[计算机硬件及网络]手机测试基础知识

培训主题,制造总厂培训小组编辑:郑国荣,GSM手机测试知识,GSM频带（GSM Band）,一个频带（Band）对应上行、下行两部分，上行即移动台发基站收，下行即基站发移动；在900MHZ频带（GSM900），上下行间隔45MHZ，在1800MHZ频带（DCS），上下行间隔95MHZ。一个频带占据一定的带宽，在带宽内划分了多个频道（chennel），每个频道定义了一个对应的频道号，频道间相互间隔0.20MHZ，一般我们GSM手机使用比较常见的频带划分如下：,PGSM,上行：890.20MHZ914.80MHZ下行：935.20MHZ959.80MHZ其对应的频道号为1124，共124个频道，中心频道为62,EGSM,上行：880.20MHZ914.80MHZ下行：925.20MHZ959.80MHZ其对应的频道号分为两部分：925.20MHZ934.80MHZ的频道号为9751023 935.20MHZ959.80MHZ的频道号为0124共174个频道，中心频道为37,DCS,上行：1710.20MHZ1784.80MHZ下行：1805.20MHZ1879.80MHZ其对应的频道号为512885，共374个频道，中心频道为698,PCS,上行：1850.20MHZ1909.80MHZ下行：1930.20MHZ1989.80MHZ其对应的频道号为512810，共299个频道，中心频道为661,GSM850,上行：824.20MHZ848.80MHZ下行：869.20MHZ893.80MHZ其对应的频道号为128251，共124个频道，中心频道为189,校准的意义和目的,由于生产生产无线发射、接收设备时 ，所用元器件的绝对精度通常不足以满足设备频率、功率电平和其它参数的性能目标。而降低系统性能偏差的方式之一就是使用更加昂贵的、精度更高的、一致性更好的元器件。但是，在现实情况下，每个无线设备生产厂商都刻意要给用户提供价廉物美的产品，因此在成本的压力下，设计人员通常不会选用昂贵的、精度更高的、一致性更好的元器件作设计，而是走到了相反的方向，这样校准就成为研发生产中不可或缺的一环，它会极大地减少无线发射、接收设备对元器件的要求，降低材料成本，最终降低整个无线发射、接收设备的成本。,通常需要校准的指标,一、频率 生产出的产品，在所有信道上都能达到协议所要求的频率精度，这对硬件设计是个挑战。因此这些无线设备一般都设计一个数字压控振荡来保证发射和接收频率的精度，校准频率的全部物理含义就是精确的实测出数字压控振荡的斜率和节距，将此数学模型写入设备中。设备在正常工作时，按照此模型计算出控制数字压控振荡的数字控制量，来调谐发射、接收频率，使之达到其协议要求精度；信道（包括接收和发射）的中心频率是线性的，且线性设计容易实现，因此频率校准只需在一个信道上校准即可 。,通常需要校准的指标,二、功率电平 在多用户系统中，协议一般会对设备所发出的信号功率电平有一个较为严格的、复杂的要求，这是由于如果设备所发出的信号功率电平偏低，那么在噪声环境或多径情况下，通信质量会变得很差，影响用户自己的正常使用；如果设备所发出的信号功率电平偏高，那么这会严重影响到其它用户的通信，直至降低系统的用户容量。而普通元器件（尤其射频元器件）的一致性、精度、线性都不是很好，因此发射功率的校准是极其重要的。功率电平校准一般分为两大类，一类是功率输出线性校准 ；另一大类是输出功率与频率响应的校准。,通常需要校准的指标,三、RSSI（接收信号强度）为保证通信质量和越区切换，实现动态频率选择或系统功率控制功能。基站一般要求移动台报告所接收到信号强度，以便系统作出正确的选择和决定。因此移动台所报告的接收信号强度是否准确，直接关系到整个通信系统的性能。它一般也分为两大类校准，一类为RSSI（接收信号强度）精度的校准，另一类就是由于移动台对不同频率的输入信号的响应不同，所引起的RSSI（接收信号强度）误差的校准，因此很多厂家也把这种校准称之为RSSI信道补偿校准。