淺談手機(jī)接收性能的測試

    其實手機(jī)作為無線通訊設(shè)備與收音機(jī)、電視機(jī)沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，它同樣在通信信號被遮擋或接收到幾條路徑的無線信號時，通信質(zhì)量較差；被干擾后，通信質(zhì)量較差；手機(jī)靈敏度太低，在有些場合也會影響通信質(zhì)量；這些其實完全可以與收音機(jī)、電視機(jī)類比的，但手機(jī)作為可移動的無線通訊產(chǎn)品，它所遇到的無線電環(huán)境遠(yuǎn)比收音機(jī)、電視機(jī)（這里指以前的，不是指現(xiàn)在車載收音機(jī)、電視機(jī)）要惡劣，比如你在高速運(yùn)動的汽車上通話——會遇到多普勒效應(yīng)，在一個小區(qū)內(nèi)多個用戶同時通話——會受到系統(tǒng)內(nèi)部之間的互相干擾等等。其實本文開始羅嗦半天，無非就是想說明一點，考察手機(jī)的接收性能，就是要先了解手機(jī)都會在什么樣的無線電環(huán)境下工作。

1、 當(dāng)手機(jī)在小區(qū)邊緣，或無線信號被建筑物或其他東西遮擋、或在一個屏蔽的空間里（如電梯間），手機(jī)只能收到弱小信號；

2、 手機(jī)接收到多條無線路徑的射頻信號，這主要是同一個無線信號被城市建筑物或其他東西折射、反射過來，當(dāng)這些多徑信號相位相反時，會造成合成信號的幅度快速變化，且由于這些多徑信號傳播路徑不同，會產(chǎn)生時延散布，這樣就形成了多徑衰落，類比電視的從影，但要比從影惡劣的多，多徑衰落對手機(jī)的通信質(zhì)量影響很大，這是由于手機(jī)是移動設(shè)備，在密集的高樓大廈之間使用的幾率很大，而手機(jī)無法象電視機(jī)那樣使用定向天線來回避這個問題，當(dāng)然現(xiàn)在cdma2000已經(jīng)啟用了RAKE接收機(jī)的技術(shù)；其思想是如果不同路徑信號的延遲超過一個偽碼的碼片的時延，則在接收端可將不同的波束區(qū)別開來。將這些不同波束分別經(jīng)過不同的延遲線，對齊以及合并在一起，則可達(dá)到變害為利，把原來是干擾的多徑信號變成有用信號組合在一起。這就是RAKE接收機(jī)的基本原理。

3、 在運(yùn)動的汽車或火車上通話，由于是在高速運(yùn)動中通話，會形成的多普勒效應(yīng)；

4、 手機(jī)會受到同小區(qū)其他通話用戶，或其他鄰近小區(qū)通話用戶的干擾；

5、 會受到附近頻段其他正在使用的無線設(shè)備的干擾；

6、 會受到其他突發(fā)性干擾，如打雷、大電機(jī)的瞬時啟停等；

    拉拉雜雜羅嗦半天，說白了衡量模擬無線設(shè)備（收音機(jī)、電視機(jī)）的接收性能就是把發(fā)送的模擬信號與接收端復(fù)制的模擬信號之間進(jìn)行比對，計算二指的均方誤差，僅僅是在實際測試測量中，這種方法不易實現(xiàn)，人們才“轉(zhuǎn)到”了信噪比上，而手機(jī)是數(shù)字通信，沒有必要這么麻煩，直接把發(fā)送的數(shù)據(jù)流和手機(jī)接收到的、解碼后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行比較，計算出誤碼率，ok，手機(jī)的接收性能就直觀準(zhǔn)確的表述出來了。

    cdma2000是碼分、頻分多址系統(tǒng)，因此也是一個自干擾系統(tǒng)，同時碼分技術(shù)的基礎(chǔ)是擴(kuò)頻技術(shù)，其重要應(yīng)用就是解決在出現(xiàn)有強(qiáng)烈干擾下的可靠通信問題。它是寬帶調(diào)制，帶寬1.25MHz，能有效抑制一些窄帶干擾，采用了RAKE接收機(jī)技術(shù)，能把部分多徑干擾變成有益的，它是第三代無線通訊的標(biāo)準(zhǔn)，其不僅可以進(jìn)行語音通訊，而且很重視數(shù)據(jù)通訊，它比GSM標(biāo)準(zhǔn)有更多的邏輯信道。

