晶片級 GNSS 接收器驗證：多星系定位與 IoT 導航的自動化測試挑戰

 

在萬物聯網（IoT）與 5G 智慧型手機主宰市場的 2026 年，"Location"（位置）已成為數據經濟中不可或缺的元數據（Metadata），對於終端使用者而言，導航是理所當然的功能——打開地圖，藍點就應該在那裡，無論是在狹窄的街道還是室內窗邊，然而對於負責設計與驗證這些微型化 GNSS（全球導航衛星系統）晶片的工程師來說，這是一場在物理極限邊緣的搏鬥；現代消費性電子產品對導航晶片的要求已呈現「既要馬兒跑，又要馬兒不吃草」的矛盾狀態：極致的微型化（整合進 SoC 或微小模組）、極低的功耗（為了 IoT 的電池壽命）、以及極高的精準度與可用性（支援多星系與多頻段）。

挑戰一：多星系（Multi-Constellation）的訊號交響樂

過去的晶片只需鎖定美國的 GPS L1 頻段，現在為了確保在全球任何角落都有足夠的「可見衛星數」，晶片必須同時處理 GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou 甚至 QZSS 與 NavIC 等多個星系。

• 複雜度爆炸：
  這意味著射頻前端（RF Front-end）必須具備更寬的頻寬或多頻段接收能力，基頻處理器（Baseband Processor）必須同時解碼不同體制的訊號結構（如 CDMA 與 FDMA 的混合）。
• GDOP 的優化：
  工程師面臨的難題是如何設計演算法，從天空中數十顆可見衛星中，挑選出幾何分布最佳（GDOP 值最小）的組合進行定位解算，同時還要在有限的運算資源下完成，以避免耗盡電池。

挑戰二：城市峽谷（Urban Canyon）與多路徑效應

智慧型手機與穿戴裝置最常被使用的場景是高樓林立的城市，在這裡直射訊號（Line-of-sight）往往被建築物遮蔽，接收器收到的是經過玻璃帷幕或牆面反射的「多路徑訊號（Multipath）」。

• 物理現象： 反射訊號的路徑較長，會造成測距碼的延遲，導致接收器誤判距離，產生數十公尺甚至百公尺的定位誤差。
• 相關器（Correlator）的混淆： 在接收機內部，多路徑訊號會扭曲相關函數的波形，使得追蹤迴路鎖定在錯誤的峰值上。驗證晶片是否具備先進的「多路徑抑制演算法」，能分辨並剔除反射波，是晶片設計成敗的關鍵。

挑戰三：輔助定位（A-GNSS）與首次定位時間（TTFF）

使用者無法忍受打開導航 App 後需要等待數分鐘才能定位（冷啟動），為了縮短 首次定位時間（Time To First Fix, TTFF），現代晶片廣泛採用 A-GNSS（Assisted GNSS） 技術。

• 技術機制： 透過蜂巢式網路（LTE/5G）或 Wi-Fi，預先下載衛星的星曆資料（Ephemeris）與概略位置給晶片，這讓晶片無需花費數十秒去解調低速的衛星導航電文，即可直接進行訊號搜尋與鎖定。
• 驗證難題： 這引入了「混合訊號驗證」的需求，測試系統不能只有衛星訊號，還必須同步模擬蜂巢式網路的數據傳輸，驗證晶片與數據機（Modem）之間的協定交握（如 SUPL 協定）是否順暢，以及在訊號微弱（低於 -155 dBm）的深層室內環境下，A-GNSS 是否能成功救援。

挑戰四：生產線上的測試經濟學

在晶片量產階段，每一毫秒都是成本，傳統的序列式測試（逐一測試每個頻點或星系）已不符合經濟效益，產測程式必須在極短的時間內，驗證晶片的射頻連接性（Connectivity）、C/N0（載噪比）以及基本的定位功能（Go/No-Go Test），如何設計一個能同時激發多個通道、模擬多星系訊號，且切換速度極快的測試腳本，是產線工程師面臨的巨大挑戰。

