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        OTA 測試與名詞介紹

        首頁 / 技術交流 / OTA 測試與名詞介紹

        手機的無源測試和有源測試

        OTA(Over?The?Air?在空氣中測試性能,與傳導測試相對應,屬三維測試)。

        當前在手機射頻性能測試中越來越關注整機輻射性能的測試,這種輻射性能反映了手機的最終發射和接收性能。目前主要有兩種方法對手機的輻射性能進行考察:一種是從天線的輻射性能進行判定,是目前較為傳統的天線測試方法,稱為無源測試;另一種是在特定微波暗室內,測試手機的輻射功率和接收靈敏度,稱為有源測試。

        無源測試側重從手機天線的增益、效率、方向圖等天線的輻射參數方面考察手機的輻射性能。無源測試雖然考慮了整機環境(比如天線周圍器件、開蓋和閉蓋)對天線性能的影響,但天線與整機配合之后最終的輻射發射功率和接收靈敏度如何,從無源測試數據無法直接得知,測試數據不是很直觀。

        有源測試則側重從手機整機的發射功率和接收靈敏度方面考察手機的輻射性能。有源測試是在特定的微波暗室中測試整機在三維空間各個方向的發射功率和接收靈敏度,更能直接地反映手機整機的輻射性能。

        CTIA(Cellular?Telecommunication?and?Internet?Association)制定了OTA(Over?The?Air)的相關標準。OTA?測試著重進行整機輻射性能方面的測試,并逐漸成為手機廠商重視和認可的測試項目。

        OTA?測試的目的

        目前只有通過FTA(Full?Type?Approval)認證測試的手機型號才能上市銷售,在FTA?測試中,射頻性能測試主要進行手機在電纜連接模式下的射頻性能測試;至于手機整機的輻射發射和接收性能,在FTA?測試中沒有明確的規定,而OTA?測試正好彌補FTA?測試在這方面測試的不足。同時,終端生產廠家必須對所生產手機的輻射性能有清楚的了解,并通過各種措施提高手機輻射的發射和接收指標。如果手機輻射性能不好,將產生手機信號不好、語音通話質量差、容易掉線等多方面的問題,這也是客戶投訴比較多的問題。

        在手機通話時,由于人腦靠近手機天線,將降低手機的發射和接收性能,手機整機輻射的發射和接收性能都會降低。在手機研發過程中應定量測量人腦對手機的發射和接收性能的影響,進行優化設計,使發射和接收性能降低不能太大,即減少人體和天線的電磁耦合效應。

        為考察手機的輻射性能,除考察手機天線的無源性能之外,整機的有源性能也是一個重要的考察方面。當前整機有源性能越來越受到終端廠商的重視,因此在手機輻射性能的考察中應將兩種輻射性能綜合起來考慮。目前終端天線廠商在研發中一般都要求天線供應商提供無源和有源測試報告。

        OTA?測試及手機其他的主要參數

        2.1?OTA?測試中的主要測試參數及相關計算在OTA?測試中,輻射性能參數主要分為兩類:接收參數和發射參數。

        發射參數有TRP、NHPRP;接收參數有TIS、NHPIS。

        TRP(Total?Radiated?Power):通過對整個輻射球面的發射功率進行面積分并取平均得到。它反映手機整機的發射功率情況,跟手機在傳導情況下的發射功率和天線輻射性能有關。? TRP?指標,一般是希望其TRP?比較大,這樣從PA?出來進入天線的功率才被有效輻射,無線接口的連接性才比較好

        NHPRP(Near?Horizon?Partial?Radiated?Power):反映在手機的H面附近天線的發射功率情況的參數。(2D?TRP)

        TIS(Total?Isotropic?Sensitivity):反映在整個輻射球面手機接收靈敏度指標的情況。它反映了手機整機的接收靈敏度情況,跟手機的傳導靈敏度和天線的輻射性能有關。

        NHPIS(Near?Horizon?Partial?Isotropic?Sensitivity):反映手機在H面附近天線的接收靈敏度情況的參數。(2D?TIS)

        接收靈敏度就是接收機能夠正確地把有用信號拿出來的最小信號接收功率。它和三個因素有關系:帶寬范圍內的熱噪聲、系統的噪聲系數、系統把有用信號拿出所需要的最小信噪比。帶寬范圍內的熱噪聲經過接收機,這些噪聲被放大了NF倍,要想把有用信號從噪聲中拿出來,就必須要求有用信號比噪聲再大SNR倍。要想讓接收機“聽清楚”發射機“說的話”,信號電平強度一定要大于接收機的接收靈敏度。當然接收靈敏度越小,說明接收機的接收性能越好,就像狗能聽到人類聽不到的微弱的聲音,說明狗的聽覺比人的靈敏度高;接收靈敏度越大,說明接收機的接收性能越差,就像有的老人耳聾,你很需要用很大的聲音說話,他才能聽到。環境溫度越高,靈敏度就會變大,接收性能就會惡化,因此要盡量降低系統所在的環境溫度。帶寬越大,系統的噪聲系數越大,靈敏度就會變大,接收性能也會惡化,這就要求設計接收機的時候,考慮到系統的帶寬、噪聲系數對靈敏度的影響。

        RSSI?

