GSM手机射频测试指导.docx

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GSM手机射频测试指导

序言2

第一章测试条件3

1.1正常测试条件3

1.2极限测试条件3

1.3震动条件3

1.4其它测试条件及规定4

1.5附件要求5

第二章发射机指标及其测试6

2.1发射载波峰值功率6

2.2发射载频包络11

2.3调制频谱（SpectrumDuetoModulation）15

2.4开关频谱（SpectrumDuetoSwitching）18

2.5频率误差（FrequencyError）20

2.6相位误差（PhaseError）22

2.7传导杂散骚扰（ConductSpuriousEmissions）24

2.8发射峰值电流和平均电流27

第三章接收机指标及其测试29

3.1接收灵敏度（RxSensitivity）29

3.2接收信号指示电平（RXLevel）33

3.3接收信号指示质量（RXQuality）35

第四章其余测试补充38

4.1RC滤波电路对PA－RAMP的影响38

4.2PA匹配调整42

4.3天线开关指标测试42

第五章附录44

序言

目前国家对手机的质量问题越来越重视，公司对于手机质量的客户满意度和返修率也一致关注。

其中，GSM手机的射频问题仍然是一个影响手机质量、开发进度和生产效率的重要因素。

为了保证产品的品质和性能符合GSM规范和国家标准，需要在手机测试方面建立一套完整、科学的测试体系。

为此我们参照GSM规范欧洲标准、国家邮电部移动通信技术规范、国家信息产业部通信行业标准以及日常积累的测试经验编写了这份射频测试规程。

本规范的目的是针对研发阶段的GSM手机提供一个较全面测试和校准的指标依据，尽量保证研发阶段GSM手机的点测指标满足FTA、CTA与批量生产点测指标要求，使手机的射频问题尽可能在研发阶段暴露出来并在量产前解决，同时为评估手机的RF点测性能、指标余量、一致性、稳定性提供参考依据，另外为不熟悉测试的新员工提供一些指导。