RSSI（接收信号强度）精度校准也是各有各的方法，但大体原理是一致的，那就是为了保证在不同大小的接收信号下，在解调前信号大小是一致的 。,通常需要校准的指标,四、电池的校准及其他的校准电池的校准及其他的一些校准，如温度校准、直流偏置校准等等，都是对基带电路中的A/D的参考电压的校准，以保证A/D读数的准确，这些校准一般都是测量A/D的斜率和截距。随着技术的发展，这些校准在很多厂家的设计中已经被回避掉了，也就是现在很多厂家的设计中已经不再校准这些内容了。,无线设备校准的三大块,无线校准就是三大块内容：一、频率校准；二、发射电平校准（简称发射校准）；三、接收信号强度指示校准（简称接收校准）。 校准一定是要先从频率校准开始，这是由于，不论是发射校准，还是接收校准，它们都是在某个信道上来做校准，而且都还要做频率响应校准，如果没有先作频率校准，而直接作发射或接收校准，此时控制信道频率的控制值，是用的无线设备里的缺省值，这个值可能是对的，也可能是不对的，如果不对，那么无论是作的发射校准，还是接收校准，校准结果都会受到一个频率响应导致的校准误差，频率偏得越远，这种误差会越大，而这个误差是可以通过先作频率校准而回避掉的。,为什么要对手机进行Calibration的过程？,由于手机上元器件以及工艺流程的本身存在的误差，使得每台手机的电气性能不尽相同，这可能对手机的通信质量产生较大的影响，为了获得最佳的通信质量，就需要对手机进行校准，调整相关参数，使其能获得最佳的通信质量。一般主要校准以下几个项目：AFC、TPSF、TPFC、AGC、DCoffset、RSSIC、ADC等（或AFC校准、TX校准、RX校准、ADC校准也可以）。,为什么要在测试模式下校准手机 ？,由于手机工作都是有协议的，而随着技术的进步，为了给更多用户提供更快更好的服务，协议也就越来越复杂，在正常的模式下，手机为达到最佳通信效果会及时响应协议的命令，自动调整自己的状态，在这种情况下，手机是受协议控制和调整的，此时很难对手机进行校准，为了达到校准的目的，就需要把手机设置为测试模式，此时手机不再响应协议命令，而是受控于计算机，通过计算机可以把手机设为想要的状态，在此基础上进行校准就容易的多啦。,手机校准的大体流程,1、配置各种仪表，形成校准的测试环境：2、通过计算机将手机设为测试模式；3、设置仪表和手机，使之进入要求的状态；4、让仪表（或手机）发出无线信号；5、让手机（或仪表）进行测量，并读取测量值；6、重复步骤3到5，得到一组测量结果（有些时候，有些项目不需要重复步骤3到5）；7、基于测量值进行计算，得到某项指标的校准结果；8、将测量结果写入手机（有些时候，有些项目不执行此步）；9、重复步骤2到8，完成所有项目的校准；10、将所有的校准结果写入无线设备（有些不执行）。,手机电性能测试指标,1、测试的目的？ 测试实际上就是挑毛病找问题, 只有找出了问题，才能对症下药, 解决问题。2、测试的条件？ 测试环境、测试设备、测试方法3、测试的准确性？ 测试设备的性能要求是否达标； 测试结果的取值方法； 测试方法的准确性。,电性能测试的大体流程,1、配置各种仪表，初始化设备形成电性能测试要求的测试环境：2、电脑与手机进行通信连机（有些不需要此步骤）；3、进行手机站位判断是否已做校准（有些不需要此步骤） ；4、设置仪表和手机，使之进入要求的状态；5、让仪表（或手机）发出无线信号，进行连机上网测试；6、让手机（或仪表）进行各项电性能指标测量，并读取测量值进行判断是否符合测试标准；7、测试通过写入站位识别号（有些不需要此步骤） 。,手机电性能测试相关指标的了解,GSM规范的标准,载波（发射）功率,定义 发射机载波功率是指在一个突发脉冲的有用信息比特时间上内，基站传送到手机天线或 收集及其天线发射的功率的平均值。在测试中发射机输出功率是有用比特（对常规信道为147比特，对允许接入信道为87比特）功率作平均计算得出。