GNSS Compliance und Zertifizierung: Was Hersteller wissen müssen

Global Navigation Satellite Systems (GNSS) werden in zahlreichen Produkten eingesetzt, die Positions-, Navigations- oder Zeitinformationen benötigen. Von industriellen Tracking-Geräten und vernetzten Fahrzeugen bis hin zu medizinischen Geräten und Unterhaltungselektronik ist GNSS inzwischen ein wichtiger Bestandteil vieler moderner Produkte.

Für Hersteller bedeutet die Integration von GNSS jedoch mehr, als lediglich ein Empfängermodul auszuwählen. Die erforderliche Compliance-Bewertung hängt unter anderem von der Empfängerarchitektur, den unterstützten Frequenzbändern, der Antennenausführung, weiteren Funktechnologien im Produkt und den Zielmärkten ab.

Dieser Artikel erläutert die wichtigsten GNSS-Technologien, unterscheidet zwischen GNSS-Empfang und Funkübertragung und zeigt, welche regulatorischen Aspekte Hersteller bei der Planung ihrer Compliance-Prüfungen und Zertifizierungen berücksichtigen sollten.

1. Was ist GNSS?

Global Navigation Satellite System (GNSS) ist ein Oberbegriff für satellitengestützte Systeme, die Positions-, Navigations- und Zeitinformationen bereitstellen.

Zu den bekannten Systemen gehören:

GPS – Global Positioning System, betrieben von den Vereinigten Staaten.
Galileo – das globale Satellitennavigationssystem der Europäischen Union.
GLONASS – das russische globale Satellitennavigationssystem.
BeiDou – das chinesische globale Satellitennavigationssystem.
Regionale und ergänzende Systeme – Systeme, die GNSS ergänzen oder die Positionsbestimmung verbessern.

Ein GNSS-Empfänger verarbeitet die von Navigationssatelliten ausgesendeten Signale, um Informationen wie Position, Geschwindigkeit und Zeit zu bestimmen.

GNSS wird unter anderem eingesetzt in:

Navigations- und Telematiksystemen für Fahrzeuge
Flottenmanagement- und Asset-Tracking-Geräten
Industriellen IoT-Geräten
Wearables und mobilen Geräten
Vermessungs- und Positionierungssystemen
Zeit- und Synchronisationssystemen
Drohnen und anderen ferngesteuerten Geräten
Vernetzter Infrastruktur und Smart-City-Anwendungen

2. GNSS-Empfang versus Funkübertragung

Ein wichtiger Punkt bei der Compliance-Planung ist, dass ein konventioneller GNSS-Empfänger hauptsächlich Satellitensignale empfängt. Normalerweise sendet er kein Signal an die Navigationssatelliten zurück.

Damit unterscheidet sich GNSS von Technologien wie Mobilfunk, WLAN oder Bluetooth, die Funkübertragungen beinhalten.

Das Vorhandensein eines GNSS-Empfängers bedeutet jedoch nicht, dass das gesamte Produkt von den einschlägigen Funkanforderungen ausgenommen ist. Hersteller müssen die tatsächliche Produktkonfiguration bewerten. Dazu gehören:

Der GNSS-Empfänger und seine Betriebsfrequenzbänder
Die Antenne und die HF-Frontend-Implementierung
Weitere Funksender im Produkt
Digitale Schaltungen und mögliche unerwünschte Aussendungen
Die bestimmungsgemäße Verwendung und die anwendbaren Produktvorschriften
Die Zielmärkte und die dort geltenden Anforderungen

Ein Produkt mit GNSS und Mobilfunk benötigt beispielsweise eine Bewertung sowohl der GNSS-Empfangsfunktion als auch der Mobilfunk-Sendefunktion. Der erforderliche Prüfumfang lässt sich nicht allein anhand des GNSS-Moduls bestimmen.

3. GNSS-Frequenzbänder und Empfängerarchitektur

GNSS-Systeme nutzen verschiedene Frequenzbänder. Welche Frequenzen ein Empfänger unterstützt, hängt von den Satellitensystemen und Signalen ab, für die er ausgelegt ist.

Zu den gängigen GNSS-Frequenzbändern gehören:

Band oder Signalfamilie	Ungefähre Frequenz
GPS L1 / Galileo E1	1.575,42 MHz
GPS L2	1.227,60 MHz
GPS L5 / Galileo E5a	1.176,45 MHz
Galileo E5b	1.207,14 MHz
BeiDou-B1-Familie	Je nach Signal etwa 1.561–1.575 MHz
GLONASS L1	Je nach Kanal und Signal etwa 1.602 MHz

Diese Angaben sind Beispiele und keine vollständige Auflistung aller GNSS-Signale. Die tatsächlich unterstützten Frequenzen und Signalkonfigurationen sollten anhand der technischen Dokumentation des Empfängers überprüft werden.

