淺談手機接收性能的測試

    其實(shí)手機作為無(wú)線(xiàn)通訊設備與收音機、電視機沒(méi)有什么本質(zhì)的區別，它同樣在通信信號被遮擋或接收到幾條路徑的無(wú)線(xiàn)信號時(shí)，通信質(zhì)量較差；被干擾后，通信質(zhì)量較差；手機靈敏度太低，在有些場(chǎng)合也會(huì )影響通信質(zhì)量；這些其實(shí)完全可以與收音機、電視機類(lèi)比的，但手機作為可移動(dòng)的無(wú)線(xiàn)通訊產(chǎn)品，它所遇到的無(wú)線(xiàn)電環(huán)境遠比收音機、電視機（這里指以前的，不是指現在車(chē)載收音機、電視機）要惡劣，比如你在高速運動(dòng)的汽車(chē)上通話(huà)——會(huì )遇到多普勒效應，在一個(gè)小區內多個(gè)用戶(hù)同時(shí)通話(huà)——會(huì )受到系統內部之間的互相干擾等等。其實(shí)本文開(kāi)始羅嗦半天，無(wú)非就是想說(shuō)明一點(diǎn)，考察手機的接收性能，就是要先了解手機都會(huì )在什么樣的無(wú)線(xiàn)電環(huán)境下工作。

1、 當手機在小區邊緣，或無(wú)線(xiàn)信號被建筑物或其他東西遮擋、或在一個(gè)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(wú)線(xiàn)路徑的射頻信號，這主要是同一個(gè)無(wú)線(xiàn)信號被城市建筑物或其他東西折射、反射過(guò)來(lái)，當這些多徑信號相位相反時(shí)，會(huì )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(huì )產(chǎn)生時(shí)延散布，這樣就形成了多徑衰落，類(lèi)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(zhì)量影響很大，這是由于手機是移動(dòng)設備，在密集的高樓大廈之間使用的幾率很大，而手機無(wú)法象電視機那樣使用定向天線(xiàn)來(lái)回避這個(gè)問(wèn)題，當然現在cdma2000已經(jīng)啟用了RAKE接收機的技術(shù)；其思想是如果不同路徑信號的延遲超過(guò)一個(gè)偽碼的碼片的時(shí)延，則在接收端可將不同的波束區別開(kāi)來(lái)。將這些不同波束分別經(jīng)過(guò)不同的延遲線(xiàn)，對齊以及合并在一起，則可達到變害為利，把原來(lái)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(dòng)的汽車(chē)或火車(chē)上通話(huà)，由于是在高速運動(dòng)中通話(huà)，會(huì )形成的多普勒效應；

4、 手機會(huì )受到同小區其他通話(huà)用戶(hù)，或其他鄰近小區通話(huà)用戶(hù)的干擾；

5、 會(huì )受到附近頻段其他正在使用的無(wú)線(xiàn)設備的干擾；

6、 會(huì )受到其他突發(fā)性干擾，如打雷、大電機的瞬時(shí)啟停等；

    拉拉雜雜羅嗦半天，說(shuō)白了衡量模擬無(wú)線(xiàn)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(jìn)行比對，計算二指的均方誤差，僅僅是在實(shí)際測試測量中，這種方法不易實(shí)現，人們才“轉到”了信噪比上，而手機是數字通信，沒(méi)有必要這么麻煩，直接把發(fā)送的數據流和手機接收到的、解碼后的數據流進(jìn)行比較，計算出誤碼率，ok，手機的接收性能就直觀(guān)準確的表述出來(lái)了。

    cdma2000是碼分、頻分多址系統，因此也是一個(gè)自干擾系統，同時(shí)碼分技術(shù)的基礎是擴頻技術(shù)，其重要應用就是解決在出現有強烈干擾下的可靠通信問(wèn)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(shù)，能把部分多徑干擾變成有益的，它是第三代無(wú)線(xiàn)通訊的標準，其不僅可以進(jìn)行語(yǔ)音通訊，而且很重視數據通訊，它比GSM標準有更多的邏輯信道。

