手機作為無線通訊設備，是要能接收和發(fā)射無線信號，筆者前一段時間寫了一篇《淺談手機發(fā)射功率》后收到一些Email，鼓勵筆者繼續(xù)寫，實在不好意思再湊一篇《淺談手機接收性能的測試》，算是把手機接收和發(fā)射這兩部分都議了一議，當然還是淺談，還是拋磚，希望同行能夠斧正。
一、從收音機、電視機談起
　　我們這一代人從小接觸的是收音機，后來是電視機，現(xiàn)在還能想起剛開始有電視機時，家家必加高高的電視天線（那時還沒有普及有線），但電視接收效果還是有的家好，有的家不好，這時我們半大孩子一定會為了更好的看電視找原因、想辦法。通常是說把天線架的更高，原因是說有樓房或別的什么高東西遮擋了電視信號，有從影一點一點的左右旋轉電視天線，還不行煞有介事的說你家的電視靈敏度太低，當然家旁邊有汽車通過或天氣不好，電視上會有雪花，有時還偶爾能聽到串進來其它臺的弱小聲音，這些我們都知道，這是電視信號被干擾了。

　　其實手機作為無線通訊設備與收音機、電視機沒有什么本質的區(qū)別，它同樣在通信信號被遮擋或接收到幾條路徑的無線信號時，通信質量較差；被干擾后，通信質量較差；手機靈敏度太低，在有些場合也會影響通信質量；這些其實完全可以與收音機、電視機類比的，但手機作為可移動的無線通訊產(chǎn)品，它所遇到的無線電環(huán)境遠比收音機、電視機（這里指以前的，不是指現(xiàn)在車載收音機、電視機）要惡劣，比如你在高速運動的汽車上通話??會遇到多普勒效應，在一個小區(qū)內(nèi)多個用戶同時通話??會受到系統(tǒng)內(nèi)部之間的互相干擾等等。其實本文開始羅嗦半天，無非是想說明一點，考察手機的接收性能，是要先了解手機都會在什么樣的無線電環(huán)境下工作。

　　1、當手機在小區(qū)邊緣，或無線信號被建筑物或其他東西遮擋、或在一個屏蔽的空間里（如電梯間），手機只能收到弱小信號；

　　2、手機接收到多條無線路徑的射頻信號，這主要是同一個無線信號被城市建筑物或其他東西折射、反射過來，當這些多徑信號相位相反時，會造成合成信號的幅度快速變化，且由于這些多徑信號傳播路徑不同，會產(chǎn)生時延散布，這樣形成了多徑衰落，類比電視的從影，但要比從影惡劣的多，多徑衰落對手機的通信質量影響很大，這是由于手機是移動設備，在密集的高樓大廈之間使用的幾率很大，而手機無法象電視機那樣使用定向天線來回避這個問題，當然現(xiàn)在cdma2000已經(jīng)啟用了RAKE接收機的技術；其思想是如果不同路徑信號的延遲超過一個偽碼的碼片的時延，則在接收端可將不同的波束區(qū)別開來。將這些不同波束分別經(jīng)過不同的延遲線，對齊以及合并在一起，則可達到變害為利，把原來是干擾的多徑信號變成有用信號組合在一起。這是RAKE接收機的基本原理。