Single-Band- und Multi-Band-Empfänger

Ein Single-Band-Empfänger verarbeitet Signale in einem GNSS-Frequenzband. Multi-Band-Empfänger können mehrere Frequenzbänder verarbeiten und dadurch unter bestimmten Bedingungen eine verbesserte Positionierungsleistung ermöglichen.

Für die Compliance ist relevant, welche Frequenzbänder unterstützt werden. Der Anwendungsbereich der jeweiligen Empfängernorm kann durch bestimmte Frequenzbereiche definiert sein. Auch Antenne, HF-Filterung, Empfängerempfindlichkeit und unerwünschte Aussendungen müssen berücksichtigt werden.

Integrierte Module und externe Antennen

GNSS kann auf unterschiedliche Weise in ein Produkt integriert werden:

GNSS-Empfängermodul mit integrierter Antenne
Empfängermodul mit externer Antenne
Direkt auf der Leiterplatte integrierter GNSS-Chipsatz
Multi-Konstellations- oder Multi-Band-Empfänger mit spezieller Antennenausführung

Die gewählte Architektur beeinflusst die Compliance-Bewertung. Änderungen an der Antenne, dem HF-Frontend, dem Leiterplattenlayout, der Abschirmung oder dem Gehäuse können die Empfangsleistung und unerwünschte Aussendungen beeinflussen.

4. GNSS-Industriezertifizierung versus regulatorische Compliance

Hersteller sollten zwischen einer branchen- oder ökosystemspezifischen Qualifizierung und der regulatorischen Compliance unterscheiden.

Je nach Produkt, Kunde, Anwendung oder vorgesehener Betriebsumgebung können branchenspezifische Anforderungen gelten. Diese können beispielsweise Interoperabilität, Positionierungsleistung, Sicherheit, Zuverlässigkeit oder die Kompatibilität mit anderen Systemen betreffen.

Die regulatorische Compliance betrifft dagegen die gesetzlichen Anforderungen für das Inverkehrbringen eines Produkts.

Bestehende Dokumentation oder Prüfergebnisse eines GNSS-Moduls können die Bewertung unterstützen. Sie belegen jedoch nicht automatisch die Konformität des fertigen Produkts.

Der Hersteller bleibt dafür verantwortlich, das vollständige Gerät zu bewerten – einschließlich Host-Gerät, Antennenkonfiguration, Stromversorgung, Gehäuse und zusätzlicher Funkfunktionen.

5. GNSS-Compliance in der Europäischen Union

In der Europäischen Union hängt der anwendbare Rechtsrahmen vom Produkt und seinen Funktionen ab.

Funkanlagenrichtlinie (RED)

Die Funkanlagenrichtlinie 2014/53/EU (Radio Equipment Directive, RED) gilt für Funkanlagen innerhalb ihres Anwendungsbereichs. GNSS-Empfangsgeräte können unter die RED fallen. Die Bewertung muss jedoch die konkrete Ausrüstung und ihre bestimmungsgemäße Funktion berücksichtigen.

Die RED enthält grundlegende Anforderungen in Bezug auf:

Gesundheit und Sicherheit
Elektromagnetische Verträglichkeit
Effiziente Nutzung des Funkspektrums und Vermeidung funktechnischer Störungen

Bei GNSS-Empfängern hängen die anzuwendenden Normen und das Konformitätsbewertungsverfahren unter anderem vom Gerätetyp und den verwendeten Frequenzbändern ab.

ETSI EN 303 413

ETSI EN 303 413 behandelt GNSS-Empfänger, die in folgenden Frequenzbereichen betrieben werden:

1.164 MHz bis 1.300 MHz
1.559 MHz bis 1.610 MHz

Die Norm legt technische Eigenschaften und Messverfahren für GNSS-Nutzerausrüstung innerhalb ihres Anwendungsbereichs fest. Ihre Anwendbarkeit muss anhand der unterstützten Frequenzbänder und der konkreten Gerätekonfiguration geprüft werden.

Der aktuelle Stand der harmonisierten Normen der Europäischen Kommission sollte zum Zeitpunkt der Bewertung überprüft werden. Dabei ist festzustellen, welche Version anwendbar ist und in welchem Umfang sie eine Konformitätsvermutung hinsichtlich der relevanten RED-Anforderungen ermöglicht.