本文主要内容包括射频指标术语解释，发射机和接收机部分射频指标的测试方法，测试结果，测试参考标准等，最后还给出了指标超标的一般分析。

由于我们射频知识与经验有限，不足之处请指导。

第一章测试条件

手机的测试条件包括测试环境条件、测试温度、湿度条件、测试电压及震动测试等内容。

民用设备的测试一般应在正常测试条件下进行，如有特殊要求时，也可在极限条件下进行测试。

鉴于移动站的特殊使用环境，下面将对移动站的测试条件作重点介绍。

1.1正常测试条件

对于移动站来说，正常测试温度和湿度条件应为以下范围的任意组合：

温度：

15—35℃

相对湿度：

25—75％

正常测试电压应为设备的标称工作电压，其频率（测试电源）应为标称频率±lHz范围内。

对于用在车载整流铅酸电他上的无线设备，其正常测试电压应为电池标称电压的1.1倍。

1.2极限测试条件

对于移动站，极限测试条件应为极限电压部极限温度的任意组。

其中对于手持机来说极限环境温度为－10～＋55℃。

对于车载台和便携式移动站来说，其极限测试温度为－20～＋55℃。

极限测试电压对于使用交流市电的移动站，为其标称电压的0.9～1.1倍。

对于采用汞／镍镉电池的移动站，极限测试电压为其标称电压的0.9～1.0倍。

对于采用整流铅酸电他的移动站来说，极限测试电压为其标称电压的0.9～1.3倍。

在极限温度下的测试过程：

对于高温，当实现温度平衙后，移动站在发射条件下（非DTx）开机1分钟再在空闲模式（idlemode）（非DTx）下开机4分钟，Ms应满足规定的要求。

对于低温，当实现温度平衡后，移动站应在Ms空闲模式（非DTx）下开机1分钟再进行测试，Ms应满足规定的要求。

1.3震动条件

在震动条件下测试移动站，应采用随机震动，其震动频率范围和加速度频谱密度（ASD）如下：

在频率为5～20Hz范围内，其震动ASD为0.96m2／s3。

在频率为20～500Hz范围内，在20Hz时ASD为0.96m2／s3，其它频率为－3dB／倍频程。

1.4其它测试条件及规定

1．系统模拟器（SS）

系统模拟器是一系列测试设备的总称，它是一个功能性工具，能对被测设备提供必要的输入测试信号并能分析被测设备的输出信号以实施GSM规范中所有的测试、

市场上现存的测试仪器可以实现全部或部分系统模拟器的测试功能。

如HP8922B／E／G系列、R／S公司的CMD54、CMD52及CRTS02、04、24系列等可以提供对移动站和基站不同级别的测试。

在测试基站时，系统模拟器可以模拟移动站和网络在A（或Abis）接口及空中接口（Um接口）对基站进行测量。

在测试移动站时，系统模拟器可以模拟基站及网络在空中接口（Um接口）对移动站进行测量。

2．衰落和多径传播棋拟器（MFs）

多径衰落模拟器（MFS）在功能上也属于系统模拟器的一部分，它主要用于在无线干扰性能测量中模拟真实的移动无线信道上的宽带多径传播条件。

它能提供由COST207和GSM05.05建议中所规定的标准多径传播模式。

其中包括典型的城市区地形（TU）、农村地形（RA）、丘陵地形（HT）及专门用于测试均衡器性能的传播模式（EQU）。

MFS应能模拟上述多径传播条件下从车速3km／h到250km／h范围内的多径分布，特别是使用车速为3、50、100和250km／h的情况。

3．标准测试信号

系统测试设备应能产生下列标准测试信号作为测试输入信号：

（1）标准测试信号Co：

它是未调制的连续载波信号。

（2）标准测试信号C1：

它是标准的GSM调制信号，其调制数据为010l格式信号输入到信道编码器输入端。

信道编码器可由测试方法来选择测试和加密模式。

在非跳频模式采用该信号时，其它未使用的时隙发送空闲突发脉冲串（dummyburst），且功率电平相对于使用时隙而变化。

以上两种标准测试信号都是用于表示有用信号，对于无用信号（即干扰信号）有下列三种标准测试信号：

（3）标准测试信号I0：

为未调制的连续载波信号。

（4）标准测试信号I1：

为GSM调制载波信号，其结构遵照GSM信号突发（burst，称为突发脉冲或简称突发。

下同）结构，但其所有调制比特（包括突发中的训练序列部分）皆直接为随机或伪随机数据流。

（5）标准测试信号I2：

为标准的GSM调制信号，但与C1信号不同，其突发的训练序列部分为标准的GSM训练序列，但突发中的数据比特（包括比特58和59）皆为随机或伪随机数据流。

1.5附件要求

1、采用相同标准的射频线和转接头，要求包括转接头在内GSM频段各信道间的损耗值小于0.5dB,损耗值差异小于0.2dB；DCS频段各信道间的损耗值小于1dB,损耗值差异小于0.3dB,特性阻抗含转接头应在50±5欧姆内。

2、射频综合测试仪采用CMU200或HP8960。

频谱分析仪采用HP或AGILENT系列。

3、RF带阻滤波器BANDREJECTFILTER要求对相应发射频段的信号衰减30dB以上，对二次、三次谐波衰减（插入损耗）小于1.5dB,VSWR小于1.3:

1，输入额定功率大于1W。

4、测试时,手机在与综测仪建立连接时BSTCH信号强度设为-60dBm，当测试误码率时，BS信号标准为-102dBm。

5、测试设备通常为：

综合测试仪R&SCMU200或Agilent8960

网络分析仪Agilent8753ES

频谱分析仪AgilentE4404B

信号发生器R&SSMIQ06B

示波器6050A

直流电源Keithley

屏蔽箱、陷波滤波器、RF衰减器、射频连接线等；

第二章发射机指标及其测试

2.1发射载波峰值功率

1、定义：

指发射机载波功率在一个突发脉冲的有用信息比特时间上的平均值。

即对该载频时隙突发脉冲串的有用信息比特部分（即时隙中段突发的有用信息比特部分，对常规信道为147比特，对允许接入信道（RACH）为87比特）测量的功率的平均值。

2、目的：

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不易打出困难，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，一方面可以客服空中损耗，降低对接收机接收灵敏度的要求，但则会造成电池损耗大，待机时间短；另外扩大小区覆盖范围，引入邻道干扰。

则需测量发射机的载波输出功率是否符合GSM规范的指标。

3、

测量：

（1）、仪器连接如图一，点测或耦合测试；

（2）、测试原理：

手机发射部分由发射信号形成电路、功率放大电路、功率控制电路三个单元组成。

GSM频段分为124个信道，功率级别为5－33dBm，即LEVEL5-LEVEL19共15个级别；DCS频段分为373个信道（512－885），功率级别为0－30dBm，即LEVEL0-LEVEL15共15个级别；每个信道有15个功率等级，测试时选上、中、下三个信道对每个功率等级进行测试，每个功率等级以2dBm增减。

