淺談手機接收性能的測試

    其實手機作為無線通訊設備與收音機、電視機沒有什么本質的區(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，通信質量較差；被干擾后，通信質量較差；手機靈敏度太低，在有些場合也會影響通信質量；這些其實完全可以與收音機、電視機類比的，但手機作為可移動的無線通訊產(chǎn)品，它所遇到的無線電環(huán)境遠比收音機、電視機（這里指以前的，不是指現(xiàn)在車載收音機、電視機）要惡劣，比如你在高速運動的汽車上通話——會遇到多普勒效應，在一個小區(qū)內多個用戶同時通話——會受到系統(tǒng)內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，考察手機的接收性能，就是要先了解手機都會在什么樣的無線電環(huán)境下工作。

1、 當手機在小區(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），手機只能收到弱小信號；

2、 手機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，多徑衰落對手機的通信質量影響很大，這是由于手機是移動設備，在密集的高樓大廈之間使用的幾率很大，而手機無法象電視機那樣使用定向天線來回避這個問題，當然現(xiàn)在cdma2000已經(jīng)啟用了RAKE接收機的技術；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接收機的基本原理。

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

4、 手機會受到同小區(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備的干擾；

6、 會受到其他突發(fā)性干擾，如打雷、大電機的瞬時啟停等；

    拉拉雜雜羅嗦半天，說白了衡量模擬無線設備（收音機、電視機）的接收性能就是把發(fā)送的模擬信號與接收端復制的模擬信號之間進行比對，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“轉到”了信噪比上，而手機是數(shù)字通信，沒有必要這么麻煩，直接把發(fā)送的數(shù)據(jù)流和手機接收到的、解碼后的數(shù)據(jù)流進行比較，計算出誤碼率，ok，手機的接收性能就直觀準確的表述出來了。

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

    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標準規(guī)定GSM手機要有“環(huán)回模式（loop-back mode）”，其思想是手機要把接收到的數(shù)據(jù)流再調制后發(fā)回來，以便儀表比對數(shù)據(jù)流，計算誤碼率。GSM手機只要安轉了測試SIM卡，GSM手機的“環(huán)回模式”就會被激活，測試設備可以通過下行的SACCH給手機發(fā)出命令，使之進入“環(huán)回模式”。

    cdma2000的標準也規(guī)定手機要有“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，標準規(guī)定在這種模式下，測試儀表要發(fā)出已知格式和內容的數(shù)據(jù)流，手機將這些數(shù)據(jù)解調后也不再調制發(fā)出，而是直接對這些數(shù)據(jù)進行比對，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標準在表述手機接收質量，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。當然，接收機的靈敏度越好，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。當然，不能無限制的要求手機的靈敏度，這會加大手機的制造成本。
*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。它是衡量手機接收過載信號的能力，換個說法，當接收到的信號足夠大，在手機的射頻路徑中就被截波，這個信號也是無法被正確的解調、解碼，因此這個測試也是針對手機的射頻路徑性能的測試。靈敏度反映了手機在遠離基站時的表現(xiàn)，與此相對，動態(tài)范圍反映了手機在基站附近時的表現(xiàn)。在此還要一提的是，GSM標準中對此測試的準確說法是靜態(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標準中規(guī)定，在以上這些環(huán)境中，無線信號有6條或12條，當接收到的信號為-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標準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)境下手機的接收質量下降再所難免，但也要達到標準的規(guī)定，這樣才能保證手機質量，這些指標表征出手機在這些參考環(huán)境下，正確接收弱小信號的能力，是對手機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標準規(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時手機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的標準規(guī)定。

    Cdma2000標準規(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大約在負五十幾到負六十幾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%，詳情可查標準，不再贅述。

    兩相對比我們可以看出GSM與Cdma2000測試的不同，GSM側重的是沒有和有多徑快衰落和多普勒效應時手機接收弱小信號和過載信號的能力，而Cdma2000在此的測試是強調在多徑快衰落和多普勒效應時，且有很多同一小區(qū)內的用戶也在通話時，手機的接收性能，這里Cdma2000強調的是另外一種真實的環(huán)境——有多徑干擾、有多普勒效應、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手機在接收方面要達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標準規(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標準規(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，直接測試手機在加性高斯白噪聲下的接收質量就可以了。即對理想調制信號施加加性高斯白噪聲，測量接收機的誤幀率，作為對同信道抑制、鄰信道抑制的測試，或者是接收機的選擇性測試。這實際上是模擬接收機在實際系統(tǒng)中使用時所遇到的真實干擾環(huán)境。
    
    cdma2000標準中對加性高斯白噪聲下的接收質量的測量規(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標準首先規(guī)定了一個阻塞（Blocking）的測試，其具體規(guī)定是GSM手機接收電平為-98dBm，其接收信道外的頻帶存在連續(xù)單音強干擾的情況下，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）。帶內阻塞干擾源從接收信號的中心頻率正負偏移0.6MHz開始，以0.2MHz為步長，直到正負偏移3MHz為止，功率從-43dBm（靠近中心頻率，比較?。┢鸬?23dBm（遠離中心頻率，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，它和手機發(fā)送、接收雜散是相對應的，換句話說手機發(fā)送、接收時會有雜散，會干擾別的頻段的通信設備，要加以抑制。別的無線通信設備發(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的窄帶通信信號，它的雜散會對手機產(chǎn)生干擾，GSM手機對此干擾的抵抗能力。

    GSM標準另外規(guī)定了一個AM抑制（AM Suppression）的測試，其具體規(guī)定是GSM手機接收電平為-98dBm，在手機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標準對單音干擾測試的規(guī)定，其具體規(guī)定是Cdma2000手機接收電平為-101dBm，在手機工作的信道中心頻點分別正負偏移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的窄帶干擾信號。

    下面讓我們來看針對band class 6設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，手機接收電平為-101dBm，在手機工作的信道中心頻點分別正負偏移2.5MHz的頻點上存在一個-37 dBm/1.23 MHz，且含有導頻信號、同步信號、尋呼信號和6個業(yè)務信號的一個cdma調制信號時，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，其標準規(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調制信號，當然這么一換，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（In-Band）阻塞和帶外（Out-Of-Band）阻塞兩種，帶內阻塞的具體規(guī)定是：手機接收電平為-101dBm，在手機工作的接收信道中心頻點分別正負偏移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：手機接收電平為-98dBm，在手機工作的信道中心頻點偏移ARFCN 4的信道上存在-49dBm的GSM調制干擾信號、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，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工作的信道中心頻點。這種情況嚴重并巧合時，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)射設備，即就是用兩個單音模擬兩個比較大的窄帶信號，其互調信號落入Cdma2000通信帶內，所造成的對Cdma2000的干擾。由于落入Cdma2000帶內的是一個窄帶干擾信號，而且不可能是個Cdma2000的調制信號，因此，從這點可以看出，即便互調干擾較嚴重，用Cdma2000手機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測試更側重在弱小信號、在多徑條件下的對系統(tǒng)內部和外部的干擾抑制的測試，而cdma2000的測試從標準的標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強調的是基帶芯片對前向信道解調能力的測試，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，不同模式下得解調能力的測試。而3.5考察手機在弱小信號下、在單音、互調干擾下的解調能力的測試。