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morlab实验室 GSM OTA指标射频测试


MORLAB

天线及OTA测试标准及要求
(Antenna and Over The Air Standards and Requirement)

2009.05.08

Presented by: Jiankun Deng

概要 ? ? ? ?

天线与OTA测

试方法介绍 国际组织对OTA的要求 中国进网对OTA的要求 MORLAB OTA实验室能力介绍

专业、卓越、精准

? 天线是什么 ? 如何发射及接收信号 ? 天线的种类有哪些

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专业、卓越、精准

基本知识介绍 目前主要有2种方法对天线的辐射性能做判定: I 从天线的辐射性能进行判定,我们定义为普通 的天线测试,也是常说的无源(PASSIVE)测试 。 II 在指定的微波暗室,对天线的辐射功率和接收 灵敏度的测试,也即常说的有源(ACTIVE)测 试。

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? 无源测试
无源测试侧重从手机天线的增益、效率、方向图 等天线的辐射参数方面考察手机的辐射性能。 ?
主要参数: Return Loss (反射损耗) Directivity (极性) Gain (增益) Efficiency (效?) Radiation Pattern (方向图) Effective Isotropic Radiated Power (增益+发射功?)

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无源测试
点源天线 1. 导线上的场 2. 馈端的场 3. 天线上的场 4. 电抗近场 5. 辐射近场、费涅尔区域 6. 辐射远场、夫朗荷夫区域

阵列天线 1. 导线上的场 2. 天线上的场 3.电抗近场 4.辐射近场、费涅尔区域 5.辐射远场、夫朗荷夫区域 6. 辐射远场、夫朗荷夫区域

D?/2?

2D?/?

10?

Antenna
Rayleigh zone

Fresnel zone

Fraunhofer zone

电抗近场

辐射近场

辐射远场

被测天线

发射天线

天线测量方法

远场方法

近场方法

室外场

室内场

紧缩场

平面扫描

柱状扫描

球面扫描

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? Gain(dBi): 在相同的输入功率下,天线在空间某点的辐射功 率与理想无方向性点源天线在同一点的功率的比值,该增益 单位为dBi,手机天线厂家提供的天线测试报告中的增益一 般以dBi 为单位。 ? Gain(dBd): 在相同的输入功率下,天线在空间某点的辐射功 率与理想半波偶极子天线最大辐射方向上功率的比值,该增 益的单位为dBd。 ? Directivity: 在相同的辐射功率下,某天线在空间某点产生的 功率与理想无方向点源天线在同一点产生的功率的比值。

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? Efficiency: 天线辐射功率和天线输入功率的比值。 ? APIP(Antenna Port Input Power): 加入到天线口的功率大 小,是PA输出到天线口的功率大小。该功率大小主要跟手机 的传导发射功率大小有关。 ? EIRP(Effective Isotropic Radiated Power): 等效全向辐射功 率是天线得到的功率与天线以dBi 表示的增益的乘积,反映 天线在各个方向上辐射的功率的大小。 ? PEIRP(Peak Effective Isotropic Radiated Power): 峰值等效 全向辐射功率。 ? ERP(Effective Radiated Power)的概念与EIRP 相同,但 ERP 是天线得到的功率与以dBd 表示的增益的乘积。

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无源测试

根据各参数的定义我们能得到各参数的关系:

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无源测试
Omni Directional Antenna Low Directional Antenna Semi Directional Antenna Directional Antenna

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无源测试
? 无源测试的不足
? 在采用有源测试方法之前,业界通常采用被动天线测量方法(无源测试)进行天 线的评估,以天线的方向图作为蓝牙设备的接收/发射性能的评估基准。

? 例如,偶极子天线= 偶极子天线方向图 ? 收发性能= 射频线耦合测试+ 天线增益

+
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=

?