　　3、在運動的汽車或火車上通話，由于是在高速運動中通話，會形成的多普勒效應；

　　4、手機會受到同小區(qū)其他通話用戶，或其他鄰近小區(qū)通話用戶的干擾；

　　5、會受到附近頻段其他正在使用的無線設備的干擾；

　　6、會受到其他突發(fā)性干擾，如打雷、大電機的瞬時啟停等；

　　其實這些情況都可以用一張很好的圖畫形象表示，感興趣的可以在一些相關書籍或資料中找到。

　　二、如何衡量手機的接收性能

　　還是讓我們繼續(xù)從收音機、電視機談起，衡量收音機、電視機接收性能有一個簡單辦法，那是把收音機、電視機放在惡劣電磁環(huán)境中去聽、去看接收效果，是否有雜音，是否有雪花，是否畫面清晰，當然這個辦法很直接，但評價有時卻很主觀，并不能很客觀的、量化的去評價收音機、電視機接收性能。為了客觀的、量化的去評價收音機、電視機的接收性能，人們把發(fā)送的模擬信號與接收端復制的模擬信號之間進行比對，用均方誤差的方法計算二者誤差程度。這個誤差其實主要是由于信號在傳輸時疊加上的噪聲所造成的（有些時候將它稱之為加性干擾或加性噪聲），后來人們研究發(fā)現(xiàn)這個加性干擾所造成的均方誤差，在模擬通信中終將完全取決于接收端輸出的信號平均功率與噪聲平均功率之比（即信噪比）。因此信噪比成為人們衡量無線模擬通信設備接收性能的主要指標。也是，信噪比真實的反映了模擬無線接收設備對接收到的無線模擬信號的復制的程度。

　　拉拉雜雜羅嗦半天，說白了衡量模擬無線設備（收音機、電視機）的接收性能是把發(fā)送的模擬信號與接收端復制的模擬信號之間進行比對，計算二指的均方誤差，僅僅是在實際測試測量中，這種方法不易實現(xiàn)，人們才“轉到”了信噪比上，而手機是數(shù)字通信，沒有必要這么麻煩，直接把發(fā)送的數(shù)據(jù)流和手機接收到的、解碼后的數(shù)據(jù)流進行比較，計算出誤碼率，ok，手機的接收性能直觀準確的表述出來了。

　　本文到此基本上把要鋪墊的東西都?嗦的鋪墊完了，下面將著重的把GSM手機和cdma2000手機在接收方面的性能測試對比的談一下，這種對比其目的是要突出兩種體制的異同，PHS、CDMA95、WCDMA其實在根本上與GSM和cdma2000是類似的，這里不談的原因有二，一是篇幅所限，二是筆者偷懶。

　　三、手機誤碼率的測試方法

 　在談測試方法之前，首先讓我們簡單回顧GSM和cdma2000。GSM是時分、頻分多址系統(tǒng)，它屬于窄帶調制，帶寬200kHz。GSM的傳輸信道是物理信道，其他邏輯信道是共用一個物理信道。GSM采用RPE-LTP對語音進行編碼，把語音數(shù)據(jù)分成了三類，非常重要的語音數(shù)據(jù)（Type Ia），重要的語音數(shù)據(jù)（Type Ib）和其他的語音數(shù)據(jù)（Type II），其中非常重要的語音數(shù)據(jù)和重要的語音數(shù)據(jù)都加了校驗碼，而其他語音數(shù)據(jù)沒有加任何校驗碼。GSM是第二代無線通訊的標準，后來發(fā)展到2.5代GPRS系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通信能力有所提高。
　　cdma2000是碼分、頻分多址系統(tǒng)，因此也是一個自干擾系統(tǒng)，同時碼分技術的基礎是擴頻技術，其重要應用是解決在出現(xiàn)有強烈干擾下的可靠通信問題。它是寬帶調制，帶寬1.25MHz，能有效抑制一些窄帶干擾，采用了RAKE接收機技術，能把部分多徑干擾變成有益的，它是第三代無線通訊的標準，其不僅可以進行語音通訊，而且很重視數(shù)據(jù)通訊，它比GSM標準有更多的邏輯信道。

