浅谈手机接收性能的测试
作者:网络转载 发布时间:[ 2012/12/10 15:35:57 ] 推荐标签:
两相对比我们可以看出GSM与Cdma2000测试的不同,GSM侧重的是没有和有多径快衰落和多普勒效应时手机接收弱小信号和过载信号的能力,而Cdma2000在此的测试是强调在多径快衰落和多普勒效应时,且有很多同一小区内的用户也在通话时,手机的接收性能,这里Cdma2000强调的是另外一种真实的环境——有多径干扰、有多普勒效应、有同小区其他用户的干扰,且接收到的信号不大也不小,可以看出这个测试主要是针对手机参考灵敏度或参考动态范围的测试。
Cdma2000为什么安排这么个测试,而不安排一个类似GSM一样参考灵敏度和输入电平范围的测试,而且多径信号的数量也远远小于GSM,对于此Cdma2000,都是一个自干扰系统,在一个小区内有没有其他用户同时通话,对手机接收质量有很大的影响。而且Cdma2000使用了RAKE接收技术,多径是有害的,还是有益的,是要根据多径时延的具体情况来定。Cdma2000在此安排了一个更加真实的物理环境,有同小区的其他用户的干扰,有多径衰落,有多普勒效应,这部分可讨论的东西实在太多,移动通信主要敌人之一是多径衰落和多普勒效应,笔者到此打住,不再此话题继续讨论,说实话不完全是因为篇幅原因,实在也是能力所限。
六、模拟系统内部的干扰——同信道抑制、邻信道抑制与加性高斯白噪声下的测试
在谈本节之前,先介绍两个概念,一是同频干扰,同频干扰是指相同载频电台之间的干扰,另一是邻频干扰,邻频是指两个相邻的信道之间的干扰,这是由于一个强信号串入弱信号中,且干扰弱信号而造成的干扰,这两种干扰是蜂窝式移动通信所特有的干扰,是由频道重复利用所造成。
正如前文所述,GSM是时分多址和频分多址系统,在同一个小区内会有多人分时段同时通话,在附近小区也会有用户同时通话,这样他们会受到同频干扰和邻频干扰,在这样的情况下GSM手机在接收方面要达到一个怎样的性能哪?GSM规定了同信道抑制(抑制同频干扰)测试和邻信道抑制测试(抑制邻频干扰)测试。
GSM标准规定测试同信道抑制(Co-channel rejection)的方法是:在TU3的城市环境下(意味有多径快衰落,但运动速度不快),在同信道里存在一个载波/干扰比为9dB的GSM干扰信号,有用的接收信号为-82dBm时,II RBER不超过4.3%,Ib RBER不超过2.091%,FER不超过24.0%。
GSM标准规定测试邻信道抑制(Adjacent rejection)的方法是:在TU3的城市环境下(意味有多径快衰落,但运动速度不快),分别在200kHz邻频存在高于有用信号 9dB的GSM干扰信号,400kHz邻频存在高于有用信号 41dB的GSM干扰信号,本小区有用的接收信号为-82dBm时,200kHz邻频干扰:II RBER不超过8.333%,Ib RBER不超过0.420%,FER不超过6.742%。400kHz邻频干扰:II RBER不超过9.167%,Ib RBER不超过0.756%,FER不超过11.461%。
以上测试在有些地方也被称为选择性(selective)测试。
cdma2000会受到同频干扰和邻频干扰吗?答案是肯定的,我们都知道cdma2000是码分多址,同一小区其它用户发出的信号类似加性高斯白噪声的干扰,相邻小区使用的也是同一频率(虽然cdma2000也是频分多址,但在一个地区同一网络是不会使用两个频率的),它们发出的信号也类似加性高斯白噪声的干扰,因此也没有必要再分同频干扰和邻频干扰了,直接测试手机在加性高斯白噪声下的接收质量可以了。即对理想调制信号施加加性高斯白噪声,测量接收机的误帧率,作为对同信道抑制、邻信道抑制的测试,或者是接收机的选择性测试。这实际上是模拟接收机在实际系统中使用时所遇到的真实干扰环境。
cdma2000标准中对加性高斯白噪声下的接收质量的测量规定是:施加加性高斯白噪声(Ioc)为-54dBm,Ior/Ioc为-1dB,在此情况下前向业务信道在各种通信速率下的误祯率分别不超过0.3%到5%之间。
从以上可以看出,由于多址方式的不同,同信道抑制、邻信道抑制的测试方法也是不同的,而且cdma2000也不再提同信道抑制、邻信道抑制了。cdma2000在组网时每个小区内都使用同一个频率,因此“邻频干扰”被同频干扰同化,或者说没有邻频干扰,但cdma2000的标准中却规定了一个邻信道选择性测试(Adjacent Channel Selectivity),其实这个测试只针对band class 6 (IMT-2000 band),其标准规定的出发点是,是否能与wcdma系统兼容,因此它虽叫邻信道选择性测试(当然这么叫有意义,也贴近事实),但笔者仍把他放到下一部分去讨论。