无源测试 ? 一支端馈偶极子天线的方向图

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无源测试 ? 把一支端馈偶极子天线装在一个金属盒子上后的方向图

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November 2006

无源测试
? 即便将馈线直接引入待测物,充分考虑了待测 物及其元器件的影响后,仍然存在其他问题:
? ? ? ? 馈线的特征阻抗是50欧姆,与天线会产生失配 近场物体如手,头,桌子等等仍然会对方向图产生很 大的影响 设备本身的本底噪声会影响设备的接受性能,但是却 没有被考虑到 馈线本身测试结果也会产生影响

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OTA测试方法介绍

有源测试 有源测试主要从天线整体的辐射功率和接收灵 敏度,即TRP和TIS等,这种方法更能体现天线整 体的辐射性能。
? TRP和TIS是可溯源的量化方法,完全代表了物理层上的RF性能
? 整个测试考虑了天线的效能,设备本身的因素,以及在该设备近场范围内出现的物体 对其的影响。

? 这些方法为设备互联或者接入网络提供了翔实的评估数据 ? 同时,测试数据可以用作判断产品性能的依据,更提供了与其他产品直观 比较的基准。



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OTA测试方法介绍

OTA有源测试参数 1:TRP(总辐射功率) 2:TIS(总接收灵敏度) 3:RS (相对参考信道的接收灵敏度判定) 4:SS(灵敏度扫描) 5:EIRP(等效全向辐射功率) 6:EIS(等效全向接收灵敏度)

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OTA测试方法介绍 OTA测试方式 1:自由空间(FREE SPACE) 2:模拟人头(SIMULATED HEAD) 3:模拟手( SIMULATED HANDS) 4:笔记本( Lap Top) ……

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有源测试的方法-大环法及圆切法

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OTA测试方法介绍
OTA测试系统介绍 目前MORLAB GROUP拥有2套完整的OTA测试解决方案 。 一套位于深圳MORLAB,主要服务于华南及全国各地区天 线及手机等客户,采用的是法国SATIMO SG24天线测试系 统,获得北美CTIA的认可。 另一套位于上海MORLAB,是MORLAB集团近期联合上海 计算机软件中心一起组建的,同样符合国际国内要求的天线 测试系统,采用的是AGLIENT系统,主要是服务于华东地区 的广大客户。

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OTA测试方法介绍 TRP 测试要求 1:EUT处于最大功率发射; 2:非便携式EUT需要进行自由空间下测试; 3:便携式还要进行人头模型条件下的测试; 4:在EUT支持的每一个频段,对高中低三个 信 道进行测试; 5:对于可伸缩天线的EUT,需要在两种条件下 分别测试。

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OTA测试方法介绍
TRP 测试方法 1. 通过控制EUT的位 置,三维空间测量各 点的有效辐 射功率 EIRP,通过积分计 算球面上的平均值 2. 15度步长进行测试

TRP = conducted power + antenna total gain

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OTA测试方法介绍 TIS 测试要求
1:EUT处于最大功率发射; 2:非便携式EUT只需要进行自由空间下测试; 3:便携式还要进行人头模型条件下的测试; 4:在EUT支持的每一个频段,要选高中低三个信道进行完整 TIS测试; 5:在满足最大间隔条件下对中间信道还要进行相对灵敏度测试 ; 6:对于可伸缩天线的EUT,需要在两种条件下分别测试。

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OTA测试方法介绍
TIS 测试方法 1:通过控制EUT的位置 ,三维空间测量各点的空 间接收灵敏度EIS,通过积 分计算球面上的平均值; 2:以30度步长进行测试 。

TIS = conducted sensitivity –antenna total gain
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OTA测试方法介绍 中间信道的TIS测试方法与要求
1:找到完整测试道的最佳接收灵敏度的测量点; 2:调整定位器的位信置及测试的极化与最佳接收灵敏 度点一致; 3:调节基站模拟器的输出功率大于最佳接收灵敏度+ 5dB,测试在此功率条件下EUT在中间信道的灵敏度; 4:中间信道的灵敏度不应超过完整测试信道的误码率/ 误帧率。

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OTA测试方法介绍

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OTA测试方法介绍 OTA测试方式图解(自由空间模式)

直板式移动台

折叠式移动台

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OTA测试方法介绍 OTA测试方式图解(模拟人头模式一)

以左、右耳为旋转轴中心时的坐标系统

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OTA测试方法介绍
OTA测试方式(模拟人手)

OTA测试方式(笔记本电脑)

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OTA测试方法介绍 人头模型 ? 人头模型的标准参照IEEE 1528-2003。 ? 通话位置为以上标准中的“cheek”或者“touch”位置

