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1 射频


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1 射频(RF)指标的定义和要求
1.1 接收灵敏度(Rx sensitivity) (1)定义:接收灵敏度是指收信机在满足一定的误码率性能条件下收信机输入端 需输入的最小信号电平。衡量收信机误码性能主要有帧删除率(FER)、残余误比 特率(RBER)和误比特率(BER)三个参数。这里只介绍用残余误比特率(RBER)来测

量接收灵敏度。 残余误比特率(RBER)的定义为接收到的错误比特与所有发送的的 数据比特之比。 (2)技术要求 ●GSM900MHz 频段:接收灵敏度要求:当 RF 输入电平为一 102dBm 时,RBER 不超 过 2%。测量时可测试实际灵敏度指标。根据多款移动电话的测试结果来看:当 RBER=2%时,若 RF 输入电平为-l09 一 l07dBm,则接收灵敏度为优;若 RF 输入 电平为-l07 一 l05dBm, 则接收灵敏度为良好;若 RF 输入电平为-105 一 l02dBm, 则接收灵敏度为一般;若 RF 输入电平>-l02dBm,则接收灵敏度为不合格。 ●DCSl800MHz 频段:接收灵敏度要求:当 RF 输入电平为-l00dBm,RBER 不超过 2%。 测量时可测试实际灵敏度指标。 根据多款移动电话的测试结果来看: RBER 当 =2%时,若 RF 输入电平为一 l08 一 -105dBm,则接收灵敏度为优;若 RF 输入 电平为一 105-- -l03dBm,则接收灵敏度为良好;若 RF 输入电平为-l03 一 -100dBm,则接收灵敏度为一般;若 RF 输入电平为>-l00 dB mm,则接收灵敏度 为不合格。 1.2 频率误差 Fe、相位误差峰值 Pepeak、相位误差有效值 PeRMS (1)定义:测量发射信号的频率和相位误差是检验发信机调制信号的质量。GSM 调 制方案是高斯最小移频键控(GMSK),归一化带宽为 BT=0.3。 发射信号的相位误差定义为: 发信机发射信号的相位与理论上最好信号的相位之 差。理论上的相位轨迹可根据一个己知的伪随机比特流通过 GMSK 脉冲成形滤波 器得到。 频率误差定义为考虑了调制和相位误差的影响以后,发射信号的频率 与该绝对射频频道号(ARFCH)对应的标称频率之间的差。它通过相应误差做线性 回归,计算该回归线的斜率即可得到频率误差(因为 ω =θ /t)相位误差峰值 Pepeak 是离该回归线最远的值。相位误差有效值 PeRMS 即相位误差均方根值,

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是所有点的相位误差和其线性回归之间的差的均方根值。 (2)技术要求 ●GSM900MHz 频段 ①频率误差 Fe 若 Fe<40Hz,则频率误差为优; 若 40Hz≤Fe6≤60Hz,则频率误差为良好; 若 60Hz≤Fe≤90Hz,则频率误差为一般; 若 Fe>90Hz,则频率误差为不合格。 ②相位误差峰值 Pepeak 若 Pepeak<7de8,则相位误差峰值为优; 若 7deg≤Pepeak≤l0deg,则相位误差峰值为良好; 若 10deg≤Pepeak≤20deg 则相位误差峰值为一般; 若 Pepesk>20deg,则这项指标为不合格。 ②相位误差有效值 PeRMS 若 PeRMs<2.5deg,则相位误差有效值为优; 若 2.5deg≤PeRMS≤4deg,则相位误差有效值为良好; 若 4deg≤PeRMS≤5deg,则相位误差有效值为一般; 若 PeRMS>5deg,则这项指标为不合格。 ●对于沉 S1800MHz 频段 ①频率误差 Fe 若 Fe<80Hz,则频率误差为优; 若 80Hz≤Fe≤100Hz,则频率误差为良好; 若 100HZ≤Fe≤180Hz,则频率误差为一般:

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若 F e>l 80H z,则这项指标为不合格。 ②相位误差峰值 Pepeak 同 GSM900MHz 的指标。②相位误差有效值 PeRMS 同 GSM900MHz 的指标。 1.3 射频输出功率 Po (1)定义:鉴于移动通信组网时的远近效应, 在与基站通信过程中必须对移动台的 发射功率进行控制(动态调整), 以便能保证移动台与基站之间一定的通信质量而 又不至于对其它移动台产生明显的干扰。同样,也可以对基站的发射功率进行射 频功率控制。测试移动台的射频输出功率在功率控制的每一级电平上是否满足 ETSI 规定的功率要求。 (2)技术要求 ●GSM900Mz 频段:每一功率控制电平对应的标称功率和允许的误差如表 l(对于 class IV 移动台)。●DCSl800MHz 频段:每一功率控制电平对应的标称功率和允 许的误差如表 2(对于 class I 移动台)。

1.4 调制频谱和开关频谱

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(1)定义: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号干扰。在时间上,连续调制频谱和功率切换 频谱不是 发生的,因而输出射频频谱可分为连续调制频谱和切态频谱来分别地 加以规定和测量。 连续调制是测量由 GSM 调制处理而产生的在其标称载频 同频 偏处(主要是在相邻频道)的射频功率。 开关频谱即切换瞬态频谱,是测量由于 调制突发的上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。 (2)技术要求 ●对于 GSM900MHz 频段 ①调制频谱(MOD pectsrum) 测试指标要求: 调制频谱的每一条谱线均应在 ETSI 规定的 Time-Plate 的下方(具 体的技术要求可参见 ETSIll.10 中的规定); 测试条件:功率电平设置在 5(33dB m): 测试时,可选择中间信道进行测试。 在衡量调制频谱时, 可使用谱线的指标余量(margin)。指标余量即最接近 Time-Plate 的一条谱线与 Time-Pkate 之间的距离。指标余量越大,则调制频谱 越好,即对邻道的干扰越小。 对指标余量可作如下分析: 若 margin>l0dBm,则调制频谱为优; 若 0<margin<l0dBm,则调制频谱为较好; 若 margin=0 或谱线高度超出 Time-Plate,则调制频谱为不合格。 ②开关频谱(switch spectum) 测试指标要求:调制频谱的每一条谱线均应在 ETSI 规定的 Time-Plate 的下方; 测试条件:功率电平设备在 5(33dBm); 测试时,可选择低、中、高三个信道进行测试 如 CH1、 CH62、 CHl24=。 对指标余量可作如下分析: 若 margin>10dBm,则开关频谱为优; 若 0<margin<l0dBm,则开关频谱为较好;

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若 margin=0 或谱线高度超出 Time-Plate,则开关频谱指标为不合格。 ●对于 DCSl800MHz 频段 ①调制频谱(MOD spectrum) 功率电平设置为 0(30dBm) 。 指标要求同 GSM900MHz。 1.5 杂散辐射 (1)定义:杂散辐射是指用标推测试信号调制时在除载频和由于正常调制和切换 瞬态引起的边带以及邻道以外离散频率上的辐射(即远端辐射)。 杂散辐射按其来源的不同可分为传导型和辐射型两种。 传导型杂散辐射是指天线 连接器处或进入电源引线(仅指基站)引起的任何杂散辐射; 辐射型杂散辐射是指 由于机箱(或机柜)以及设备的结构而引起的任何杂散辐射。 这里只介绍 Tx 发射时传导型杂散的测量。 (2) 技术要求 测试条件:分辨带宽 RB=l0KHz 或分辨带宽 RB=3MHz 视频带宽 VB=l0KHz 视频带宽 VB23MHz (频谱仪带宽设置与有用信号和杂散信号的相对位置有关。) 功率电平设置为对应频段的最大功率等级指标要求: ①对于在发射状态的移动台, 传导型杂散辐射在段频 9KHz-1GHz 内的杂散辐射功 率电平应小于 250nw(即-36dBm);在 1GHz 一 1275GHz 频段内的传导型杂散辐射 功率电平应小于 1uw(即号-30dBm)。 ②对于空闲状态的移动台来说,9kHz-1GHz 频段内的传导型杂散功率电平应小于 2nW(-57dBm);1GHz-12.75GHz 频段内的传导型杂散功率电平应小于 20nW(即 -47dBm)。 ③对于所有条件下的移动台,在 M S 接收频段 GSM935MHz 一 960MHz/DCSl805 一 1880MHz 内的杂散功率电平应不超过: -25PW(即-76dBm)对于 l 类功率等级移动台 -45PW(即-84dMm)对于 2、3、3、5 类功率等级移动台 1.6 天线 这里介绍一种移动台天线性能的比较测试方法,可称为远场测试(>lOλ )。其原