　　從前文中我們知道，衡量數(shù)字通信的方法是把發(fā)出的和收到的數(shù)據(jù)流進行比對，計算誤碼率，那么在具體測試過程中是如何實現(xiàn)這個過程哪？GSM標準規(guī)定GSM手機要有“環(huán)回模式（loop-back mode）”，其思想是手機要把接收到的數(shù)據(jù)流再調制后發(fā)回來，以便儀表比對數(shù)據(jù)流，計算誤碼率。GSM手機只要安轉了測試SIM卡，GSM手機的“環(huán)回模式”會被激活，測試設備可以通過下行的SACCH給手機發(fā)出命令，使之進入“環(huán)回模式”。

　　cdma2000的標準也規(guī)定手機要有“環(huán)回模式”，但不是所有誤碼率都是用環(huán)回模式來測量，測試SCH的TDSO(Test Data Service Option)不是用的環(huán)回模式，標準規(guī)定在這種模式下，測試儀表要發(fā)出已知格式和內(nèi)容的數(shù)據(jù)流，手機將這些數(shù)據(jù)解調后也不再調制發(fā)出，而是直接對這些數(shù)據(jù)進行比對，計算誤禎率，另外對F-BCCH、F-CCCH等信道測試也不是采用環(huán)回模式，而是用cdma2000中一禎數(shù)據(jù)中的CRC (Cyclic Redundancy Check)位來確定誤禎率，cdma2000為什么采用這么多方法來測試誤禎率，這點主要是不同邏輯信道的特點決定的，由于篇幅所限，筆者在此不再展開討論。

　　GSM標準在表述手機接收質量，也是誤碼率BER（Bit error ratio）時，除了用誤碼率這個概念外，還根據(jù)不同情況分別引入了殘余比特誤碼率RBER（Residual Bit Error Rate）和誤禎率FER (Frame Error Rate)兩個概念，其中又把誤碼率和殘余比特誤碼率根據(jù)語音數(shù)據(jù)的性質分成了II類誤碼率、Ib類殘余比特誤碼率和II類殘余比特誤碼率，而cdma2000沒有象GSM那樣搞的這么復雜，它是用誤禎率FER (Frame Error Rate)來說事。大家都看出來了GSM和cdma2000規(guī)定的不同，本文篇幅有限不做進一步討論，但這個問題值得深究。

　　在開始下面的討論之前，還需聲明一句，下文為了能把問題說清楚，引用了標準中的一些規(guī)定，但規(guī)定是發(fā)展的，筆者引用的標準可能與讀者接觸的標準有些出入，幸好本文不是標準解釋，有些出入和不同，大家也都還認可。另外大家也都知道，不論GSM還是cdma2000都規(guī)定了很多不同的band，頻段的不同這意味其指標，甚至測試方法都可能不同，下文除特別聲明外，GSM的測試都是指EGSM的測試和指標，cdma2000的測試都是指US Cellular的測試和指標。

　　四、靈敏度與動態(tài)范圍

　　接收機靈敏度的定義：誤碼率或誤禎率不超過某個指定的值時的小接收功率。這個指標用來表征一個接收機能正確解調接收到的信號時，所需的小功率，或者換句話說，接收到多么小的一個弱信號，手機仍能正常通信。這里值得注意的是，我們始終是說弱小信號，它的含義是這種測試主要是針對手機的射頻路徑性能的測試，這點其實不難理解，當手機射頻路徑的噪聲足以“掩蓋”接收到的弱小信號時，手機是無法正確的解調、解碼的。

　　由于這種測試是理想成沒有任何干擾情況下的測試，因此有些地方將這種靈敏度稱之為靜態(tài)靈敏度。接收機的靈敏度越好，意味基站發(fā)出的功率可以越小，對于碼分多址系統(tǒng)意味著系統(tǒng)的容量越大。當然，接收機的靈敏度越好，也意味著在相同條件下，小區(qū)基站所覆蓋的區(qū)域可以越大。當然，不能無限制的要求手機的靈敏度，這會加大手機的制造成本。

　　*GSM的靈敏度是：接收到信號為-102dBm時，II RBER要小于等于2.44%。
　　*Cdma2000靈敏度是：接收到信號為-104dBm時，F(xiàn)ER要小于等于0.5%。

