隨著 CPE 產品整合 LTE、Wi-Fi 與 GNSS 等多種無線功能,不同射頻系統同時運作時產生的共存干擾,也可能成為影響定位表現的關鍵因素。即使 GNSS 單獨運作時定位正常,在實際連網與高負載情境下,仍可能因 LTE 發射端干擾而出現明顯定位偏移。

本文透過實際 CPE 測試,說明 LTE 與 GNSS 共存干擾如何影響定位準確率,並進一步分析可能的改善方向。

一、本次驗證的 DUT 類型與發現的關鍵問題

本次驗證對象為日本電信網通 CPE 產品,同步開啟 2.4 GHz Wi-Fi 並建立 LTE Band 3 連線,模擬終端於真實場域的高負載共存情境。驗證發現兩項關鍵問題:

  • LTE Band 3 發射端雜散發射導致 GNSS 接收機減敏(Desense):
    在 C/N₀ 40 dB-Hz 下啟用 LTE 連線時,定位準確率(≤ ±3 m 達成率)自 90% 劇降至 0%~10%,平均定位誤差擴大至 23.3~25.8 公尺。
  • 擺放角度與 LTE 干擾之複合影響:
    在不同訊號強度與角度下,LTE Desense 對定位精準度造成顯著衝擊,但對 TTFF(冷啟動 34~44 秒)及重新捕獲時間(2.36~3.3 秒)影響有限。傾斜擺放使 GNSS 天線主波束偏離天頂方向,有效接收增益下降,同時可能縮短與 LTE 天線的耦合距離,加劇減敏效應。

二、測試設備與環境配置

測試架構項目 設備/環境規格 配置與測試目的說明
測試環境 RF 隔離屏蔽室/電波暗室(Chamber 333) 隔離外界雜訊干擾,確保量測載噪比精確度與重現性(溫濕度:22°C / 50%)
GNSS 訊號模擬器 R&S SMBV100B 搭配量測天線(距離 1 m) 同步輸出 GPS L1、Galileo E1、BDS B1 訊號源,支援可控 C/N₀(40 與 30 dB-Hz)
行動通訊模擬器 R&S CMW500 4G/LTE 通訊綜合測試儀 建立 LTE Band 3 連線,控制 RSRP −80~−90 dBm、RSRQ −10~−15 dB,確保穩定通訊
Mini PC UP Squared Pro 7000 Edge 同步開啟 2.4 GHz Wi-Fi(Ch 1)並進行雙向數據吞吐傳輸,模擬真實全負載運行狀態
受測裝置(DUT) 日本電信商 CPE 搭載內建 GNSS 模組與天線之實機

三、實測結果分析

測試條件:
於 4 種驗證條件組合下,統計 TTFF 能力、Reacquisition Time、定位準確率(Location Accuracy Rate)與定位精度率(Location Precision Rate)。

GNSS Cold Start 測試結果

GNSS Warm Start 測試結果

GNSS Hot Start 測試結果

GNSS Reacquisition Time 測試結果

表一 經緯度統計總表

表一 經緯度統計總表

表二 定位準確率與定位精度率比較圖

表二 定位準確率與定位精度率比較圖

TTFF 與重新捕獲時間:
LTE Band 3 連線與擺放角度對首次定位時間(冷啟動 34~44s、暖啟動 24~41s、熱啟動 2~3s)與中斷恢復(2.36~3.3s)之影響極為有限,使用者體驗無顯著延遲感。

定位準確率與定位精度率:
在表一中,我們記錄了 10 回被測設備讀數與參考經緯度之間的距離誤差(單位:公尺),理想值應盡可能接近 0 公尺。依據 Allion 的測試標準,可接受的絕對誤差為 3 公尺以內,故將定位準確率的合格區間設定為 0 至 3 公尺,計算落在此區間內的測試比例。

另一方面,提出的定位精度率則是衡量定位的穩定度與集中度。其計算方式為先剔除異常值(表格灰色標記),計算各條件下的平均值,並以該平均值之 ±3 公尺作為合格標準,統計符合此離散區間的比例。

由表二可觀察到,整體而言定位精度率普遍維持在較高水準。但在有 LTE 干擾的情境下,不論是 30 度或 0 度,C/N₀ 40 dB-Hz 的定位準確率(藍色長條)皆出現嚴重劣化或歸零(30 度降至 10%、0 度降至 0%),顯示高 C/N₀ 條件下的絕對定位能力受 LTE 雜訊影響極大。而在定位精度率方面,受到 LTE 干擾時,大部分條件仍可維持 80%~100%,僅在 0 度角且 C/N₀ 40 dB-Hz 的嚴苛條件下出現明顯下滑(由 90% 降至 60%)。

Allion 改善建議

1. 硬體濾波防護:
在 GNSS 接收天線與低雜訊放大器(LNA)間加裝高帶外抑制能力之 SAW/BAW 帶通濾波器,隔絕 LTE Band 3 發射功率之雜散發射。

2. SBAS 輔助修正:
在 C/N₀ 仍足以維持追蹤的邊界條件下,導入 SBAS 校正訊號可改善定位偏移量。但若 C/N₀ 因 Desense 降至追蹤門檻以下,SBAS 修正將無法生效,需優先以硬體濾波解決根本問題。

3. 多網融合輔助:
結合 WWAN 基地台輔助定位(A-GNSS)與 Wi-Fi 定位混合演算,在共存干擾環境下提供高可靠度的定位修正。

4. 擺放角度設計建議:
傾斜擺放使 GNSS 天線主波束偏離天頂方向,有效接收增益下降;同時若 LTE 天線與 GNSS 天線的空間耦合路徑因傾斜而縮短,減敏效應將進一步加劇。建議機構設計團隊在 ID 階段即納入天線隔離度模擬,並在產品使用手冊中標示建議安裝姿態。

四、總結與關鍵改善指標

本案驗證證實,CPE 產品在 GNSS 單獨運作時定位表現正常,但啟用 LTE Band 3 連線後,發射端雜散發射對 GNSS 接收機造成顯著減敏,定位準確率從 90% 崩跌至 0–10%,平均誤差擴大至 23–26 公尺。TTFF 與重新捕獲時間未受明顯影響,代表干擾並未阻斷衛星訊號捕獲,而是持續抬高雜訊底噪導致定位解偏移。

這類共存干擾問題無法透過 GNSS 單項測試發現,必須在多無線共存的真實運作條件下才能重現。

關鍵指標 實測數據 對品質的意義
LTE Desense 對定位準確率的衝擊 90% → 0–10%
(C/N₀ 40 dB-Hz)
LTE 共存是 CPE 產品 GNSS 定位的首要風險,上市前必須納入共存測試
平均定位誤差擴大幅度 ≤ 3 m → 23–26 m 誤差量級已超出多數電信商內規(3–10 m),無法滿足精準定位服務需求
TTFF 受干擾影響程度 冷啟動變異 34–44 秒
差異 ≤ 10 秒
訊號捕獲能力未被破壞,使用者啟動體驗不受影響
Precision vs. Accuracy 的差距 Precision 60–90%
vs. Accuracy 0–10%
誤差為系統性偏移而非隨機發散,指向硬體耦合路徑為主因,可透過濾波器改善
擺放角度的附加影響 30° 時 Accuracy Rate 略優於 0° 天線方向圖與 LTE 耦合路徑交互作用,機構設計需納入安裝姿態考量