这一点与测量其他类型设备时的输出功率（无论是平均功率还是峰值功率）定义都是不同的。（非专业仪器无法辨别有用比特） 测试目的 测量发射机的载波输出功率是否符合GSM规范的指标。如果发射功率在相应的级别达不到指标要求，会造成很难打出电话的毛病，即离基站近时容易打出而离基站远时打出困难，往往表现出发射时总是提示用户重拨号码。如果发射功率在相应的级别超出指标的要求，则会造成邻道干扰。 条件参数 在相同频率及相同测试条件下，两相邻功率控制级的TX载频峰值功率的差值按GSM规范要求为 ：不小于0.5 dBm，不大于3.5 dBm ，各个功率等级的指标范围如下表：,GSM900的功率控制,DCS1800的功率控制,手机的发射功率是如何控制的呢？,由于手机不断移动，手机和基站之间的距离不断变化，因此手机的发射功率不是固定不 变的，基站根据距离远近的不同向手机发出功率级别信号，手机收到功率级别信号后会自动调整自身的功率，离基站远时发射功率大，离基站近时发射功率小。具体过程如下：手机中的数据存储器存放有功率级别表，当手机收到基站发出的功率级别要求时，在CPU的控制下，从功率表中调出相应的功率级别数据，经数/模转换后变成标准的功率电平值，而手机的实际发射功率经取样后也转换成一个相应的电平值，两个电平比较产生出功率误差控制电压，去调节发射机激励放大电路、预放、功放电路的放大量，从而使手机的发射功率调整到要求的功率级别上。,载波（发射）功率,频率误差,定义 发射机的频率误差是指测得的实际频率与理论期望的频率之差。它是通过测量手机的I/Q信号并通过相位误差做线性回归，计算该回归线的斜率即可得到频率误差。频率误差是唯一要求在衰落条件下也要进行测试的发射机指标。 测试目的 通过测量发射信号的频率误差可以检验发射机调制信号的质量和频率稳定度。频率误差小，则表示频率合成器能很快地切换频率，并且产生出来的信号足够稳定。只有信号频率稳定，手机才能与基站保持同步。若频率稳定达不到要求（0.1PPm），手机将出现信号弱甚至无信号的故障，若基准频率调节范围不够，还会出现在某一地方可以通话但在另一地方不能正常通话的故障。,频率误差,条件参数 GSM频段的频率误差范围为+90HZ-90HZ，频率误差小于40HZ时为最好，大于40HZ小于60HZ时为良好，大于60HZ小于90HZ时为一般，大于90HZ时为不合格；DCS频段的频率误差范围为+180HZ-180HZ，频率误差小于80HZ时为最好，大于80HZ小于100HZ时为良好，大于100HZ小于180HZ时为一般，大于180HZ时为不合格。,相位误差,定义 发射机的相位误差是指测得的实际相位与理论期望的相位之差。理论上的相位轨迹可根据一个已知的伪随机比特流通过0.3GMSK脉冲成形滤波器得到。相位轨迹可看作与载波相位相比较的相位变化曲线。连续的1将引起连续的90度相位的递减，而连续的0将引起连续的90度相位的递增。 峰值相位误差表示的是单个抽样点相位误差中最恶略的情况，而均方根误差表示的是所有点相位误差的恶略程度，是一个整体性的衡量。 测试目的 通过测试相位误差了解手机发射通路的信号调制准确度及其噪声特性。可以看出调制器是否正常工作，功率放大器是否产生失真，相位误差的大小显示了I、Q数位类比转换器和高斯滤波器性能的好坏。发射机的调制信号质量必须保持一定的指标，才能当存在着各种外界干扰源时保持无线链路上的低误码率，过大的相位误差会影响通话的质量。,相位误差,条件参数 GSM和DCS的相位峰值误差均小于20度，平均误差均小于5度。实际测试中相位峰值误差小于7度时为最好，大于7度小于10度时为良好，大于10度小于20度时为一般，大于20度时为不合格；相位平均误差小于2.5度时为最好，大于2.5度小于4度时为良好，大于4度小于5度时为一般，大于5度时为不合格。,发射功率/时间特性,定义 发射功率时间特性是指发射功率与发射时间之间的关系。