    從前文中我們知道，衡量數字通信的方法就是把發(fā)出的和收到的數據流進(jìn)行比對，計算誤碼率，那么在具體測試過(guò)程中是如何實(shí)現這個(gè)過(guò)程哪？GSM標準規定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據流再調制后發(fā)回來(lái)，以便儀表比對數據流，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(huì )被激活，測試設備可以通過(guò)下行的SACCH給手機發(fā)出命令，使之進(jìn)入“環(huán)回模式”。

    cdma2000的標準也規定手機要有“環(huán)回模式”，但不是所有誤碼率都是用環(huán)回模式來(lái)測量，測試SCH的TDSO(Test Data Service Option)就不是用的環(huán)回模式，標準規定在這種模式下，測試儀表要發(fā)出已知格式和內容的數據流，手機將這些數據解調后也不再調制發(fā)出，而是直接對這些數據進(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中一禎數據中的CRC (Cyclic Redundancy Check)位來(lái)確定誤禎率，cdma2000為什么采用這么多方法來(lái)測試誤禎率，這點(diǎn)主要是不同邏輯信道的特點(diǎn)決定的，由于篇幅所限，筆者在此不再展開(kāi)討論。

    GSM標準在表述手機接收質(zhì)量，也就是誤碼率BER（Bit error ratio）時(shí)，除了用誤碼率這個(gè)概念外，還根據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(gè)概念，其中又把誤碼率和殘余比特誤碼率根據語(yǔ)音數據的性質(zhì)分成了II類(lèi)誤碼率、Ib類(lèi)殘余比特誤碼率和II類(lèi)殘余比特誤碼率，而cdma2000沒(méi)有象GSM那樣搞的這么復雜，它就是用誤禎率FER (Frame Error Rate)來(lái)說(shuō)事。大家都看出來(lái)了GSM和cdma2000規定的不同，本文篇幅有限不做進(jìn)一步討論，但這個(gè)問(wèn)題值得深究。

    由于這種測試是理想成沒(méi)有任何干擾情況下的測試，因此有些地方將這種靈敏度稱(chēng)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，對于碼分多址系統就意味著(zhù)系統的容量越大。當然，接收機的靈敏度越好，也就意味著(zhù)在相同條件下，小區基站所覆蓋的區域可以越大。當然，不能無(wú)限制的要求手機的靈敏度，這會(huì )加大手機的制造成本。
*GSM的靈敏度是：接收到信號為-102dBm時(shí)，II RBER要小于等于2.44%。
*Cdma2000靈敏度是：接收到信號為-104dBm時(shí)，FER要小于等于0.5%。{{分頁(yè)}}

    動(dòng)態(tài)范圍的定義：誤碼率或誤禎率不超過(guò)某個(gè)指定的值時(shí)接收功率的范圍，通常范圍是指大于一個(gè)最小值，小于一個(gè)最大值。由于人們習慣把最小的接收功率稱(chēng)之為靈敏度，故這里動(dòng)態(tài)范圍一般僅指最大的接收功率。它是衡量手機接收過(guò)載信號的能力，換個(gè)說(shuō)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(gè)信號也是無(wú)法被正確的解調、解碼，因此這個(gè)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(shí)的表現，與此相對，動(dòng)態(tài)范圍反映了手機在基站附近時(shí)的表現。在此還要一提的是，GSM標準中對此測試的準確說(shuō)法是靜態(tài)輸入電平范圍（receiver input level range）。
*GSM的動(dòng)態(tài)范圍是：
    *接收到信號為-40dBm時(shí)，II RBER要小于等于0.012%。
    *接收到信號為-15dBm時(shí)，II RBER要小于等于0.122%。
*Cdma2000動(dòng)態(tài)范圍是：接收到信號為-25 dBm時(shí)，FER要小于等于0.5%。

        GSM標準中規定，在以上這些環(huán)境中，無(wú)線(xiàn)信號有6條或12條，當接收到的信號為-102dBm時(shí)，II RBER為 7.50%到9.33%。這個(gè)要求比靜態(tài)靈敏度的要求低很多，這點(diǎn)是好理解的。