EMV-Bewertung

Der GNSS-Empfänger ist nur ein Teil des vollständigen Produkts. Bei der EMV-Bewertung müssen gegebenenfalls auch Störaussendungen und Störfestigkeit des Host-Geräts berücksichtigt werden, darunter:

Digitale Verarbeitung und Taktschaltungen
DC/DC-Wandler und Schaltnetzteile
Displays, Prozessoren und Speicher
Schnittstellen und angeschlossene Kabel
Mobilfunk-, WLAN-, Bluetooth- oder andere Funksender

Die anzuwendenden EMV-Normen hängen von der Produktkategorie und der vorgesehenen Einsatzumgebung ab. Eine allgemeine GNSS-Empfängernorm ersetzt nicht die EMV-Bewertung des vollständigen Produkts.

Weitere EU-Anforderungen

Abhängig vom Produkt können zusätzliche Rechtsvorschriften oder Normen relevant sein, beispielsweise bei medizinischen Geräten, Fahrzeugkomponenten, Maschinen oder Geräten für sicherheitsbezogene Anwendungen.

Die regulatorische Bewertung sollte deshalb bei der Klassifizierung des vollständigen Produkts beginnen und nicht ausschließlich beim GNSS-Empfänger.

6. GNSS-Compliance in den Vereinigten Staaten

In den Vereinigten Staaten hängt der Compliance-Weg von den Funkfunktionen des Geräts und den anwendbaren FCC-Vorschriften ab.

FCC-Anforderungen für Empfänger

GNSS-Empfänger sind üblicherweise auf den Empfang ausgerichtet. Das schließt die Notwendigkeit einer FCC-Bewertung jedoch nicht aus. Anwendbare Vorschriften können Anforderungen an Empfängeraussendungen, digitale Schaltungen und weitere im Gerät enthaltene Funktionen festlegen.

Die konkreten Anforderungen hängen von der Geräteklassifizierung, den Betriebsmerkmalen und davon ab, ob das Produkt zusätzlich Sender enthält.

Produkte mit zusätzlichen Sendern

Wenn ein GNSS-Produkt zusätzlich Mobilfunk, WLAN, Bluetooth oder einen anderen Sender enthält, müssen diese Funkfunktionen nach den jeweils relevanten FCC-Anforderungen bewertet werden.

Darüber hinaus sollte geprüft werden, wie die Sender zusammenarbeiten. Dazu gehören der gleichzeitige Betrieb mehrerer Funktechnologien und die Auswirkungen der endgültigen Antennenkonfiguration.

Integration von Modulen in ein Host-Gerät

Wenn ein GNSS-Modul oder ein anderes Funkmodul bereits über FCC-Dokumentation verfügt, sollte der Hersteller die Bedingungen und Einschränkungen dieser Zulassung prüfen.

Für das fertige Produkt können weiterhin Bewertungen erforderlich sein, beispielsweise hinsichtlich:

Integrationsbedingungen des Moduls
Antennentyp und Antennengewinn
Aussendungen des Host-Geräts
Ko-Lokation und gleichzeitigem Betrieb mehrerer Sender
Kennzeichnung und Benutzerinformationen
Zusätzlicher Senderfunktionen

Die Dokumentation eines Moduls sollte als unterstützender Nachweis betrachtet werden, nicht als automatische Zulassung des fertigen Produkts.

7. GNSS-Compliance in Kanada

In Kanada müssen die Anforderungen von ISED entsprechend den Funkfunktionen und der Geräteklassifizierung berücksichtigt werden.

Die allgemeinen ISED-Anforderungen enthalten auch Bestimmungen für Empfänger, einschließlich Empfängerfunktionen, die in Transceivern integriert sind. Die konkreten Prüf- und Compliance-Anforderungen hängen vom Gerät und den relevanten Normen ab.

Bei Produkten, die GNSS mit Mobilfunk, WLAN, Bluetooth oder anderen Funktechnologien kombinieren, sollten Hersteller jede relevante Funkfunktion sowie die vollständige Host-Konfiguration bewerten.

Die Compliance-Prüfung sollte klären:

Welche ISED-Normen für den Empfänger und mögliche Sender gelten
Ob für eine Funkfunktion eine Zertifizierung erforderlich ist
Welche Anforderungen an Empfängeraussendungen anwendbar sind
Ob Bedingungen für Antennen- und Modul-Integration relevant sind
Ob für Sendefunktionen eine HF-Expositionsbewertung erforderlich ist
Welche Kennzeichnungs- und Dokumentationspflichten bestehen

Die genauen Anforderungen sollten anhand der aktuellen ISED-Normen und der konkreten Gerätekonfiguration bestätigt werden.