由于GSM系统是一个TDMA的系统，八个用户共用一个频点，手机只在分配给它的时间内打开，然后必须及时关闭，以免影响相邻时隙的用户。由于这一原因，GSM规范对一个时隙中的RF突发的幅度包络作了规定，对于时隙中间有用信号的平坦度也作了相应的规定，这个幅度包络在577us的一个时隙内，其动态范围大于70dB，而时隙有用部分平坦度应小于1dB。测试目的 用于检查手机的TDMA突发脉冲的上升、下降及平坦部分与模板的吻合程度。手机发射突发信号的上升与下降部分应在+4dM-30dB模板范围之内，顶部起伏部分应在1dB模板范围之内。若突发信号超出模板范围，将会对临近时隙的用户产生干扰。,发射功率/时间特性,条件参数 对功率/时间关系的测量可以看作两部分。一部分是对上升、下降沿的测量，对上升、下降沿的要求是为了保证两个相邻突发之间不产生干扰。因为前一个突发的下降沿和后一个突发的上升沿各有一部分处于一个相同的时段，即前一个突发最后的8.25比特时间的保护段。另一部分是对突发有用部分的幅度平坦度的测量，对幅度平坦度的要求是为了保证不出现有用部分的某个或几个比特的码元功率过大，从而造成对其它比特的干扰,调制频谱,定义 调制频谱指数字比特流信息经GMSK调变后在临近频带上所产生的频谱。由于GSM调制信号的突发特性，因此输出射频频谱应考虑由于调制和射频功率电平切换而引起的对相邻信道的干扰。在时间上，连续调制频谱和功率切换频谱不是同时发生的，因而输出射频频谱可分为连续调制频谱和切换瞬态频谱。连续调制频谱是由GSM调制而产生的在其标称载频的不同频偏处（主要是在相邻频道）的射频功率。 测试目的 防止带外频谱辐射，以免引起邻道干扰（指本频道对邻频道产生的干扰）。,GSM900调制频谱,DCS1800调制频谱,开关频谱,定义 开关频谱是指由于功率切换而在标称载频的临近频带上产生的射频频谱。即由于调制突发的上升和下降沿而产生的在其标称载频的不同频偏处（主要是在相邻频道）的射频功率。 测试目的 防止频段切换时的开关脉冲对邻频道产生干扰（指本频道对邻频道产生的干扰）。,GSM900开关频谱,DCS1800开关频谱,接收报告电平和接受质量,定义 接收报告电平和接收报告质量是指手机在业务信道（TCH）上不同功率级别时接收信号的强度。它是由移动台产生的对接收信号质量的评价，在移动通信中作为射频功率控制和切换依据。 测试目的 检验手机的接收性能。当手机在小区移动时，由于传播路径衰耗的影响，手机接收下行 连链路的信号电平也将发生变化，基站将利用手机的RX Lev 报告了解手机接收信号的强度。如果报告显示TCH信道的RXLeV（接收信号功率）偏低，基站就会在相应时隙中加大功率进行补偿。如果临近小区的RXLEV比当前的RXLEV高，则预示着手机将越区切换到另一个信号更强的相邻小区，以便得到更好的通信质量。如果RXQUAL很低，但RXLEV却不低的话，则预示着可能存在着一个外来干扰信号影响正常通信。此时基站需要给手机分配一个新的频点或启用跳频模式。如果手机汇报的RXLEV和RX QUAL不准确，则网络有可能会对手机发出一些错误的指令。过低的RXLEV值将产生不必要的越区切换，而过高的RX LEV值则会推迟越区切换的时间，甚至造成通话中断。,接收报告电平和接受质量,条件参数 GSM频段选1、124两个频道，功率级别选最小LEVEL19，RX Amplitude分别设置为-52.5dBm，-72.5dBm，-102.5dBm；DCS频段选512、885两个频道，功率级别选最小LEVEL15, RX Amplitude分别设置为-52.5dBm，-72.5dBm，-102.5dBM进行测试；测试出来的结果应该在4范围内。,接收误码率,定义 接收误码率是指基站发送给手机一定电平的数据信号，手机接收到这个数据信号后对它进行解调还原，然后再发送给基站，基站接收解调后的数据和原来的比较，两者之差即为误码，用百分比表示为误码率。衡量接收误码性能主要有帧擦除率（FER）、参考比特误码率（