    GSM標準中把這部分測試也稱(chēng)之為參考靈敏度（Reference sensitivity）測試，這點(diǎn)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(lái)，模擬了一個(gè)較為真實(shí)的、較為全面的、帶有普遍意義的無(wú)線(xiàn)環(huán)境，在這些惡劣環(huán)境下手機的接收質(zhì)量下降再所難免，但也要達到標準的規定，這樣才能保證手機質(zhì)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(gè)綜合考察。

    從前文不難看出，GSM標準規定了一個(gè)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(méi)有參考輸入電平范圍哪？有的，不過(guò)沒(méi)有象參考靈敏度那樣測很多情況，只是在EQ模式下測試，具體的規定是在EQ模式下，輸入電平分別在-82dBm，-40dBm時(shí)，II RBER要小于等于3.250%。

    前面提到了GSM的靜態(tài)靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍，參考靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍，分別考察了沒(méi)有和有多徑快衰落和多普勒效應時(shí)手機接收弱小信號和過(guò)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的標準規定。

    Cdma2000標準規定的多徑快衰落的測試是在有1、2、3條路徑的無(wú)線(xiàn)信號，運動(dòng)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(gè)到十幾個(gè)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(méi)有和有多徑快衰落和多普勒效應時(shí)手機接收弱小信號和過(guò)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(shí)，且有很多同一小區內的用戶(hù)也在通話(huà)時(shí)，手機的接收性能，這里Cdma2000強調的是另外一種真實(shí)的環(huán)境——有多徑干擾、有多普勒效應、有同小區其他用戶(hù)的干擾，且接收到的信號不大也不小，可以看出這個(gè)測試主要是針對手機參考靈敏度或參考動(dòng)態(tài)范圍的測試。

    正如前文所述，GSM是時(shí)分多址和頻分多址系統，在同一個(gè)小區內會(huì )有多人分時(shí)段同時(shí)通話(huà)，在附近小區也會(huì )有用戶(hù)同時(shí)通話(huà)，這樣他們就會(huì )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(gè)怎樣的性能哪？GSM規定了同信道抑制（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(dòng)速度不快），在同信道里存在一個(gè)載波/干擾比為9dB的GSM干擾信號，有用的接收信號為-82dBm時(shí)，II RBER不超過(guò)4.3%，Ib RBER不超過(guò)2.091%，FER不超過(guò)24.0%。
GSM標準規定測試鄰信道抑制（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(dòng)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，本小區有用的接收信號為-82dBm時(shí)，200kHz鄰頻干擾：II RBER不超過(guò)8.333%，Ib RBER不超過(guò)0.420%，FER不超過(guò)6.742%。400kHz鄰頻干擾：II RBER不超過(guò)9.167%，Ib RBER不超過(guò)0.756%，FER不超過(guò)11.461%。

    以上測試在有些地方也被稱(chēng)為選擇性（selective）測試。

    cdma2000會(huì )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，同一小區其它用戶(hù)發(fā)出的信號類(lèi)似加性高斯白噪聲的干擾，相鄰小區使用的也是同一頻率（雖然cdma2000也是頻分多址，但在一個(gè)地區同一網(wǎng)絡(luò )是不會(huì )使用兩個(gè)頻率的），它們發(fā)出的信號也類(lèi)似加性高斯白噪聲的干擾，因此也就沒(méi)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(zhì)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(shí)際上是模擬接收機在實(shí)際系統中使用時(shí)所遇到的真實(shí)干擾環(huán)境。
    
    cdma2000標準中對加性高斯白噪聲下的接收質(zhì)量的測量規定是：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(guò)0.3%到5%之間。

    GSM標準首先規定了一個(gè)阻塞（Blocking）的測試，其具體規定是GSM手機接收電平為-98dBm，其接收信道外的頻帶存在連續單音強干擾的情況下，II RBER不大于2.440%。這里GSM根據干擾源所處頻帶，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(kāi)始，以0.2MHz為步長(cháng)，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(kāi)始，以0.2MHz為步長(cháng)，直到835MHz為止，功率為-23dBm。

