GNSS – 技術とコンプライアンス

• GNSS受信機は、約 −130 dBm という極めて微弱な信号を用いた衛星測位および時刻同期に基づいて動作します。そのため、アンテナ設計と信号処理は安定した動作において重要な要素となります。

• 受信機の性能は、感度（Sensitivity）、Time to First Fix（TTFF）、および測位精度によって定義され、制御された再現性のある試験条件下で評価されます。

• シミュレータを用いた試験により、感度、TTFF、動特性、耐干渉性などのGNSS性能を再現性高く評価できます。これは、Live-Sky試験のみでは十分に実現できない評価です。

• グローバル市場への展開には、地域ごとの規制枠組みおよび用途固有の要件への適合が不可欠です。例として、ETSI EN 303 413、EU eCall向けのGalileo対応、インド市場におけるNavIC要件などが挙げられます。

GNSS受信機は、高度約20,000 kmの中軌道（MEO）を周回する衛星から送信される信号を処理します。各GNSSは通常24～35機の衛星から構成される独自の衛星コンステレーションを運用し、定義された周波数帯において符号化された時刻信号を送信します。

最新のGNSS受信機はマルチコンステレーション動作に対応しており、複数の測位衛星システムの信号を同時に利用できます。これにより、測位の可用性が向上し、全体的な測位性能の改善が可能となります。

GNSS受信機はL帯で動作し、定義された搬送周波数上で送信されるスペクトラム拡散信号を処理します。これらの信号には高精度な時刻情報が含まれており、受信機は複数の衛星に対する擬似距離を算出できます。使用する周波数帯の選択は、受信機の性能、堅牢性、ならびに規制上の位置付けに直接影響します。

最新のGNSS受信機は、L1またはE1とL5またはE5を組み合わせたDual-Frequency動作への対応が進んでいます。2つの周波数における信号伝搬を比較することで、電離層遅延の影響を大幅に低減でき、特に厳しい環境下において測位の堅牢性と信頼性が向上します。

GNSS受信機の性能は、実環境条件下において衛星信号をどれだけ確実に取得・追尾し、正確な位置・速度・時刻（PVT）情報へ変換できるかによって定義されます。GNSS信号は極めて低い信号レベルで受信されるため、性能評価は明確に定義され、かつ再現性のある指標に基づいて実施する必要があります。

以下のパラメータは、自動車システム、IoTトラッキング機器、安全関連の測位機能などの用途において、GNSS受信機性能を評価するために一般的に使用されます。

感度

感度は、GNSS受信機が衛星信号を正常に取得または追尾できる最小の信号レベルを示します。

通常、以下の2つの感度指標が区別されます。

• 取得感度（Acquisition Sensitivity）
  衛星信号を検出・取得し、初回の測位（Initial Position Fix）を達成できる最小の信号レベル。

• 追尾感度（Tracking Sensitivity）
  すでに取得された衛星信号に対して、受信機が安定して追尾（ロックを維持）できる最小の信号レベル。

追尾感度は一般に取得感度よりも数デシベル良好であり、都市部のビル街、建物近傍、樹木下など、信号減衰が発生する環境において安定した動作を確保するために重要となります。

初回測位時間（Time to First Fix, TTFF）

Time to First Fix（TTFF）は、電源投入またはリセット後に、GNSS受信機が初めて有効な位置解を算出するまでに要する時間を示します。

TTFFは、受信機の状態および利用可能な補助データに大きく依存します。

• Cold Start
  有効なアルマナック、エフェメリス、または過去の位置情報が利用できない状態。一般的なTTFFは30～60秒程度です。

• Warm Start
  アルマナックデータおよび概略位置情報は利用可能だが、エフェメリスが古い状態。TTFFは通常、数秒程度に短縮されます。

• Hot Start
  有効なエフェメリスおよび最新の位置情報が利用可能な状態。通常、1～2秒以内に測位が完了します。

TTFFは、ユーザー体験における重要な性能指標であり、電源投入後に迅速な測位が求められる用途において特に重要となります。

測位精度

測位精度は、受信機が算出した位置と実際の位置との偏差を示します。通常、定義された試験条件下における水平誤差および垂直誤差として表されます。

測位精度は、以下のような複数の要因によって影響を受けます。

• 衛星幾何配置（Dilution of Precision）

• 大気遅延（電離層および対流圏）

• マルチパス伝搬

• 受信機ノイズおよび信号処理アルゴリズム

開空間条件下では、単一周波数受信機は通常、数メートル程度の水平精度を達成します。マルチコンステレーションおよびデュアル周波数受信機では、特に厳しい環境下において、測位精度およびロバスト性を大幅に向上させることが可能です。