8. HF-Exposition bei GNSS-Produkten

Ein konventioneller GNSS-Empfänger sendet keine Navigationssignale. Daher verursacht seine Empfangsfunktion normalerweise nicht dieselbe HF-Expositionsbewertung wie ein Sender.

Viele GNSS-Produkte enthalten jedoch weitere Funktechnologien, beispielsweise Mobilfunkmodems, WLAN, Bluetooth oder proprietäre Telemetrieverbindungen.

Für diese Produkte sollten Hersteller die Sendefunktionen bewerten und unter anderem folgende Aspekte berücksichtigen:

Sendeleistung
Betriebsfrequenz
Antennentyp und Antennengewinn
Vorgesehene Verwendung und Abstände zum Körper
Ob das Produkt am Körper getragen oder in Körpernähe verwendet wird
Gleichzeitiger Betrieb mehrerer Funktechnologien
Die für den jeweiligen Zielmarkt geltenden HF-Expositionsanforderungen

Aus dem Vorhandensein eines GNSS-Empfängers sollte deshalb nicht abgeleitet werden, dass das gesamte Produkt keine HF-Expositionsanforderungen erfüllen muss.

9. Änderungen an einem GNSS-Produkt und ihre Auswirkungen auf die Compliance

Änderungen an der GNSS-Implementierung können die Empfangsleistung, Aussendungen oder die Anwendbarkeit bestehender Nachweise beeinflussen.

Beispiele sind:

Austausch des GNSS-Moduls oder Chipsatzes
Unterstützung zusätzlicher GNSS-Frequenzbänder
Änderung des Antennentyps, der Antennenposition oder des Antennengewinns
Änderungen am Leiterplattenlayout oder HF-Anpassungsnetzwerk
Änderung des Gehäuses oder Hinzufügen metallischer Komponenten
Änderungen an Abschirmung oder Filterung
Integration von Mobilfunk, WLAN, Bluetooth oder einem weiteren Sender
Änderung der Stromversorgung oder Taktschaltung
Änderung der bestimmungsgemäßen Verwendung oder Einsatzumgebung

Der Hersteller sollte jede Änderung bewerten, um festzustellen, ob bestehende Prüfnachweise weiterhin gültig sind, zusätzliche Prüfungen erforderlich werden oder die technische Dokumentation aktualisiert werden muss.

10. Häufige Fehler bei der GNSS-Compliance

Annahme, dass ein Empfänger keine Compliance-Anforderungen hat

Ein konventioneller GNSS-Empfänger sendet normalerweise nicht. Das bedeutet jedoch nicht, dass das Gerät von allen relevanten Funk-, EMV-, Sicherheits- oder sonstigen Produktanforderungen ausgenommen ist.

Modulunterlagen als Zulassung des fertigen Produkts behandeln

Die Dokumentation eines Moduls kann hilfreich sein. Das Host-Gerät und die Bedingungen der Integration müssen dennoch bewertet werden.

Unterstützte Frequenzbänder nicht berücksichtigen

Ein Empfänger kann mehrere GNSS-Systeme und Frequenzbänder unterstützen. Die tatsächliche Konfiguration sollte mit dem Anwendungsbereich der relevanten Normen abgeglichen werden.

Weitere Funktechnologien übersehen

GNSS wird häufig mit Mobilfunk, WLAN oder Bluetooth kombiniert. Diese Funktionen können den Compliance-Umfang erheblich erweitern.

Antennen- und Gehäuseänderungen ignorieren

Antennenposition, benachbarte Metallteile, Abschirmung und Gehäusematerialien können die Empfangsleistung und die Aussendungen beeinflussen.

Einen unvollständigen Prüfplan verwenden

Ein Prüfplan, der nur auf dem GNSS-Empfänger basiert, kann EMV-Anforderungen des Host-Geräts, weitere Sender, HF-Exposition oder produktspezifische Anforderungen übersehen.

11. Ein praktischer GNSS-Compliance-Workflow

Ein strukturierter Workflow hilft Herstellern, die relevanten Anforderungen vor Beginn der Prüfungen festzulegen.

Schritt 1 – Produkt definieren

Dokumentieren Sie die Produktkategorie, die bestimmungsgemäße Verwendung, die Einsatzumgebung und die Zielmärkte.

Schritt 2 – GNSS-Implementierung identifizieren

Erfassen Sie das Empfängermodul oder den Chipsatz, unterstützte Konstellationen und Frequenzbänder, die Antennenkonfiguration sowie relevante Integrationsbedingungen.

Schritt 3 – Alle weiteren Funkfunktionen identifizieren

Listen Sie Mobilfunk, WLAN, Bluetooth, NFC, proprietäre Funkverbindungen und alle weiteren im Produkt enthaltenen Sender auf.