面對從研發端的複雜多路徑模擬，到產線端的極速自動化測試，單一功能的訊號產生器已難以應對，您需要的是一個 「具備通訊與導航雙重基因的整合測試平台」，Rohde & Schwarz (R&S) SMBV100B 向量訊號產生器作為驗證新一代 GNSS 晶片的核心引擎，這不僅是一台衛星模擬器，更是一個能與行動通訊網路無縫整合的綜合測試解決方案。

全方位多星系與多頻段模擬

R&S SMBV100B 內建強大的 GNSS 模擬選配（K44/K66/K94/K98 等），能單機模擬 GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, QZSS 及 SBAS 等所有主要導航系統。

• 支援多頻段 L1/L2/L5：
  隨著雙頻 GPS（L1+L5）在智慧型手機中的普及，SMBV100B 能夠產生相位同步的雙頻訊號，協助工程師驗證晶片消除電離層誤差的能力，提升定位精度至公分級。
• 動態場景模擬：
  系統支援高達 100 Hz 的軌跡更新率。您可以匯入真實的路測軌跡檔案（NMEA 或 KML 格式），在實驗室中重現車輛高速行駛或無人機飛行的動態場景，驗證晶片在都卜勒頻移劇烈變化下的追蹤穩定性。

 

針對移動中 GNSS 使用者，模擬 GPS/GLONASS/北斗 (BeiDou)/伽利略 (Galileo) 的組合星座訊號。

A-GNSS 混合定位驗證

針對智慧型手機晶片的 A-GNSS 功能驗證，我們的整合方案展現了 R&S 在無線通訊領域的深厚底蘊。

• 與 CMW/CMX 綜測儀的連動： SMBV100B 可與 R&S CMW500 (LTE) 或 R&S CMX500 (5G) 無線通訊測試儀無縫連接，透過單一控制介面，系統能模擬基地台發送輔助數據（Assistance Data），同時 SMBV100B 發送對應的衛星訊號。
• 標準化測試案例： 支援 3GPP TS 37.571 等一致性測試標準，確保您的晶片能夠通過電信運營商的入網認證（GCF/PTCRB），這對於打入國際手機供應鏈至關重要。

如圖所示，透過結合 UE 模擬器（如 Viavi TM500）、Maury Microwave (dBm) ACE9600 頻道模擬器，以及 R&S®CMX500 無線通訊測試儀，即可進行完整的酬載測試。

方案三：擬真的環境模擬 (Multipath & Obscuration)

為了在實驗室重現「城市峽谷」，SMBV100B 提供了先進的環境建模功能。

• 可定義的遮蔽與多路徑： 使用者可以設定周圍建築物的材質、高度與距離，系統會自動計算訊號的遮蔽（Obscuration）與多路徑反射。這讓研發人員能在可控的環境下，反覆調校晶片的抗多路徑演算法，而無需擔心路測時的隨機變數。
• 天線場型模擬： 考慮到手機天線往往是非全向性的（受機身結構影響），系統允許匯入天線場型檔案，模擬衛星訊號在不同入射角度下的增益變化，真實反映終端產品的接收效能。

使用 R&S®SMBV100B 模擬衛星 SV 1 的多路徑傳播，除了視距（Line of Sight）訊號外，還存在三個具有不同相對延遲、相對振幅及相對多普勒頻移的反射訊號。

方案四：極致的產線測試效率

針對晶片封測與模組產線，SMBV100B 提供了速度優化模式。

• 快速切換與序列測試：
  透過 List Mode 與快速頻率切換技術，系統能在毫秒級時間內改變測試訊號，大幅縮短測試週期（Test Time）。
• 並行測試能力：
  結合 R&S 的開關矩陣與自動化軟體，單台儀器可同時對多個待測物（DUT）進行並行測試，最大化產線吞吐量（Throughput）。

實際系統配置將因應您的測試應用、規範、場地限制及待測物特性而有所不同。如需深入規劃與系統或軟硬體選配搭配建議，請聯繫「奧創團隊」，我們擁有豐富的系統整合經驗，隨時準備為您提供最專業的配置建議與技術支援。

立即聯繫奧創系統，讓我們協助您打造精準、高效的 GNSS 晶片驗證平台，確保您的產品在物聯網的星辰大海中，永遠精準定位，永不迷航。