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理是将多种被测移动台天线辐射功率与一个标淮移动台进行比较, 来测量不同机 型天线的远场辐射性能。由于这只是一种相对的测量方法,所以 不能提供绝对 的天线性能参数值。具体的测试方法见第 2 部分。

2 射频(RF)指标测试
2.1 测试仪器及设备 RF 指标测试一般所使用的仪器设备有:系统模拟器 SS(或综测仪)、频谱仪 FSA、 移动台 MS、RF 信号发生器、陷波器、射频功率衰减器、模拟电池、测试 SIM 卡 及与移动台相匹配的测试电缆等。 2.2 测试方法和框图 (1)接收灵敏度(Rx sensitivity) 基本 RF 指标测量如图 l 所示。

a).将移动台和系统模拟器按图 l 连接起来; b).按要求在相应的信道上建立一个呼叫; c).设置功率控制电台为最大功率 5(33dBm); d).将 RF 输入电平从-102dBm 调节到-ll0 dBm(GSM900MHz),观察残余误比特率 (RBER),确定实际接收灵敏度性能;(对于 DCSl800MHz,范围为-l08 一 l00dBm; e).分别在低、中、高多个信道上进行上述测试。 输出功率 Po、频率误差 Fe、相位误差峰值 Pepeak、相位误差有效值 PeRMS、调 制频谱、 开关频谱等指标的测量设备和连接与接收灵敏度的测量基本相同,不再 赘述。 (2)杂散辐射 杂散辐射测量如图 2 所示。

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a). 将移动台、系统模拟器及频谱仪按图 2 连接; b). 信道 60 一 65 之间的一个频道上建立一个呼叫; c).设置功率控制电平为最大功率等级; d).设置频谱仪的 RBW 和 VBW; e),在 l00KHz-1GHz、1-12.75GHz 的频率范围内观察杂散辐射指标。 若移动台本身具有手动测试模式命令,则不需要系统模拟器,可直接进入测 试模式进行发射,测试杂散辐射。移动台与频谱仪按图 3 连接。

2.3 天线远场测试 天线远场测试如图 4 所示。

a).用两个测试天线分别连接综测仪和频谱仪; b).按图 4 将它们放置在相应的位置,使两个天线保持足够的距离,并保证在整 个测试过程中三者之间的相对:位置和方向保持不变; c).在低、中、高三个信道上建立呼叫;

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d).在频谱仪上读取接收到的辐射功率电平值; e).在不改变位置的情况下,用其它类型的移动台和 标准移动台进行测试; f). 比较接到的辐射功率, 可以确定不同机型天线辐射出去的功率大小和天线辐 射效率。 3 射频(RF)指标改进、提高的办法 在通信产品的开发工程中,测量是一种基本的、必要的手段,但不是最后 的目的。 在开发过程中更重要的是通过对测量得到的数据进行分析、运用理论和 经验, 找到解决问题和提高技术指标的办法。下面我们把在 GSM 手机研究开发中 采用的分析方法和经验与同行作一交流。 3.1 如何提高接收机的灵敏度指标 若通过测量发现灵敏度不高,则问题主要出现在接收机的高频或中频部分, 其次是模拟 I/Q 解调部分。 可先通过测量模拟 I/Q 输出端的电平和信噪比来判 断问题是出现在哪一部分。 灵敏度抢标主要与接收机的中频放大器特别是 RF 前端的 LNT 和第一混频器 有关。在许多情况下,影响和制约灵敏度的因素不在于增益而在于噪声系数。对 于 GSM 移动电话前端 LNT 的要求是:噪声系数小于 2dB、增益约 15dB/GSM900 或 13dB/DCSl800,第一混频器的增益约 10dB。键控 AGC 的可控制范围约 20dB。 该项指标的改进方法如下: (1)选择高增益、低噪声的 RF 前端电路或 ASIC。 (2)注意从前端到模拟 I/Q 输出端的净增益是否足够。 一般 GSM 移动电话 I/Q 单端输出的信号强度为 500mVpp,根据 EYSI 标准的 技术要求净增益应大于 90dB。 (3)充分注意到 RF 和 IF SAw 滤波器的选择和输入输出匹配电路的设计。第 一射频 SAW 滤波器应主要考虑具有低的插损: 第二射频 SAW 滤波器主要考虑具有 高的选择性;IF SAW 滤波器要选低插损、选择性好的器件。 (4)BaLum 也是一个很重要的高频器件,应通过测量看其是否满足电路设计 的要求。 (5)RF Tx/RX 开关 IC 和 RF 测试插座也必须通过指标测试,达到设计要求。 (6)EMC 设计方面是否存在问题?应增强接地、屏蔽和滤波的措施。 (7)工艺方面的考虑:应注意 PDB layout 设计,特别是前端电路的布局设计 和特征阻抗匹配设计; 应注意到由 于 SMT 工艺参数选择不合适会造成 RF 部分特 别是 SAW 滤波器虚焊。 3.2 频率误差指标的改进方法 (1)可通过测量判断 l3MHz TCX0 是否达到设计要求,若不满足要求则更换或 重选配套的生产厂家。 (2)AFC 控制软件和控制环路滤波电路的设计是否存在问题 (3)TCXO 的供电回路设计是否有问题 3.3 相位误差指标的改进方法 (1)根据 θ =ω t,我们知道:相位误差与时间误差和频率误差都有关系, 因此, 频率合成器的相位噪声和锁定时间会对该项指标造成影响。若频率合成器 的锁定时间缩短会导致相应噪声加大,从而引起相位误差加大,这一点在 GPRS 的应用中需引起足够的重视。 (2)其他的改进办法请见参考资料[3]。 3.4 发射功率指标的改进办法

