天線類型是否匹配,再進一步檢查 RF 線路訊號強度的估算是否正確。

https://mapostech.com/accuracy/
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LTE blending

最後一個 GNSS Issue 是 LTE 頻段 band 13 和頻段 band 14 (777 MHz / 788 MHz) 的二次諧波位於 GNSS 頻段的 1574 MHz 內,因此 GNSS IC 通常會設計有一些機制,來確保兩者不會互相干擾。

曾經遇到高通 LTE + GNSS 模組發生 LTE 瞬間斷訊,或是 GNSS 訊號瞬間消失的狀況,有點久了,不是很確定是哪一種。接著追查 log 後發現有關鍵字 LTE blending,因此特別把這件事記下來,當作一個經驗。

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