频段

各信道发射频率（MHZ）

ARFCN信道编号

各信道接收频率（MHZ）

P-GSM900

FT（n）=890+0.2×n

1≤n≤124

FR（n）=FT（n）+45

E-GSM900

FT（n）=890+0.2×n

FT（n）=890+0.2×（n-1024）

0≤n≤124

975≤n≤1023

FR（n）=FT（n）+45

DCS1800

FT（n）=1710.2+0.2×（n-512）

512≤n≤885

FR（n）=FT（n）+95

PCS1900

FT（n）=1850.2+0.2×（n-512）

512≤n≤810

FR（n）=FT（n）+80

GSM850

FT（n）=824.2+0.2×（n-128）

128≤n≤251

FR（n）=FT（n）+45

表1各频段载波频率与信道编号表

由于手机不断移动，手机和基站之间的距离在不断变化，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。

（3）、测试方法：

首先由MS按照一般的呼叫建立过程在一个绝对射频频道号（ARFCN）为60～65之间的TCH信道上建立一个呼叫，并将该MS的功率控制电平设置为其最大功率等级。

※CMU200与MS建立连接的一般设置如节末附图。

连接完成后，选择Power，激活功率列表。

在每个频段上，选择高中低三个信道，从低到高选择几个功率级别进行功率测试，记录测试数据。

GSM频段选1、62、124三个信道；DCS频段选512、698、885三个信道。

对每个功率级别进行测试。

4、结果：

测试示意图：

5、技术要求

POWERCONTROLLEVEL

GSM900（dBm）

DCS1800（dBm）

标准值（dBm）

校准范围

极限范围

标准值（dBm）

校准范围

极限范围

±0.2

±0.3

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±0.3

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.3

±2

±0.2

±2

±0.4

±2

±0.2

±2

±0.5

±2

±0.2

±2

±0.5

±2

±0.2

±2

±0.8

±2

±0.2

±2

±0.2

±2

±0.4

±2

±0.5

±2

6、超标

若测试的信道功率指标超差，可通过校准使其回到正常值。

若校准后仍不能达到规定的指标，则应检查发射电路的检波器、校准器、电平控制环路是否有问题。

※CMU200与MS建立连接的一般设置

2.2发射载频包络

1、定义：

发信载频包络是指发信载频功率相对于时间的关系。

（PowerRAMP）

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。

2、目的：

该测试主要是验证发射机发射的载频包络在一个时隙期间是否严格满足GSM规定的TDMA时隙幅度的上升沿、下降沿及幅度平坦部分与模块的吻合程度。

手机发射突发信号的上升与下降部分应在＋4dB－-30dB，模块范围之内，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。

3、测量：

（1）、仪器连接如图一，点测或耦合测试；

（2）、测试原理及方法：

首先由MS按照一般的呼叫建立过程在一个绝对射频频道号（ARFCN）为60～65之间的TCH信道上建立一个呼叫，并将该MS的功率控制电平设置为其最大功率等级，设置该MS的时间提前量（TA）值为0。

在综合测试仪CMU200设置BCCHANDTCH信道，选择并激活RFPOWERRAMP即可测试功率／时间特性。

对于移动台，有两种基本格式的突变：

常规突发和接入突发，因而需要分别加以验证两种格式发信载频包络。

将GSM规定的常规突发功率／时间模板与该突发的工作包络相比较，看其上升沿、下降沿及幅度平坦度是否在功率／时间模板的要求之内。

GSM频段选1、62、124三个频段，功率级别选最大LEVEL5；DCS频段选512、698、885三个频段，功率级别选最大LEVEL0进行测试。

突发脉冲的曲线必须在模板的包络范围内。

4、结果

5、技术要求

GSM对常规突发规定的功率／时间框罩要求见图2，对接入突发规定的功率／时间框罩要求见图3。

在任何频率上，对正常和极限测试条件的每一种组合及每一种功率控制电平下，对常规突发的抽样测量其功率／时间关系（即功率包络）都应在图2所示的阴影限制之内。

对接入突发的抽样测量其功率包络应在图3所示的阴影限制之内。

特别是对在147比特（对常规突发）和87比特（对接入突发）期间的幅度平坦度要求在±1dB以内。

对图中所示的±28us处其上升沿／下降沿功率应不大于－59dBc（若此时-59dBc的实际功率值低于－36dBm，则该处要求为上升／下降沿功率不大于－36dBm），在±18us处其上升／下降沿－6dBc。