    從前文中我們知道，衡量數(shù)字通信的方法就是把發(fā)出的和收到的數(shù)據(jù)流進(jìn)行比對，計算誤碼率，那么在具體測試過程中是如何實現(xiàn)這個過程哪？GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定GSM手機(jī)要有“環(huán)回模式（loop-back mode）”，其思想是手機(jī)要把接收到的數(shù)據(jù)流再調(diào)制后發(fā)回來，以便儀表比對數(shù)據(jù)流，計算誤碼率。GSM手機(jī)只要安轉(zhuǎn)了測試SIM卡，GSM手機(jī)的“環(huán)回模式”就會被激活，測試設(shè)備可以通過下行的SACCH給手機(jī)發(fā)出命令，使之進(jìn)入“環(huán)回模式”。

    cdma2000的標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定手機(jī)要有“環(huán)回模式”，但不是所有誤碼率都是用環(huán)回模式來測量，測試SCH的TDSO(Test Data Service Option)就不是用的環(huán)回模式，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在這種模式下，測試儀表要發(fā)出已知格式和內(nèi)容的數(shù)據(jù)流，手機(jī)將這些數(shù)據(jù)解調(diào)后也不再調(diào)制發(fā)出，而是直接對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，計算誤禎率，另外對F-BCCH、F-CCCH等信道測試也不是采用環(huán)回模式，而是用cdma2000中一禎數(shù)據(jù)中的CRC (Cyclic Redundancy Check)位來確定誤禎率，cdma2000為什么采用這么多方法來測試誤禎率，這點主要是不同邏輯信道的特點決定的，由于篇幅所限，筆者在此不再展開討論。

    GSM標(biāo)準(zhǔn)在表述手機(jī)接收質(zhì)量，也就是誤碼率BER（Bit error ratio）時，除了用誤碼率這個概念外，還根據(jù)不同情況分別引入了殘余比特誤碼率RBER（Residual Bit Error Rate）和誤禎率FER (Frame Error Rate)兩個概念，其中又把誤碼率和殘余比特誤碼率根據(jù)語音數(shù)據(jù)的性質(zhì)分成了II類誤碼率、Ib類殘余比特誤碼率和II類殘余比特誤碼率，而cdma2000沒有象GSM那樣搞的這么復(fù)雜，它就是用誤禎率FER (Frame Error Rate)來說事。大家都看出來了GSM和cdma2000規(guī)定的不同，本文篇幅有限不做進(jìn)一步討論，但這個問題值得深究。

    由于這種測試是理想成沒有任何干擾情況下的測試，因此有些地方將這種靈敏度稱之為靜態(tài)靈敏度。接收機(jī)的靈敏度越好，就意味基站發(fā)出的功率可以越小，對于碼分多址系統(tǒng)就意味著系統(tǒng)的容量越大。當(dāng)然，接收機(jī)的靈敏度越好，也就意味著在相同條件下，小區(qū)基站所覆蓋的區(qū)域可以越大。當(dāng)然，不能無限制的要求手機(jī)的靈敏度，這會加大手機(jī)的制造成本。
*GSM的靈敏度是：接收到信號為-102dBm時，II RBER要小于等于2.44%。
*Cdma2000靈敏度是：接收到信號為-104dBm時，F(xiàn)ER要小于等于0.5%。{{分頁}}