七、模拟系统外的其他通信系统的干扰——AM抑制、单音干扰、阻塞、邻信道选择性下的测试
正如第一部分所说,手机会受到系统内和系统外的干扰,本部分的测试主要是针对手机系统外干扰的测试。
GSM标准首先规定了一个阻塞(Blocking)的测试,其具体规定是GSM手机接收电平为-98dBm,其接收信道外的频带存在连续单音强干扰的情况下,II RBER不大于2.440%。这里GSM根据干扰源所处频带,把阻塞分成了带内阻塞(Block-Inband)和带外阻塞,且把带外阻塞形象的叫成阻塞扫描(Block Sweep)。带内阻塞干扰源从接收信号的中心频率正负偏移0.6MHz开始,以0.2MHz为步长,直到正负偏移3MHz为止,功率从-43dBm(靠近中心频率,比较小)起到-23dBm(远离中心频率,比较大)。阻塞扫描的干扰源则是从2MHz开始,以0.2MHz为步长,直到835MHz为止,功率为-23dBm。
从以上的规定不难看出,它和手机发送、接收杂散是相对应的,换句话说手机发送、接收时会有杂散,会干扰别的频段的通信设备,要加以抑制。别的无线通信设备发送、接收时也会有杂散,它也会干扰GSM的通信,本测试是模拟在接收信道外的频带上有一个较强的窄带通信信号,它的杂散会对手机产生干扰,GSM手机对此干扰的抵抗能力。
GSM标准另外规定了一个AM抑制(AM Suppression)的测试,其具体规定是GSM手机接收电平为-98dBm,在手机工作的信道中心频点偏移6MHz至8MHz的频带上存在一个-31dBm的AM干扰信号(GSM调制信号)时,II RBER不大于2.440%。
以上两个测试其核心思想是一致的,仅是测试方法和侧重点略有不同和差异。阻塞(Blocking)测试把系统外的各种干扰(包括各种其他窄带通信信号)用一个单音来模拟,AM抑制则把这种系统外的干扰具体化为AM干扰信号(GSM调制信号)。
Cdma2000对系统外的干扰是根据各个band的实际情况,分别设计了不同的测试。Cdma2000 band class 6附近的频率被规划为同样是宽带码分多址的wcdma使用,而其他band附近的频率都被规划为窄带通信系统在使用,因此band class 6以外的所有band的测试都作单音干扰(Single Tone Desensitization)的测试,不作邻信道选择性测试和阻塞测试,而band class 6不作单音干扰测试,而要做邻信道选择性测试和阻塞测试
首先让我们来看Cdma2000标准对单音干扰测试的规定,其具体规定是Cdma2000手机接收电平为-101dBm,在手机工作的信道中心频点分别正负偏移900kHz的频点上,存在一个-30dBm的单音干扰信号时,FER不大于1%。这部分测试是针对band class 6以外的所有band的测试,它模拟了在cdma2000的信道外有一个较强的窄带干扰信号。
下面让我们来看针对band class 6设计的邻信道选择性测试和阻塞测试,Cdma2000对邻信道选择性测试的规定是,手机接收电平为-101dBm,在手机工作的信道中心频点分别正负偏移2.5MHz的频点上存在一个-37 dBm/1.23 MHz,且含有导频信号、同步信号、寻呼信号和6个业务信号的一个cdma调制信号时,FER不大于1%。
正如前文讲的邻信道选择性测试只针对band class 6,其标准规定的出发点是,是否能与wcdma系统兼容,其实它与单音干扰的测试很象,仅是把干扰信号从单音信号换成了一个cdma调制信号,当然这么一换,这个测试再叫单音干扰显然不合适。
Cdma2000对阻塞(Blocking)的测试也分为带内(In-Band)阻塞和带外(Out-Of-Band)阻塞两种,带内阻塞的具体规定是:手机接收电平为-101dBm,在手机工作的接收信道中心频点分别正负偏移2.5MHz上存在一个-56dBm的单音连续干扰源时,和分别正负偏移7.5MHz的频点上存在一个-44dBm的单音连续干扰源时,FER不大于10%。
带外阻塞的具体规定是:手机接收电平为-101dBm,从1MHz开始,以1MHz为步长,直到12.75GHz为止,存在一个从-15dBm到-44dBm单音连续干扰源时,FER不大于10%。为什么cdma2000只对band class 6作阻塞测试,尤其还做带外阻塞测试,而对别的band不要求哪?如果说带外窄带信号(单音)对宽带调制信号干扰小,别的band不用作此测试,那么band class 6为什么要做那?还是band class 6所处频带无线环境比较恶劣的原因哪?笔者对此也有疑惑。
