GNSS-Systeme müssen heute weit mehr leisten als nur Positionsdaten liefern. Ob autonome Systeme, kritische Infrastruktur, Vermessung, Luftfahrt oder moderne Kommunikationsnetze – Positioning, Navigation & Timing (PNT) muss auch unter schwierigen Signalbedingungen zuverlässig funktionieren. Genau hier setzt SimXTRACT von Spirent an: Ein Werkzeug, das reale GNSS-Aufzeichnungen analysierbar, reproduzierbar und im Simulator kontrollierbar macht.
Die Herausforderung: Realität gegen Labor
Klassische GNSS-Simulation bietet hohe Kontrolle und Wiederholbarkeit. Feldtests dagegen liefern reale Signalbedingungen – inklusive Mehrwegeausbreitung, Abschattungen, Reflexionen oder Störungen. Beide Ansätze haben jedoch Nachteile:
- Reine Laborsimulationen bilden reale Umgebungen oft nur vereinfacht ab.
- Feldtests sind teuer, zeitaufwendig und schwer reproduzierbar.
Gerade komplexe Effekte wie urbane Multipath-Szenarien, reflektierte Signale oder sporadische Störungen lassen sich häufig nur schwer systematisch untersuchen.
SimXTRACT schließt genau diese Lücke zwischen realer Welt und kontrollierter Simulation. Das System analysiert aufgezeichnete GNSS-I/Q-Daten und zerlegt sie in einzelne Signalpfade – inklusive Metadaten wie Signalstärke, Doppler-Verschiebung oder Angle of Arrival (AoA).
Dadurch entstehen aus real aufgenommenen Szenarien vollständig kontrollierbare Simulationsumgebungen.
Von der Aufzeichnung zur kontrollierten Simulation
Der grundlegende Ansatz von SimXTRACT ist technisch besonders interessant:
- Reale GNSS-Signale werden mit einem Record-&-Replay-System aufgezeichnet.
- SimXTRACT analysiert die I/Q-Daten und identifiziert einzelne Signalanteile:
- direkte Sichtverbindungen (Line of Sight)
- reflektierte Signale (Multipath)
- Störanteile
- Diese Komponenten werden separiert und als editierbare Simulationsszenarien exportiert.
- Die Szenarien können anschließend auf Spirent-Simulatoren wie PNT X, PNT Xe oder GSS7000 wiedergegeben werden.
Das Besondere daran: Entwickler können reale Szenarien gezielt verändern.
So lassen sich beispielsweise:
- einzelne Satellitensignale entfernen,
- Multipath-Anteile isolieren,
- Leistungspegel verändern,
- Störungen hinzufügen oder entfernen,
- Edge Cases reproduzierbar testen.
Damit wird aus einer einmaligen Feldaufzeichnung ein wiederverwendbares Entwicklungs- und Testwerkzeug.
Realistische Tests ohne permanente Feldkampagnen
Besonders in der Entwicklung moderner GNSS-Empfänger oder PNT-Systeme ist das ein großer Vorteil. Viele Fehler treten nur unter ganz bestimmten Umweltbedingungen auf und sind im Feld oft schwer reproduzierbar.
Mit SimXTRACT können solche Szenarien:
- gespeichert,
- analysiert,
- modifiziert
- und beliebig oft wiederholt werden.
Spirent spricht deshalb von einer Kombination aus „Realismus und wissenschaftlicher Kontrolle“.
Das reduziert Entwicklungszeiten erheblich und ermöglicht strukturierte Fehlersuche bereits in frühen Entwicklungsphasen.
Analyse realer Signalumgebungen
Neben der Szenarioerzeugung bietet SimXTRACT umfangreiche Analysefunktionen für GNSS-Signale. Laut Spirent können aufgezeichnete Daten unter anderem nach folgenden Kriterien durchsucht werden:
- Dilution of Precision (DOP)
- Satellitenanzahl
- Signal-to-Noise Ratio (SNR)
- Signaltypen
- Multipath-Eigenschaften
- Codefehler
- Einfallswinkel der Signale
Dadurch eignet sich das Werkzeug nicht nur für klassische Tests, sondern auch zur Ursachenanalyse realer Feldprobleme.
Gerade bei sporadischen GNSS-Ausfällen oder schwer erklärbaren Positionsabweichungen kann die detaillierte Zerlegung der Signalumgebung wertvolle Erkenntnisse liefern.
Relevanz für robuste und resiliente PNT-Systeme
Die Anforderungen an GNSS-Resilienz steigen kontinuierlich. Jamming, Spoofing, Mehrwegeausbreitung und schwierige urbane Signalumgebungen gehören mittlerweile zu den zentralen Herausforderungen moderner PNT-Systeme.
SimXTRACT ermöglicht hier einen besonders praxisnahen Ansatz:
Reale Störsituationen können nicht nur aufgezeichnet, sondern im Labor reproduzierbar untersucht werden.
Das eröffnet interessante Möglichkeiten für:
- GNSS-Receiver-Entwicklung
- Antennenentwicklung
- PNT-Algorithmen
- Sensorfusion
- CRPA-Systeme
- Anti-Jamming- und Anti-Spoofing-Verfahren
- autonome Systeme
- Validierung sicherheitskritischer Anwendungen
Auch für die Kombination aus Simulation und Record & Replay – beispielsweise mit Spirent GSS6450-Systemen – entsteht damit ein sehr leistungsfähiger Entwicklungsworkflow.
Typische Einsatzbereiche
Spirent nennt mehrere konkrete Anwendungsszenarien für SimXTRACT:
Receiver-Entwicklung
Reale Signalbedingungen können kontrolliert im Labor nachgebildet werden, um Empfänger gezielt auf Grenzfälle zu testen.
Algorithmus- und Chipentwicklung
Tracking-, Acquisition- oder Bit-Synchronisationsalgorithmen lassen sich mit realistischen Signalumgebungen validieren.
PNT-Systemintegration
Das Verhalten kompletter Systeme unter realen Betriebsbedingungen wird nachvollziehbar und reproduzierbar testbar.
Chamber Testing
Drive-Test-Aufzeichnungen können in kontrollierte Kammer-Tests überführt werden – inklusive korrekter Angle-of-Arrival-Informationen.
Gerade letzterer Punkt kann Entwicklungsaufwand erheblich reduzieren, da reale Testfahrten nicht permanent wiederholt werden müssen.