    動態(tài)范圍的定義：誤碼率或誤禎率不超過某個指定的值時接收功率的范圍，通常范圍是指大于一個最小值，小于一個最大值。由于人們習(xí)慣把最小的接收功率稱之為靈敏度，故這里動態(tài)范圍一般僅指最大的接收功率。它是衡量手機(jī)接收過載信號的能力，換個說法，當(dāng)接收到的信號足夠大，在手機(jī)的射頻路徑中就被截波，這個信號也是無法被正確的解調(diào)、解碼，因此這個測試也是針對手機(jī)的射頻路徑性能的測試。靈敏度反映了手機(jī)在遠(yuǎn)離基站時的表現(xiàn)，與此相對，動態(tài)范圍反映了手機(jī)在基站附近時的表現(xiàn)。在此還要一提的是，GSM標(biāo)準(zhǔn)中對此測試的準(zhǔn)確說法是靜態(tài)輸入電平范圍（receiver input level range）。
*GSM的動態(tài)范圍是：
    *接收到信號為-40dBm時，II RBER要小于等于0.012%。
    *接收到信號為-15dBm時，II RBER要小于等于0.122%。
*Cdma2000動態(tài)范圍是：接收到信號為-25 dBm時，F(xiàn)ER要小于等于0.5%。

        GSM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在以上這些環(huán)境中，無線信號有6條或12條，當(dāng)接收到的信號為-102dBm時，II RBER為 7.50%到9.33%。這個要求比靜態(tài)靈敏度的要求低很多，這點是好理解的。

    GSM標(biāo)準(zhǔn)中把這部分測試也稱之為參考靈敏度（Reference sensitivity）測試，這點是很有道理的。這是因為雖然接收信號同為-102dBm，但參考靈敏度的測試把自然環(huán)境考慮進(jìn)來，模擬了一個較為真實的、較為全面的、帶有普遍意義的無線環(huán)境，在這些惡劣環(huán)境下手機(jī)的接收質(zhì)量下降再所難免，但也要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，這樣才能保證手機(jī)質(zhì)量，這些指標(biāo)表征出手機(jī)在這些參考環(huán)境下，正確接收弱小信號的能力，是對手機(jī)射頻路徑和基帶芯片處理能力的一個綜合考察。

    從前文不難看出，GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個靜態(tài)靈敏度和靜態(tài)輸入電平范圍，以及參考靈敏度，那么有沒有參考輸入電平范圍哪？有的，不過沒有象參考靈敏度那樣測很多情況，只是在EQ模式下測試，具體的規(guī)定是在EQ模式下，輸入電平分別在-82dBm，-40dBm時，II RBER要小于等于3.250%。

    前面提到了GSM的靜態(tài)靈敏度與動態(tài)范圍，參考靈敏度與動態(tài)范圍，分別考察了沒有和有多徑快衰落和多普勒效應(yīng)時手機(jī)接收弱小信號和過載信號的能力，cdma2000的測試在此確改變了一些方向，首先讓我們看看Cdma2000的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

    Cdma2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的多徑快衰落的測試是在有1、2、3條路徑的無線信號，運(yùn)動速度在8-100 km/h等6種情況下，且有加性高斯白噪聲下（Ioc大約在負(fù)五十幾到負(fù)六十幾dBm之間），Ior/Ioc在幾個到十幾個dB之間，各種通訊速率下的測試，各種情況不同，誤禎率的要求也不同，從0.2%到30%，詳情可查標(biāo)準(zhǔn)，不再贅述。

    兩相對比我們可以看出GSM與Cdma2000測試的不同，GSM側(cè)重的是沒有和有多徑快衰落和多普勒效應(yīng)時手機(jī)接收弱小信號和過載信號的能力，而Cdma2000在此的測試是強(qiáng)調(diào)在多徑快衰落和多普勒效應(yīng)時，且有很多同一小區(qū)內(nèi)的用戶也在通話時，手機(jī)的接收性能，這里Cdma2000強(qiáng)調(diào)的是另外一種真實的環(huán)境——有多徑干擾、有多普勒效應(yīng)、有同小區(qū)其他用戶的干擾，且接收到的信號不大也不小，可以看出這個測試主要是針對手機(jī)參考靈敏度或參考動態(tài)范圍的測試。