ロバスト性および耐干渉性

ロバスト性は、信号劣化や干渉が存在する状況下においても、GNSS受信機が測位性能を維持できる能力を示します。

主な評価観点は以下のとおりです。

• インバンドおよびアウトオブバンド干渉に対する耐性

• 同一機器内の隣接無線送信機に対する許容性

• 車両走行や信号フェージングなどの動的条件下での安定性

耐干渉性は、GNSSを携帯通信、Wi-Fi、その他の無線技術と統合したデバイスにおいて、特に重要な要素となります。

GNSS受信機の試験は、制御された再現性のある条件下で性能パラメータを検証することに重点を置いています。GNSS信号は極めて微弱であり、実環境では周囲条件を制御できないため、信頼性の高い性能検証およびコンプライアンス評価には、ラボ環境での試験が不可欠です。

試験手法は、開発段階、用途コンテキスト、ならびに規制要件に応じて選定されます。

シミュレータベース試験

GNSSシミュレータは、現実的な衛星信号を生成し、信号パラメータ、衛星幾何配置、環境条件を精密に制御することを可能にします。これにより、ライブスカイ測定では実現できない再現性の高い試験が可能となります。

代表的なシミュレータベース試験シナリオには、以下が含まれます。

• 衛星可視性および衛星幾何配置の制御

• 感度評価のための信号電力レベルの可変設定

• Cold / Warm / Hot Start におけるTTFF評価

• 移動プロファイルを設定した動的シナリオ

• マルチコンステレーションおよびマルチ周波数動作の評価

シミュレータ試験は、性能特性評価、回帰試験、および認証関連測定において、最も重要な試験手法とされています。

ライブスカイ試験

ライブスカイ試験は、屋外環境に設置したアンテナを通じて、実際の衛星信号を受信する試験手法です。現実的な運用条件を再現できますが、再現性および制御性には限界があります。

ライブスカイ試験は、主に以下の目的で使用されます。

• 開発段階における機能検証

• 統合デバイスのフィールド検証

• ユーザー体験の評価

衛星幾何配置、干渉、気象条件などの外部要因を制御できないため、ライブスカイ試験のみを性能検証やコンプライアンス証拠の根拠とすることは適していません。

感度およびTTFF評価

感度およびTTFFの測定は、一貫性と再現性を確保するため、一般的にGNSSシミュレータを用いて実施されます。

代表的な評価手法には、以下が含まれます。

• 信号レベルを段階的に減衰させ、取得および追尾の閾値を特定

• Cold / Warm / Hot Start 条件を定義したTTFF測定

• 対応する衛星コンステレーションおよび周波数帯全体での検証

これらの測定は、前章で定義した性能パラメータを直接的に裏付けるものです。

干渉およびロバスト性試験

ロバスト性試験では、信号劣化や干渉源が存在する状況下での受信機性能を評価します。

主な試験観点は以下のとおりです。

• インバンドおよびアウトオブバンド干渉の注入

• 隣接送信機との共存シナリオ

• 信号遮断およびフェージングのシミュレーション

• 移動および電源変動条件下での動的ストレス試験

これらの試験は、GNSSを携帯通信、Wi-Fi、その他の無線技術と統合したデバイスにおいて、特に重要となります。

コンプライアンス指向の試験

特定の用途や市場においては、GNSS受信機が定義された性能要件および放射要件への適合を示す必要があります。

例として、以下が挙げられます。

• 欧州市場向け ETSI EN 303 413 に基づく性能検証

• 受信機ブロッキング特性およびスプリアス放射の検証

• 試験条件、不確かさ、再現性に関する文書化

コンプライアンス指向の試験は、シミュレータベース試験を基盤とし、追跡可能で十分に文書化された試験手順が求められます。

GNSS受信機は、自ら無線信号を送信しない受信専用のパッシブ無線機器です。そのため、多くの市場において、個別の周波数ライセンスや無線機器の型式認証は原則として不要とされています。

ただし、GNSS受信機は、無線機器規制、電磁両立性（EMC）、および用途固有要件を含む地域ごとの規制枠組みの適用対象となります。さらに、一部の市場では、安全関連用途や国によって規制されたユースケースにおいて、特定の衛星システムへの対応が義務付けられています。