IEEE 1528

OTA

OTA测试方法介绍

人体组织液配方
成份 水 糖 羟乙基纤维素 (Hydroxyethylcellulosis) 杀菌剂(Dowicil? 75) 重量百分比(%) 45.3 54.3 0.3

0.1

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测试案例

?传导功率 32dBm ?TRP 27dBm ?PEIRP 33dBm ?推导天线性能参数: ?Eff=27-32=-5dB ?Directivity=33-27=6dB ?Gain=-5dB+6dB=1dB
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测试案例
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OTA测试案例 自由空间的TRP测试效果

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OTA测试案例 带模拟人头的TRP测试效果

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国际组织对OTA的要求
OTA标准制定组织
PCS Type Certification Review Broad (PTCRB) is a North American GSM carriers organization to provide the framework on type certification of GSM Mobile Equipment (ME) http://www.ptcrb.com Cellular Telecommunication & Internet Association (CTIA) is US association that present the interests of wireless operators and manufacturers http://www.ctia.org The 3rd Generation Partnership Project (3GPP) The current Organizational Partners are ARIB, CCSA, ETSI, ATIS, TTA, and TTC. http://www.3gpp.org COST (COoperation européenne dans le domaine de la recherche Scientifique et Technique) is an European Forum for cooperative scientific research. COST 273 SWG 2.2 Working on mobile antennas testing http://www.lx.it.pt/cost273

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国际组织对OTA的要求 进行OTA测试所需满足的条件 ? 1.全电波暗室-满足远场条件; ? 2.场地验证:静区波纹测试; ? 3.路径损耗测量; ? 4.总测量不确定度小于2dB; ? 5.辐射功率 (TRP); ? 6.灵敏度性能 (TIS)。

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国际组织对OTA的要求 CTIA认证程序
1:CTIA 认证程序提供无偏见的、独立的、集中的产品评估服务给 无线产业。认证程序测试消费无线产品一致性,以符合工业标准。 2:产品通过了CTIA的严格测试就可以被授权贴上CTIA认证的标志 。大部分美国运营商要求移动设备要被CTIA认可才能在美国使用。

FTA Conformance Test

OTA Performance Test

FCC Type Acceptance Test

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国际组织对OTA的要求 CTIA/PTCRB对OTA的要求
1:2001年CTIA- Cellular Telecommunication &Internet Association 开始制订移动终端OTA 性能测试规范《CTIA Test Plan for Mobile Stations RF Power and Receiver Performance 》; 2:自2004年8月开始,北美采纳CTIA OTA测试计划做为其认证规 范,移动终端申请北美的PTCRB认证,必须通过OTA测试(TRP、TIS) 。 3:2008年12月以后提交CTIA认证的,均需按照2.2.2版本测试。

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国际组织对OTA的要求 3GPP/GCF对OTA的要求
1:3GPP RAN 5制定了34.114《User Equipment(UE) / Mobile Station (MS) Over The Air (OTA)antenna performance 》;25.144 《User Equipment(UE) / Mobile Station (MS) Over The Air (OTA) performance Requirements》 2: GCF将使用3GPP的OTA标准进行测试; 3: GCF组织在GCF-CC 3.33.0及以后的 版本中规定了WCDMA手机做 GCF认证必须做OTA测试,目前只要求测试WCDMA的1、2、3、4、7 、9频段,不要求测试GSM部分。

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国际组织对OTA的要求
运营商对OTA的要求 目前,欧美绝大部分运营商Vodafone,T-Mobile, Verzion, Cingular都将OTA测试作为其准入测试。

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国际组织对OTA的要求
CTIA法规中对OTA的要求举例(CDMA TRP的要 求)

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国际组织对OTA的要求
3GPP中对OTA的要求举例(UMTS TRP的要求)