    正如前文所述，GSM是時分多址和頻分多址系統(tǒng)，在同一個小區(qū)內(nèi)會有多人分時段同時通話，在附近小區(qū)也會有用戶同時通話，這樣他們就會受到同頻干擾和鄰頻干擾，在這樣的情況下GSM手機(jī)在接收方面要達(dá)到一個怎樣的性能哪？GSM規(guī)定了同信道抑制（抑制同頻干擾）測試和鄰信道抑制測試（抑制鄰頻干擾）測試。

    GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測試同信道抑制（Co-channel rejection）的方法是：在TU3的城市環(huán)境下（意味有多徑快衰落，但運(yùn)動速度不快），在同信道里存在一個載波/干擾比為9dB的GSM干擾信號，有用的接收信號為-82dBm時，II RBER不超過4.3%，Ib RBER不超過2.091%，F(xiàn)ER不超過24.0%。
GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測試鄰信道抑制（Adjacent rejection）的方法是：在TU3的城市環(huán)境下（意味有多徑快衰落，但運(yùn)動速度不快），分別在200kHz鄰頻存在高于有用信號 9dB的GSM干擾信號，400kHz鄰頻存在高于有用信號 41dB的GSM干擾信號，本小區(qū)有用的接收信號為-82dBm時，200kHz鄰頻干擾：II RBER不超過8.333%，Ib RBER不超過0.420%，F(xiàn)ER不超過6.742%。400kHz鄰頻干擾：II RBER不超過9.167%，Ib RBER不超過0.756%，F(xiàn)ER不超過11.461%。

    以上測試在有些地方也被稱為選擇性（selective）測試。

    cdma2000會受到同頻干擾和鄰頻干擾嗎？答案是肯定的，我們都知道cdma2000是碼分多址，同一小區(qū)其它用戶發(fā)出的信號類似加性高斯白噪聲的干擾，相鄰小區(qū)使用的也是同一頻率（雖然cdma2000也是頻分多址，但在一個地區(qū)同一網(wǎng)絡(luò)是不會使用兩個頻率的），它們發(fā)出的信號也類似加性高斯白噪聲的干擾，因此也就沒有必要再分同頻干擾和鄰頻干擾了，直接測試手機(jī)在加性高斯白噪聲下的接收質(zhì)量就可以了。即對理想調(diào)制信號施加加性高斯白噪聲，測量接收機(jī)的誤幀率，作為對同信道抑制、鄰信道抑制的測試，或者是接收機(jī)的選擇性測試。這實際上是模擬接收機(jī)在實際系統(tǒng)中使用時所遇到的真實干擾環(huán)境。
    
    cdma2000標(biāo)準(zhǔn)中對加性高斯白噪聲下的接收質(zhì)量的測量規(guī)定是：施加加性高斯白噪聲（Ioc）為-54dBm，Ior/Ioc為-1dB，在此情況下前向業(yè)務(wù)信道在各種通信速率下的誤禎率分別不超過0.3%到5%之間。

    GSM標(biāo)準(zhǔn)首先規(guī)定了一個阻塞（Blocking）的測試，其具體規(guī)定是GSM手機(jī)接收電平為-98dBm，其接收信道外的頻帶存在連續(xù)單音強(qiáng)干擾的情況下，II RBER不大于2.440%。這里GSM根據(jù)干擾源所處頻帶，把阻塞分成了帶內(nèi)阻塞（Block-Inband）和帶外阻塞，且把帶外阻塞形象的叫成阻塞掃描（Block Sweep）。帶內(nèi)阻塞干擾源從接收信號的中心頻率正負(fù)偏移0.6MHz開始，以0.2MHz為步長，直到正負(fù)偏移3MHz為止，功率從-43dBm（靠近中心頻率，比較?。┢鸬?23dBm（遠(yuǎn)離中心頻率，比較大）。阻塞掃描的干擾源則是從2MHz開始，以0.2MHz為步長，直到835MHz為止，功率為-23dBm。