从上面不难看出,这部分的测试主要模拟了当手机在远离基站,或接收信号被严重遮挡(接收到的信号很弱),且有个很强的干扰信号时,此时手机接收部分所应具有的能力。
八、再谈系统外的其他通信系统的干扰——在互调杂散干扰下的测试
作为系统外的干扰,笔者把互调杂散干扰单独拿出来讨论,主要是互调干扰是系统设备中的非线性引起的,如混频选择不好,使非有用信号混入,而造成的干扰,其表现如同收音机,电视机的串台,它和通信体制、多址方式无关,完全是无线设备的射频线路的质量决定的。有些地方也把它称为三次谐波互调干扰(TOI--Third Order Intermod)或者双单音测试(Two Tone Test),从这两个名字我们不难看出其涵义。
GSM对此测试的规定是:手机接收电平为-98dBm,在手机工作的信道中心频点偏移ARFCN 4的信道上存在-49dBm的GSM调制干扰信号、偏移ARFCN 8的信道上存在-50dBm的连续单音干扰信号时,II RBER不大于2.440%。
让我们分析一下干扰产生的过程,假定手机工作的信道中心频点为X,GSM信号带宽200kHz,偏移ARFCN 4的信道上GSM调制信号的频率为X+4*200kHz,偏移ARFCN 8的信道上的连续单音干扰信号的频率为X+8*200kHz,偏移ARFCN 4的信道上GSM调制信号的二次谐波的频点为(X+4*200kHz)*2,它与连续单音干扰信号互调,会产生频点为(X+4*200kHz)*2-X+8*200kHz=2*X+2*4*200kHz- X+8*200kHz=X的一个干扰,这个频率正好是手机工作的信道中心频点。这种情况严重并巧合时,你可以“同时”接到两个人的话音了。
Cdma2000对此的规定差不多,所不同的是它用了两个单音,模拟基站附件有两个窄带无线发射设备,即是用两个单音模拟两个比较大的窄带信号,其互调信号落入Cdma2000通信带内,所造成的对Cdma2000的干扰。由于落入Cdma2000带内的是一个窄带干扰信号,而且不可能是个Cdma2000的调制信号,因此,从这点可以看出,即便互调干扰较严重,用Cdma2000手机你也不大可能听到两个人的话音了。
Cdma2000对此测试的规定是:在手机工作的信道中心频点偏移正负900kHz和正负1700kHz处存在两个连续单音干扰信号,当手机接收电平为-101dBm,干扰信号强度为-43 dBm;当手机接收电平为-90dBm,干扰信号强度为-32dBm;当手机接收电平为-79dBm,干扰信号强度为-21dBm,此时FER不大于1%。此处落入带内的干扰信号的过程与GSM相同,略去推倒,值得一说的是,该干扰虽落在带内,却不是落在Cdma2000的中心频点上,而是中心频点正负100kHz处,Cdma2000为什么这么规定,笔者也不清楚。
九、结束语
不管是模拟手机、还是数字手机的GSM、cdma95、cdma2000、还是wcdma,在接收信号合适(不大也不小),没有干扰(包括系统本身的用户和其他系统的用户以及自然界的干扰),没有多径,不在运动中,接收质量都会很好(除非这个设备很烂),且声音清晰,误码率、误祯率基本为零,这反映不出手机质量的好坏,那如何来衡量手机质量的好坏?正如前文中提到的测试,是把把手机放到各种恶劣的环境中去。具体总结如下:
*模拟接收到较大或较小的信号——灵敏度与动态范围
*模拟真实的自然环境——在多径快衰落条件下的测试
*模拟系统内部的干扰——同信道抑制、邻信道抑制与加性高斯白噪声下的测试
*模拟系统外的其他通信系统的干扰——AM抑制、单音干扰、阻塞、邻信道选择性下的测试
以上介绍的测试仅是GSM、cdma2000接收测试中的一部分,挂一漏万,但足见GSM和cdma2000测试的异同,GSM测试更侧重在弱小信号、在多径条件下的对系统内部和外部的干扰抑制的测试,而cdma2000的测试从标准的标题中不难看出其测试重点。
*、3.3 Forward Common Channel Demodulation Performance
*、3.4 Forward Traffic Channel Demodulation Performance
*、3.5 Receiver Performance
3.3和3.4强调的是基带芯片对前向信道解调能力的测试,即考查基带芯片在多用户下,在各种多径下,对各种前向信道的不同速率下,不同模式下得解调能力的测试。而3.5考察手机在弱小信号下、在单音、互调干扰下的解调能力的测试。
由于系统的不同,多址方式的不同,系统的测试也不同,但笔者认为这些测试都仅仅是根据具体实际情况有所侧重,其实质是一样的,虽异曲,但同工。
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