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手机辐射功率和接收机特性测量技术

发表人：中国手机研发网发布日期：2005-10-8

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手机射频特性测量解决方案包括辐射功率和接收机特性的测量，本文介绍了测试原理和测试

系统的组成以及测试过程，同时介绍了在GSM、CDMA等测量中的应用。

在现代网络中，好的辐射特性是手机有效工作的关键。目前手机的尺寸越来越小，出现的经

常折衷辐射特性的情况，例如以一个很小的尺寸完成有效的天线并同时覆盖蜂窝和PCS频率是非常

困难的。一个全面的精确的辐射特性，可以帮助设计师和制造商确定手机在限制的蜂窝网络设计特

性范围内工作。

通常手机的射频指标测量分为接收机和发射机两部分。对于接收机来说，主要通过测量BER

或FER来测量接收机的灵敏度，以及RXQual和RXLev等参数。

对于发射机来说主要测量发射功率以及发射频谱，杂散等参数。这些指标参数通常是先用一

个手机天线适配器通过有线的连接方式连接到手机综测仪上，呼叫连接的建立是通过有线的方式。

这样天线对于指标的影响是不能体现的。

一般地，峰值EIRP不是手机特性的一个好的指标说明。例如，如果手机天线系统的辐射方

向图是高有向性的，峰值EIRP则高(由于天线增益在某个方向上高)，其他方向则覆盖不好。在蜂窝

环境中，天线系统的空间覆盖最大化是最好的。这样用户不用把天线指向某个特殊方向就可以得到

好的呼叫特性。

另外，人的头部会改变天线的辐射方向图的形状和峰值。因此头部引起的损耗对于频率，设

备尺寸和天线设计非常有意义。从场的特性来看，测量头部模型下的平均和峰值EIRP比在空间条件

下测量峰值EIRP更有意义。

CTIA标准要求测量球坐标下的全向辐射功率，给出了TRP(辐射功率和)的定义，如图1所示。

接收机的特性对于整个手机系统也很重要。差的接收机特性会使用户收听到很低质量的声音

信号，甚至使用户丢失基站信息并造成终止呼叫。差的接收机灵敏度经常是由于发射机发射的内部

噪声和杂散信号回馈到接收机内部造成的。因此，CTIA标准要求：在发射机最大发射功率下测量接

收机灵敏度。并要求测量球坐标下的手机的灵敏度，即TIS(全向灵敏度和)，图2和公式(1)给出了

TIS的定义:

大环法的测量方法

CTIA规定了一种称为大环法的测量方法，如图3所示。

对于TIS测量，需要6个大环切面完成3D球坐标的测量。角围绕垂直转台平面的轴旋转，每隔30

度取一个测量点，起始点如图4所示。同样角围绕水平转台平面的轴旋转。

如果被测手机支持多空中接口技术，可以依此对每个标准进行测量。首先进行空间损耗的测

量，然后进行系统信号通路的校准，将校准值记录。

择相应的通信标准，通过综测仪与手机建立呼叫，然后在需要的频率点上进行辐射功率的测

量。测试的条件分别在自由空间和增加人头模型两种情况下进行。

选择相应的通信标准，通过综测仪与手机建立呼叫，然后在标准规定的频段内取三个频率点，

分别为高，中，低，然而进行FER或BER的测量。如果BER或FER超过规定值，增加综测仪的输出

功率，直到达到规定的BER或FER。记录相应的被测手机的输出电平。测试方法按照第二部分进行，

每个规定的位置上每个频率点都要做灵敏度的测量。

TS9970是R&S公司专门用于测量手机的RF特性的测量系统。在实际条件下，对手机发射和

接收部分通过空中接口进行RF指标的测量。能够按照上述的方法和定义自动TRP和TIS的测量。

TS9970可以支持如下标准:

GSM400，850，900，1800，1900

CDMA/CDMA2000800，1900

TDMA800，1900

AMPS

GPRS

Bluetooth

W-CDMA(UMTS)