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(1)检查 PA 的激励功率是否足够?若有问题,可加大激励功率; (2)再次检查 PA 的输入和输出匹配电路设计是否正确; (3)关键器件 PA 的技术参数是否满足要求; (4)检查和测试 RF 开关、定向耦合器、天线端的 RF 测试接插件、PA 供电电 路是否正常; (5)检查 TX-VCO 输出的电平是否足够; (6)APC 控制 IC、APC 控制软件中的 table 参数和算法是否有问题. 3.5 小型螺旋天线(stubby antinna)的改进方法 天线是移动电话的终极元件当然非常重要。有时会出现这种情况:当采用电 缆测试时,整机的 RF 指标很好,但在做场检测时它的表现不好,可能出现的问 题之一在于天线。 (1)正确设计天线与整机电路之间的 LPF 匹配电路型式和参数,并用网络分 析仪和标准测试天线进行测试评估。天线的设计应与整机电路设计、结构设计、 EMC 设计一体化考虑。 (2)在满足结构强度的前提条件下,优先选择电导率较高的材料作为天线的 内导体。内装天线笔者建议国内设计厂家不宜采用,因为设计、制造和测量都比 较困难而且技术指标不高。 (3)天线内的填充材料介质和外部的封装塑料应损耗较小的材料。 (4)在其他情况相同的条件下,采用较粗和较长的天线有利于改善天线增益 指标。(当然还要考虑到它对外观 ID 方面的影响)。 3.6 电源功耗指标的改进方法 该项指标与移动电话的通话时间和待机时间密切相关,它是广大用户最为 关心的技术指标之一。 (1)选择低功耗的 ASIC 解决方案(在 DCI.8V 下能工作,能进入 RTC 下的深 睡眠状态)。 (2)选择高效软件。 (3)择高效率的 PA(PAE>50%)、高效率高增益的天线。 (4)精心设计 PA 的匹配电路和天线的匹配电路。 (5)选择高效率的受话器和振铃器。 (6)选择高效率的电源管理模块。 (7)合理地设计 LED 的布局、数量、和照明时间,照明时间选择 l0 秒左右即 可。 通过大量的实际测量我们发现: 不同型号的 GSM 移动电话在通话状态下的工 作电流相差不大(约 2lomA/at level5 GSM);但在待机状态下的直流平均电流 相差很大(可采用示波器和在整机回路中串入一个低阻值的高精度电阻来测量波 形,然后通过计算占空比得到平均功耗)因此待机时间指标相差很远。在这一方 面,目前表现最好的产品是菲利蒲生产的 PH-989(约 2.8mA)。


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