　　動態(tài)范圍的定義：誤碼率或誤禎率不超過某個指定的值時接收功率的范圍，通常范圍是指大于一個小值，小于一個大值。由于人們習慣把小的接收功率稱之為靈敏度，故這里動態(tài)范圍一般僅指大的接收功率。它是衡量手機接收過載信號的能力，換個說法，當接收到的信號足夠大，在手機的射頻路徑中被截波，這個信號也是無法被正確的解調、解碼，因此這個測試也是針對手機的射頻路徑性能的測試。靈敏度反映了手機在遠離基站時的表現(xiàn)，與此相對，動態(tài)范圍反映了手機在基站附近時的表現(xiàn)。在此還要一提的是，GSM標準中對此測試的準確說法是靜態(tài)輸入電平范圍（receiver input level range）。
　　
　　*GSM的動態(tài)范圍是：
　　接收到信號為-40dBm時，II RBER要小于等于0.012%；
　　接收到信號為-15dBm時，II RBER要小于等于0.122%。

　　*Cdma2000動態(tài)范圍是：接收到信號為-25 dBm時，F(xiàn)ER要小于等于0.5%。

　　靈敏度和動態(tài)范圍是衡量所有無線接收設備的兩個基本的指標。

　　五、模擬真實的自然環(huán)境??在多徑快衰落條件下的測試

　　本文在第一部分簡單介紹了多徑衰落和多普勒效應，作為在有很多高樓大廈的城市里使用的移動通訊工具??手機，多徑衰落和多普勒效應是無法避免的，那么這種測試也是無法回避的，它能更真實的反映出手機在真實的環(huán)境里的使用情況。當然筆者也知道這種測試需要更多的儀表，除手機綜合測試儀外，還要加信道模擬器，將多徑衰落和多普勒效應模擬出來。GSM標準規(guī)定的多徑快衰落的測試較為細致，它根據(jù)統(tǒng)計結果，把手機工作環(huán)境分成了以下幾種：

　　1 鄉(xiāng)村地區(qū)（rural area (RA)）RA250??運動速度250km/h；
　　2 丘陵地區(qū)（hilly terrain (HT)）HT100??運動速度100km/h；
　　3 城市環(huán)境（urban area (TU)）TU50??運動速度50km/h和TU3??運動速度3km/h兩種情況；
　　4 均衡測試（equalization test （EQ））EQ50??運動速度 50km/h

　　GSM標準中規(guī)定，在以上這些環(huán)境中，無線信號有6條或12條，當接收到的信號為-102dBm時，II RBER為 7.50%到9.33%。這個要求比靜態(tài)靈敏度的要求低很多，這點是好理解的。

　　GSM標準中把這部分測試也稱之為參考靈敏度（Reference sensitivity）測試，這點是很有道理的。這是因為雖然接收信號同為-102dBm，但參考靈敏度的測試把自然環(huán)境考慮進來，模擬了一個較為真實的、較為全面的、帶有普遍意義的無線環(huán)境，在這些惡劣環(huán)境下手機的接收質量下降再所難免，但也要達到標準的規(guī)定，這樣才能保證手機質量，這些指標表征出手機在這些參考環(huán)境下，正確接收弱小信號的能力，是對手機射頻路徑和基帶芯片處理能力的一個綜合考察。

　　從前文不難看出，GSM標準規(guī)定了一個靜態(tài)靈敏度和靜態(tài)輸入電平范圍，以及參考靈敏度，那么有沒有參考輸入電平范圍哪？有的，不過沒有象參考靈敏度那樣測很多情況，只是在EQ模式下測試，具體的規(guī)定是在EQ模式下，輸入電平分別在-82dBm，-40dBm時，II RBER要小于等于3.250%。

　　前面提到了GSM的靜態(tài)靈敏度與動態(tài)范圍，參考靈敏度與動態(tài)范圍，分別考察了沒有和有多徑快衰落和多普勒效應時手機接收弱小信號和過載信號的能力，cdma2000的測試在此確改變了一些方向，首先讓我們看看Cdma2000的標準規(guī)定。