以下では、GNSS受信機の統合およびグローバル市場への展開に関連する主要な規制上の考慮事項を整理しています。

• GNSS受信機は、一般に個別の無線ライセンスを必要としませんが、地域ごとの無線機器規制およびEMC規制への適合が求められます。

• 規制要件は、衛星信号の受信そのものではなく、放射特性、周波数利用効率、ならびに機器レベルでの適合性に重点が置かれています。

• 用途固有の義務要件は市場アクセスにおいて重要な役割を果たします。例として、EUにおけるeCall向けGalileo対応、ロシアにおけるGLONASS、インドにおけるNavIC対応が挙げられます。

• メーカーは、対応するGNSSコンステレーションを明確に文書化するとともに、製品開発段階において地域ごとの用途要件への適合を検証することが重要です。

GNSS受信機に対する要件は、用途コンテキストによって大きく異なります。基盤となる測位技術は共通である一方、性能に対する期待値、規制上の制約、検証の優先事項は業界ごとに異なります。以下の例では、代表的な実運用シナリオにおけるGNSSの活用方法と、特に重要となる技術的およびコンプライアンス上の観点を示します。

自動車用途

自動車分野において、GNSSはナビゲーション、フリートサービス、運転支援、緊急通報システムなどに使用される、安全性および機能上重要なコンポーネントです。

代表的なユースケース

• ターンバイターン方式のナビゲーションおよび地図連動サービス

• 緊急通報システム（eCall / ERA-GLONASS）

• フリートトラッキングおよびテレマティクス

• 先進運転支援システム（ADAS）の補助機能

主要な技術要件

• 都市環境やトンネル内における高い可用性

• 車両始動後の高速かつ信頼性の高いTTFF

• 動的走行条件および信号遮断下での安定した追尾性能

• 衛星可視性向上のためのマルチコンステレーション対応

規制および試験の重点

• EU eCall向けのGalileo対応義務

• ロシア市場向け自動車用途におけるGLONASS対応

• ETSI EN 303 413に基づく性能検証

• 安全関連シナリオに対する再現性の高いシミュレータ試験

ドローンおよびUAV用途

GNSSは、無人航空機（UAV）において、ナビゲーション、姿勢安定、ジオフェンシング、自律飛行機能を実現する中核技術です。

代表的なユースケース

• 位置保持およびウェイポイント航法

• 自律飛行およびリターントゥホーム機能

• ジオフェンシングおよび空域コンプライアンス

• 測量、マッピング、点検用途

主要な技術要件

• 高い測位精度および低遅延

• 高ダイナミクスおよび急激な姿勢変化下での信頼性

• 機内無線機器やモータからの干渉に対する耐性

• 精度向上のためのマルチバンドおよびデュアル周波数対応

規制および試験の重点

• 飛行安全性に関わるGNSS性能の検証

• 動的モーションプロファイル下での検証

• RF送信機との干渉および共存試験

• 業務用UAVにおけるデュアル周波数GNSSの重要性の高まり

IoTおよびアセットトラッキング用途

IoTデバイスでは、GNSSはアセットトラッキング、物流、監視用途に広く使用されており、消費電力やサイズに厳しい制約が課されることが一般的です。

代表的なユースケース

• 資産およびコンテナのトラッキング

• スマートロジスティクスおよびサプライチェーン監視

• 野生動物および家畜の追跡

• インフラ監視および時刻同期

主要な技術要件

• 低消費電力および効率的なデューティサイクル制御

• 低信号レベルでの確実な捕捉性能

• 長時間スリープ後でも許容可能なTTFF

• 小型アンテナおよびRFフロントエンドの統合設計

規制および試験の重点

• 低消費電力条件下での感度および追尾性能

• 携帯通信（LTE-M、NB-IoT）およびLPWAN無線との共存

• Cold Start条件におけるTTFF検証

• インド市場向けNavIC対応などの地域要件

用途横断的な考慮事項

すべての用途分野に共通して、GNSSの性能およびコンプライアンスは、制御され再現性のある検証に依存します。

• シミュレータ試験により、感度、TTFF、測位精度を一貫して評価可能

• マルチコンステレーション対応は、厳しい環境下でのロバスト性を向上

• 規制要件は、対応すべきGNSSコンステレーションにますます影響を与えている

• GNSSが他の無線技術と併用される場合、統合試験が不可欠

当社の認定試験所では、制御された信号シミュレーション、性能試験、およびコンプライアンス指向の測定を通じて、GNSS受信機の評価を支援しています。感度、TTFF、測位精度の検証、耐干渉性評価、ならびに自動車およびIoT用途における用途固有要件への対応が含まれます。

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