图2

图3

6、超标

若功率／时间（PowerRAMP）测试超标，不在RAMP模板之内，可通过校准使其回到正常值。

若校准后仍不能达到规定的指标，则应检查手机突发脉冲的上下沿控制（时域门控制）电路，功率放大器的开关定时及电平控制环路。

可以通过软件更改上升沿、下降沿的各16值改变RAMP的形状，达到模板要求。

但改变该值对调制频谱和开关频谱有一定的影响，需要综合考虑。

2.3调制频谱（SpectrumDuetoModulation）

1、定义

调制频谱指数字比特流信息经GMSK调制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调制而产生的在其载频的不同频偏处（主要是在相邻频道）的射频功率。

2、目的

防止带外频谱辐射，以免引起邻到干扰（指本频道对邻频道产生的干扰）。

3、测量

（1）、仪器连接如图一，点测或耦合测试；

（2）、测试原理及方法：

在综合测试仪CMU200屏幕设置BCCHANDTCH信道，选择Spectrum下的ModulationGSM并激活它，即可观测到调制频谱呈山字形的离散线条。

用MARKER点选取各频点相对应的电平与标称值相比较即可判断出频谱的好坏。

测试时手机分别设置为正常和调频两种模式。

GSM频段选1、62、124三个频段，功率级别选最大LEVEL5;频点选±100KHZ、±200KHZ、±250KHZ、±400KHZ；DCS频段选512、698、885三个频道，功率级别选最大LEVEL0。

频点选在±100KHZ、±200KHZ、±250KHZ、±400KHZ进行测试。

4、结果

5、技术要求

功率电平（dBm）

在规定频偏处的最大相对电平（dB）

100KHz

200KHz

250KHz

400KHz

600～<1200

KHz

1200～<1800

KHz

1800～<6000

KHz

6000KHz

测量带宽30KHz

测量带宽100KHz

>43

+0.5

-30

-33

-60

-70

-73

-75

-80

+0.5

-30

-33

-60

-68

-71

-73

-80

+0.5

-30

-33

-60

-66

-69

-71

-80

+0.5

-30

-33

-60

-64

-67

-69

-80

+0.5

-30

-33

-60

-62

-65

-67

-80

<33

+0.5

-30

-33

-60

-63

-65

-80

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。

6、超标

调制频谱指标超差，可通过校准使其回到正常值。

若校准后仍不能达到规定的指标，则应检查手机的频率合成器、高斯预调制滤波器、I／Q调制器的平衡，突发形成的调节及功放开关点的调节电路。

2.4开关频谱（SpectrumDuetoSwitching）

1、定义

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。

2、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）。

3、

测量

（1）、仪器连接如图一，点测或耦合测试；

（2）、测试原理及方法：

在综合测试仪CMU200屏幕设置BCCHANDTCH信道，选择Spectrum下的SwitchingGSM并激活它，即可观测到开关频谱山字形状的离散线条。

用MARKER点选取各频点相对应的电平与标称值相比较即可判断出频谱的好坏。

GSM频段选1、62、124三个频段，功率级别选最大LEVEL5；频点选±400KHZ、±600KHZ、±1200KHZ、±1800KHZ；

DCS频段选512、698、885个频道，功率级别选最大LEVEL0。

频点选在±400KHZ、±600KHZ、±1200KHZ、±1800KHZ测试。

4、结果

5、技术要求

功率控制级

功率电平（dBm）

距载频不同偏置处的最大功率（dBm）

400KHz

600KHz

1200KHz

1800KHz

－9

－21

－24

－11

－21

－24

－13

－21

－24

－15

－21

－24

－17

－21

－24

－19

－21

－24

－21

－23

－26

－23

－25

－28

－23

－26

－27

－30

－23

－26

－29

－32

－23

－26

－31

－34

≥11

－23

－26

－32

－36

在衡量开关频谱时，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-Plate之间的距离。

指标余量越大，则开关频谱越好，即对邻道的干扰越小。

对指标余量可作如下分析：

若margin＞10dBm，则开关频谱为优；

若0＜margin＜l0dBm，则开关频谱为较好；

若margin＝0或谱线高度超出Time-Plate，则开关频谱指标为不合格。

6、超标

若测试的开关频谱指标超差，可通过校准使其回到正常值。

若校准后仍不能达到规定的指标，则应检查手机的EEPROM数据，边沿控制电路，功放开关电路等。

若不行，可调整PA的VRAMP前的滤波电路，或者减小电量的干扰解决，后续有内容进行详细的讲解。

2.5频率误差（FrequencyError）

1、定义

GSM调制方案是高斯最小移频镀控（GMSK），归一化带宽BT＝0.3。

测量发射信号

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