Schritt 4 – Anwendbare Rechtsvorschriften und Normen bestimmen

Identifizieren Sie die relevanten Funk-, EMV-, Sicherheits-, HF-Expositions- und produktspezifischen Anforderungen für jeden Zielmarkt.

Schritt 5 – Bestehende Nachweise prüfen

Sammeln Sie Modulunterlagen, Prüfberichte, Konformitätserklärungen, Antenneninformationen und Integrationsbedingungen. Bestimmen Sie, welche Nachweise für das fertige Produkt verwendet werden können.

Schritt 6 – Prüfplan erstellen

Legen Sie die erforderlichen Prüfungen, Prüfmusterkonfigurationen, Betriebsmodi, Zubehörteile und den erwarteten Laboraufwand fest.

Schritt 7 – Änderungen und finale Konfiguration bewerten

Stellen Sie sicher, dass die geprüfte Konfiguration dem Serienprodukt entspricht – einschließlich Antenne, Gehäuse, Firmware und Funkfunktionen.

Schritt 8 – Technische Dokumentation vervollständigen

Bewahren Sie die erforderlichen Prüfberichte, Compliance-Bewertungen, Konformitätserklärungen und weiteren Dokumente für die Zielmärkte auf.

12. Systemarchitektur: Warum das vollständige Produkt entscheidend ist

GNSS ist häufig nur eine Komponente innerhalb eines größeren elektronischen Systems.

Ein typisches vernetztes Gerät kann folgende Komponenten enthalten:

GNSS-Empfänger und Antenne
Mobilfunkmodem und Antenne
WLAN- und Bluetooth-Funktionen
Prozessor, Speicher und digitale Schnittstellen
Schaltnetzteil
Display, Sensoren und externe Schnittstellen
Metallgehäuse oder Abschirmungskomponenten

Diese Teilsysteme können sich gegenseitig beeinflussen. Digitale Störungen oder Schaltelektronik können beispielsweise den GNSS-Empfang beeinträchtigen. Gleichzeitig können aktive Funksender Interferenzen verursachen oder zusätzliche Compliance-Anforderungen auslösen.

Die Bewertung sollte daher das vollständige System betrachten und nicht jedes Modul isoliert behandeln.

GNSS-Empfänger → Frequenzbänder und Antenne → Integration in das Host-Gerät → EMV und unerwünschte Aussendungen → zusätzliche Funktechnologien → HF-Exposition, sofern anwendbar → marktspezifische Anforderungen

Fazit

GNSS ermöglicht Positionsbestimmung, Navigation und Zeitinformationen in einer Vielzahl von Produkten. Obwohl ein konventioneller GNSS-Empfänger hauptsächlich Satellitensignale empfängt, ist für das fertige Produkt weiterhin eine strukturierte Compliance-Bewertung erforderlich.

Hersteller sollten die unterstützten GNSS-Frequenzbänder identifizieren, die Empfänger- und Antennenimplementierung bewerten, die EMV und Aussendungen des Host-Geräts berücksichtigen und alle zusätzlichen Funksender einbeziehen. Bestehende Modulunterlagen können den Prozess unterstützen, sollten aber nicht als automatischer Konformitätsnachweis für das vollständige Produkt betrachtet werden.

Ein klar definierter Prüfplan hilft dabei, die relevanten Anforderungen zu identifizieren, unnötige Prüfungen zu vermeiden und sicherzustellen, dass die endgültige Produktkonfiguration für die vorgesehenen Märkte angemessen bewertet wird.

Wie ScopeRight unterstützt

ScopeRight unterstützt Hersteller dabei, den Compliance-Umfang für Produkte mit GNSS und weiteren Funktechnologien zu definieren.

Die Plattform hilft unter anderem dabei:

Potenziell anwendbare Normen anhand der Produkteigenschaften und Zielmärkte zu identifizieren
Anforderungen an RF, EMV und Sicherheit zu strukturieren
Einen Prüfplan zu erstellen, bevor ein Prüflabor angefragt wird
Den Laboraufwand abzuschätzen und Angebotsanfragen vorzubereiten
Mehrere Funktechnologien innerhalb eines Produkts zu berücksichtigen
Compliance-Aktivitäten und zugehörige Dokumentation zu organisieren

Durch die Definition des Prüfumfangs vor Beginn der Prüfungen können Hersteller mit einem klareren Verständnis der Produktkonfiguration, der relevanten Anforderungen und des erwarteten Aufwands auf Prüflabore zugehen.

Weitere Informationen finden Sie auf der Website von ScopeRight: https://www.scope-right.com/