    從以上的規(guī)定不難看出，它和手機(jī)發(fā)送、接收雜散是相對應(yīng)的，換句話說手機(jī)發(fā)送、接收時會有雜散，會干擾別的頻段的通信設(shè)備，要加以抑制。別的無線通信設(shè)備發(fā)送、接收時也會有雜散，它也會干擾GSM的通信，本測試就是模擬在接收信道外的頻帶上有一個較強(qiáng)的窄帶通信信號，它的雜散會對手機(jī)產(chǎn)生干擾，GSM手機(jī)對此干擾的抵抗能力。

    GSM標(biāo)準(zhǔn)另外規(guī)定了一個AM抑制（AM Suppression）的測試，其具體規(guī)定是GSM手機(jī)接收電平為-98dBm，在手機(jī)工作的信道中心頻點偏移6MHz至8MHz的頻帶上存在一個-31dBm的AM干擾信號（GSM調(diào)制信號）時，II RBER不大于2.440%。{{分頁}}

    以上兩個測試其核心思想是一致的，僅是測試方法和側(cè)重點略有不同和差異。阻塞（Blocking）測試把系統(tǒng)外的各種干擾（包括各種其他窄帶通信信號）用一個單音來模擬，AM抑制則把這種系統(tǒng)外的干擾具體化為AM干擾信號（GSM調(diào)制信號）。

    Cdma2000對系統(tǒng)外的干擾是根據(jù)各個band的實際情況，分別設(shè)計了不同的測試。Cdma2000 band class 6附近的頻率被規(guī)劃為同樣是寬帶碼分多址的wcdma使用，而其他band附近的頻率都被規(guī)劃為窄帶通信系統(tǒng)在使用，因此band class 6以外的所有band的測試都作單音干擾（Single Tone Desensitization）的測試，不作鄰信道選擇性測試和阻塞測試，而band class 6不作單音干擾測試，而要做鄰信道選擇性測試和阻塞測試

    首先讓我們來看Cdma2000標(biāo)準(zhǔn)對單音干擾測試的規(guī)定，其具體規(guī)定是Cdma2000手機(jī)接收電平為-101dBm，在手機(jī)工作的信道中心頻點分別正負(fù)偏移900kHz的頻點上，存在一個-30dBm的單音干擾信號時，F(xiàn)ER不大于1%。這部分測試是針對band class 6以外的所有band的測試，它模擬了在cdma2000的信道外有一個較強(qiáng)的窄帶干擾信號。

    下面讓我們來看針對band class 6設(shè)計的鄰信道選擇性測試和阻塞測試，Cdma2000對鄰信道選擇性測試的規(guī)定是，手機(jī)接收電平為-101dBm，在手機(jī)工作的信道中心頻點分別正負(fù)偏移2.5MHz的頻點上存在一個-37 dBm/1.23 MHz，且含有導(dǎo)頻信號、同步信號、尋呼信號和6個業(yè)務(wù)信號的一個cdma調(diào)制信號時，F(xiàn)ER不大于1%。