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中国进网对OTA的要求 中国进网对OTA的要求
1:自2008年8月1日起,移动终端入网需进行天 线性能(OTA)部分的总辐射功率测试; 2:2009年1月1日前为过渡期,在过渡期内,厂 商可以自主决定是否进行总辐射功率的测试,测 试结果为参考项; 3:2009年1月1日以后,强制进行总辐射功率的 测试,测试结果作为判定项。 4:截止目前,从北京MORLAB实验室了解到,OTA 仍然作为参考项,还没有真正强制。
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中国进网对OTA的要求 OTA国家标准介绍
1:中国进网OTA测试参考由工信部颁发的:《 YD-T 1484-2006 移动台空间射频辐射功率和接收机性能测量 方法》; 2:根据我国的实际情况进行编制,提出了针对GSM 900, DCS 1800及CDMA的射频辐射功率及接收机性能详细测 试方法。 3:2GHz WCDMA移动台空间射频辐射功率和接收机性能 测量方法,2GHz TD-SCDMA 移动台空间辐射功率和接 收机性能测量方法

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中国进网对OTA的要求 OTA测试的信道 1:GSM 900 测试信道(低,中,高)

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中国进网对OTA的要求 OTA测试的信道 1:GSM 1800 测试信道(低,中,高)

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中国进网对OTA的要求 OTA测试的信道 1:CDMA测试信道(低,中,高)

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中国进网对OTA的要求

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中国进网对OTA的要求 OTA与天线的关系 无线设备依靠天线对外收发信息,天线的好 坏直接决定了OTA性能。
? 为了通过杂散测试,未安装天线 ? 为了通过SAR测试,故意失配天线 ? 通过测试改善
匹配 调整

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一些附件是如何影响OTA的

? 一些厂商要求附件生产厂商在与本厂产品 连接使用时不得影响本厂产品的收发性能 ? 附件的结构对TRP/TIS的影响 ? 附件的本底噪声及EMC性能对TIS的影响

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OTA测试方法介绍 深圳MORLAB OTA实验室

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OTA测试方法介绍 上海MORLAB OTA实验室

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MORLAB OTA实验室能力介绍 深圳MORLAB OTA能力介绍: 1:暗室大小:4*4*4m; 2:系统:法国SATIMO第三代的SG24探头精密 测试系统; 3:测试产品类型:手机类相关产品 (GSM/CDMA/WCDMA/GPRS等)、无线通讯 类产品、笔记本电脑、天线接收器相关产品、 天线单体效能量测类产品。

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MORLAB OTA实验室能力介绍 深圳MORLAB OTA能力介绍: 4:提供的测试项目:
? 有源测试 TRP总发射功率、NHPRP近水平面发射功率、EIRP等效全向辐射功率、PEIRP峰值等效全向辐射功率 。 TIS接收灵敏度、NHPIS近水平面接收灵敏度、RS相对灵敏度、SS灵敏度扫描 无源测试 Gain(dBi);Gain(dBd)/增益; Radiation Pattern/天线方向图测试; Input Impedance/天线接口阻抗测试; VSWR/RL/天线驻波比/回波损耗测试; 3D/3D场强图; 3dB BW/FB Ratio/波束宽度,前后比; Cross polar/Isolation/交叉极化比,隔离度; Directivity/方向性; Efficiency/效率

?

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MORLAB OTA实验室能力介绍 深圳MORLAB OTA能力介绍: 5:测试范围: 天线半径小于1.2M 频率范围400MHz~6GHz 6: 2008年12月,MORLAB顺利通过了CTIA(美国移动通信
行业协会)的审核,正式成为CTIA认可的CATL (CTIA Authorized Testing Laboratory)实验室。这是对天线 产品最早推出的OTA测试能力认可计划,也是目前全球最 严格的认可计划。MORLAB的天线测试系统可为有源或无 源天线提供相应的测试环境,是中国目前最先进的天线 测试方案,也是唯一在南方投入实际运营的第三方天线 实验室。
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MORLAB OTA实验室能力介绍 上海MORLAB OTA能力介绍: 1:暗室大小:7*4*3m 2:系统:AGILENT与CCS合作建立,采用AGILENT N5230,日本安立MT8820A无线综合测试仪,德国知 名的INCOO三维转台,SCHWARZBECK天线等先进设备 。 3:测试产品类型,项目与测试范围与深圳MORLAB一 致。 4:上海MORLAB 的OTA实验室正在筹划获取CTIA认可 ,目前正与各大通过CTIA认可的实验室进行比对。
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MORLAB OTA实验室能力介绍 上海MORLAB OTA实验室同深圳 MORLAB实验室进行的对比:

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谢谢大家!

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