同时可以测量固定电平下的BER或FER，以及要求达到的BER时的接收电平。测试系统由手

机综测仪CMU200、频谱仪FSx、信号源SMx、RF分路开关以及转台控制器组成。其中手机综测仪CMU200

用于通过空中接口与被测手机建立连接，使被测手机处于实际工作状态。频谱仪用于测量当通信连

接建立后天线的方向图以及信号通路和空中衰减的校准。信号源用于信号通路和空中衰减的校准。

系统构成如下图5所示。

TS9970的实际应用

我们分别以GSM的辐射功率测量和CDMA的接收机测量为例，介绍TS9970的实际应用。

1900的辐射功率测量

由于GSM1900采用的是恒包络调制技术(GMSK)的TDMA技术，最小的测量功率由一个有效的

时隙中心的85%的线性平均给定。多于一个时隙的平均会减小测量精度。一个有效时隙的定义宽度为

0。577(10%，频谱分析仪必须设置到零跨度，同时使用视频触发，视频带宽设到300kHz，扫描时间

设置到在脉冲中心85%的跨度上至少300个采样点，通常0。65ms的设置对于频谱仪来说是比较适合

的。触发电平尽可能的接近噪声本底，而不产生杂散触发，通常高于本底噪声5-10dB比较合适。因

为如果GSM的时隙电平接近触发电平，会产生杂散触发，这样减小零数据引起的触发。

通过广播控制信道和手机的相关参数，呼叫手机并命令其到语音通道。测试在手机支持的频

段上三个不同的频率对进行，如下表定义的频率点：

按照图3、图4的配置设置好，分别在轴和轴进行采样测量，其中轴每旋转一次采样24个点，

轴每旋转一次采样12个点。测量结束后将采样测量数据带入公式(1)中，计算出辐射功率和。每个

频率点都要做一次这样的测量。

注：CDMA采用数字扩谱技术，基站通过发送“升”和“降”来动态管理功率控制，以保持在

要求的范围内的接收功率。最大发射功率是通过连续发送“升”位信号，几ms后达到最大功率。

为覆盖扩谱的范围，接收机前端采用宽的带宽是必要的。数字包络会引起峰值检波器的读数

过高，因此必须使用窄的视频带宽和视频平均以测定真的RMS功率值。频谱仪设置到零跨度，分辨

带宽3MHz，视频带宽1kHz，扫描时间最小100ms，接收到的信号必须稳定以得到可用的结果。

接收机特性的测量

CDMA接收机灵敏度的测量需要通过基站模拟器来定义接收机的灵敏度，当接收机在0.5%的

FER或95%的置信度时记录最小前向联结功率。设置按照如下参数设置：

(1)前向联结功率:-75dBm

(2)功率控制:闭环控制

(3)其他参数按照被测手机相应的标准(IS95，CDMA0NE，CDMA2000)进行设置。

如果测试点发生在零符号时，前向功率会增加，以建立和保持呼叫。呼叫ＥＵＴ并命令其到

参考测试信道，建立数字语音信道，调用ＦＥＲ测试。观测到的帧数要和９５％的置信电平一致，

但最大不能超过２０００帧。当ＲＦ电平接近ＣＤＭＡ灵敏度电平时，调整的功率步进值不能大于

０。５ｄＢ。当每个测试点的最终灵敏度找到后，功率控制设置为总升状态(alwaysup)。每次更换

测量频点前，前向联结功率和功率控制必须设回初始状态。

测试过程按第三部分叙述的进行。其中轴每旋转一次采样12个点，轴每旋转一次采样6个

点。测量结束后将采样测量数据带入公式(2)中，计算出TIS。

、3GPP双模手机

目前国内已经出现GSM、3GPP双模手机。对于3GPP的测试目前基站模拟器CMU200已经可以

完全支持，并用于3GPP手机的研发和生产。因此TS9970可以支持GSM、3GPP双模手机，系统的控

制软件正在开发中