    正如前文講的鄰信道選擇性測試只針對band class 6，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的出發(fā)點是，是否能與wcdma系統(tǒng)兼容，其實它與單音干擾的測試很象，僅是把干擾信號從單音信號換成了一個cdma調(diào)制信號，當(dāng)然這么一換，這個測試再叫單音干擾顯然不合適。
Cdma2000對阻塞（Blocking）的測試也分為帶內(nèi)（In-Band）阻塞和帶外（Out-Of-Band）阻塞兩種，帶內(nèi)阻塞的具體規(guī)定是：手機(jī)接收電平為-101dBm，在手機(jī)工作的接收信道中心頻點分別正負(fù)偏移2.5MHz上存在一個-56dBm的單音連續(xù)干擾源時，和分別正負(fù)偏移7.5MHz的頻點上存在一個-44dBm的單音連續(xù)干擾源時，F(xiàn)ER不大于10%。

    帶外阻塞的具體規(guī)定是：手機(jī)接收電平為-101dBm，從1MHz開始，以1MHz為步長，直到12.75GHz為止，存在一個從-15dBm到-44dBm單音連續(xù)干擾源時，F(xiàn)ER不大于10%。為什么cdma2000只對band class 6作阻塞測試，尤其還做帶外阻塞測試，而對別的band不要求哪？如果說帶外窄帶信號（單音）對寬帶調(diào)制信號干擾小，別的band不用作此測試，那么band class 6為什么要做那？還是band class 6所處頻帶無線環(huán)境比較惡劣的原因哪？筆者對此也有疑惑。

    GSM對此測試的規(guī)定是：手機(jī)接收電平為-98dBm，在手機(jī)工作的信道中心頻點偏移ARFCN 4的信道上存在-49dBm的GSM調(diào)制干擾信號、偏移ARFCN 8的信道上存在-50dBm的連續(xù)單音干擾信號時，II RBER不大于2.440%。

    讓我們分析一下干擾產(chǎn)生的過程，假定手機(jī)工作的信道中心頻點為X，GSM信號帶寬200kHz，偏移ARFCN 4的信道上GSM調(diào)制信號的頻率為X+4*200kHz，偏移ARFCN 8的信道上的連續(xù)單音干擾信號的頻率為X+8*200kHz，偏移ARFCN 4的信道上GSM調(diào)制信號的二次諧波的頻點為（X+4*200kHz）*2，它與連續(xù)單音干擾信號互調(diào)，會產(chǎn)生頻點為（X+4*200kHz）*2-X+8*200kHz=2*X+2*4*200kHz- X+8*200kHz=X的一個干擾，這個頻率正好是手機(jī)工作的信道中心頻點。這種情況嚴(yán)重并巧合時，你就可以“同時”接到兩個人的話音了。

    Cdma2000對此的規(guī)定差不多，所不同的是它用了兩個單音，模擬基站附件有兩個窄帶無線發(fā)射設(shè)備，即就是用兩個單音模擬兩個比較大的窄帶信號，其互調(diào)信號落入Cdma2000通信帶內(nèi)，所造成的對Cdma2000的干擾。由于落入Cdma2000帶內(nèi)的是一個窄帶干擾信號，而且不可能是個Cdma2000的調(diào)制信號，因此，從這點可以看出，即便互調(diào)干擾較嚴(yán)重，用Cdma2000手機(jī)你也不大可能聽到兩個人的話音了。

    以上介紹的測試僅是GSM、cdma2000接收測試中的一部分，掛一漏萬，但足見GSM和cdma2000測試的異同，GSM測試更側(cè)重在弱小信號、在多徑條件下的對系統(tǒng)內(nèi)部和外部的干擾抑制的測試，而cdma2000的測試從標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)題中就不難看出其測試重點。
*、3.3 Forward Common Channel Demodulation Performance
*、3.4 Forward Traffic Channel Demodulation Performance
*、3.5 Receiver Performance

        3.3和3.4強(qiáng)調(diào)的是基帶芯片對前向信道解調(diào)能力的測試，即考查基帶芯片在多用戶下，在各種多徑下，對各種前向信道的不同速率下，不同模式下得解調(diào)能力的測試。而3.5考察手機(jī)在弱小信號下、在單音、互調(diào)干擾下的解調(diào)能力的測試。