    從以上的規定不難看出，它和手機發(fā)送、接收雜散是相對應的，換句話(huà)說(shuō)手機發(fā)送、接收時(shí)會(huì )有雜散，會(huì )干擾別的頻段的通信設備，要加以抑制。別的無(wú)線(xiàn)通信設備發(fā)送、接收時(shí)也會(huì )有雜散，它也會(huì )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(gè)較強的窄帶通信信號，它的雜散會(huì )對手機產(chǎn)生干擾，GSM手機對此干擾的抵抗能力。

    GSM標準另外規定了一個(gè)AM抑制（AM Suppression）的測試，其具體規定是GSM手機接收電平為-98dBm，在手機工作的信道中心頻點(diǎn)偏移6MHz至8MHz的頻帶上存在一個(gè)-31dBm的AM干擾信號（GSM調制信號）時(shí)，II RBER不大于2.440%。{{分頁(yè)}}

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

    Cdma2000對系統外的干擾是根據各個(gè)band的實(shí)際情況，分別設計了不同的測試。Cdma2000 band class 6附近的頻率被規劃為同樣是寬帶碼分多址的wcdma使用，而其他band附近的頻率都被規劃為窄帶通信系統在使用，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(lái)看Cdma2000標準對單音干擾測試的規定，其具體規定是Cdma2000手機接收電平為-101dBm，在手機工作的信道中心頻點(diǎn)分別正負偏移900kHz的頻點(diǎn)上，存在一個(gè)-30dBm的單音干擾信號時(shí)，FER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(gè)較強的窄帶干擾信號。

    下面讓我們來(lái)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定是，手機接收電平為-101dBm，在手機工作的信道中心頻點(diǎn)分別正負偏移2.5MHz的頻點(diǎn)上存在一個(gè)-37 dBm/1.23 MHz，且含有導頻信號、同步信號、尋呼信號和6個(gè)業(yè)務(wù)信號的一個(gè)cdma調制信號時(shí)，FER不大于1%。

    正如前文講的鄰信道選擇性測試只針對band class 6，其標準規定的出發(fā)點(diǎn)是，是否能與wcdma系統兼容，其實(shí)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(gè)cdma調制信號，當然這么一換，這個(gè)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，帶內阻塞的具體規定是：手機接收電平為-101dBm，在手機工作的接收信道中心頻點(diǎn)分別正負偏移2.5MHz上存在一個(gè)-56dBm的單音連續干擾源時(shí)，和分別正負偏移7.5MHz的頻點(diǎn)上存在一個(gè)-44dBm的單音連續干擾源時(shí)，FER不大于10%。

    帶外阻塞的具體規定是：手機接收電平為-101dBm，從1MHz開(kāi)始，以1MHz為步長(cháng)，直到12.75GHz為止，存在一個(gè)從-15dBm到-44dBm單音連續干擾源時(shí)，FER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(shuō)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(wú)線(xiàn)環(huán)境比較惡劣的原因哪？筆者對此也有疑惑。

    GSM對此測試的規定是：手機接收電平為-98dBm，在手機工作的信道中心頻點(diǎn)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的連續單音干擾信號時(shí)，II RBER不大于2.440%。

    讓我們分析一下干擾產(chǎn)生的過(guò)程，假定手機工作的信道中心頻點(diǎn)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(diǎn)為（X+4*200kHz）*2，它與連續單音干擾信號互調，會(huì )產(chǎn)生頻點(diǎn)為（X+4*200kHz）*2-X+8*200kHz=2*X+2*4*200kHz- X+8*200kHz=X的一個(gè)干擾，這個(gè)頻率正好是手機工作的信道中心頻點(diǎn)。這種情況嚴重并巧合時(shí)，你就可以“同時(shí)”接到兩個(gè)人的話(huà)音了。

    Cdma2000對此的規定差不多，所不同的是它用了兩個(gè)單音，模擬基站附件有兩個(gè)窄帶無(wú)線(xiàn)發(fā)射設備，即就是用兩個(gè)單音模擬兩個(gè)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(gè)窄帶干擾信號，而且不可能是個(gè)Cdma2000的調制信號，因此，從這點(diǎn)可以看出，即便互調干擾較嚴重，用Cdma2000手機你也不大可能聽(tīng)到兩個(gè)人的話(huà)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(wàn)，但足見(jiàn)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(diǎn)。
*、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(hù)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。