        Received?Signal?Strength?Indication接收的信號強度指示,無線發送層的可選部分,用來判定鏈接質量,以及是否增大廣播發送強度。

        RSSI與Rx的區別:

        RSSI:Received?Signal?Strength?Indicator????Rx:?Recieived?power???? 最大的區別:Rx是手機側指標;RSSI是基站側指標???兩者是同一概念,具體指(前向或者反向)接收機接收到信道帶寬上的寬帶接收功率。實際中,前向鏈路接收機(指手機)接收到的通常用Rx表示,反向鏈路接收機(指基站側)通常用反向RSSI表示。前向Rx通常用作覆蓋的判斷依據(當然還需結合Ec/Io),反向RSSI通常作為判斷系統干擾的依據。由于RSSI是通過在數字域進行功率積分而后反推到天線口得到的,反向通道信號傳輸特性的不一致會影響RSSI的精度??蛰d下RSSI值一般在-110dBm左右.?其實,RSSI有其專用的單位,RSSI的單位與dBm有公式可以轉換.

        SAR?

        SAR是Specific?Absorbtion?Ratio的縮寫,即“吸收比率”。就是單位時間內單位質量的物質吸收的電磁輻射能量。

        通俗地講,就是測量手機輻射對人體的影響是否符合標準。目前國際通用的標準為:以6分鐘計時,每公斤腦組織吸收的電磁輻射能量不得超過2W。這一標準是國際業界的通用標準。

        據中國泰爾實驗室專門從事該項工作的電磁輻射測量專家介紹,只有SAR值才是衡量手機輻射量的惟一標準。1990年,IEEE制定了手機電磁輻射的衡量技術標準。1998年ICNIRP(國際非電離性照射保護委員會)也制定了類似的技術標準,標準中均采用SAR來度量手機電磁輻射的大小。ICNIRP的標準得到了ITU(國際電信聯盟)和WHO(國際衛生組織)的推薦以及絕大部分國家的支持,北美FCC采用的是IEEE標準,美國CTIA等行業組織還建議在手機外包裝上標出SAR值。

        目前由國家質檢總局牽頭,聯合國家計量院、衛生部、環保局、信息產業部等單位組建的“電磁輻射國家標準制定聯合工作組”正在聯合制定我國的電磁輻射防護標準,其中也以SAR作為衡量手機輻射的基本限值

        SAR值是如何測定的?

        由人體模型、測量儀表、探針以及機械臂等組織測量系統。?系統置于屏蔽室中。人體模型的內部是液態物質,液體的電磁性與人體的電磁性一致,探針可以在其內自由運動。

        歐洲采用的測試標準的測量單位是10克(國際電聯推薦),美國采用的測試標準以1克組織為測量單位。? 手機緊貼模型放置,使手機處于最大發射功率狀態,由機械臂自動測量場強E。

        由以下公式計算SAR:?SAR=(δ/р)??E2?? 其中,р:液體密度;δ:介電常數;E:場強。

        手機輻射標準(SAR限值)?

        根據國際電信聯盟和國際衛生組織推薦的衡量手機輻射的技術標準SAR值的要求,GSM和窄帶CDMA手機的電磁輻射必須在國際權威衛生組織認證的許可范圍以內。

        ITU標準限值為2.0W/KG,FCC標準限值為1.6W/KG。

        對于手持終端,OTA?測試中還將考察終端在有模擬人頭情況下的上述參數,比較在有無模擬人頭情況下相關參數的變化情況。

        無源有關的天線參數?

        在考察天線性能的時候,還有其他需要了解的參數如:APIP、Gain、Directivity、EIRP、ERP。

        Gain(dBi):在相同的輸入功率下,天線在空間某點的輻射功率與理想無方向性點源天線在同一點的功率的比值,該增益單位為dBi,手機天線廠家提供的天線測試報告中的增益一般以dBi?為單位。

        Gain(dBd):增益是指:在輸入功率相等的條件下,實際天線與理想的輻射單元(半波偶極子天線最大輻射方向上功率的比值)在空間同一點處所產生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關系,方向圖主瓣越窄,副瓣越小,增益越高??梢赃@樣來理解增益的物理含義?——?為在一定的距離上的某點處產生一定大小的信號,

        如果用理想的無方向性點源作為發射天線,需要?100W?的輸入功率,而用增益為?G?=?13?dB?=?20?的某定向天線作為發射天線時,輸入功率只需?100?/?20?=?5W?。換言之,某天線的增益,就其最大輻射方向上的輻射效果來說,與無方向性的理想點源相比,把輸入功率放大的倍數。該增益的單位為dBd。

        Directivity:在相同的輻射功率下,某天線在空間某點產生的功率與理想無方向點源天線在同一點產生的功率的比值。Ratio?of?the?power?density?in?the?direction?of?maximum?power?to?the?average?power.能夠定量的表示天線定向輻射能力的電參數。定義:在同一距離及相同輻射功率的條件下,某天線在最大輻射方向上的輻射功率密度和無方向性天線(點源)的輻射功率密度之比。方向系數與輻射功率在全空間的分布狀態有關。要使天線的方向系數大,不僅要求主瓣窄,而且要求全空間的副瓣電平小。這個參數重點描述天線輻射性能的方向性。方向系數的單位是dBi,理想點源天線的方向系數為10*log(1)=0dBi。一般非理想點源天線的方向系數都是大于0dBi的。

        Efficiency:天線輻射功率和天線輸入功率的比值。天線的效率是指天線的輻射功率(Prad)與輸入功率(Pin)之比,也就是天線將饋點處的輸入功率輻射出去的能力。天線效率的單位是百分比,即%。對于內置天線而言,要求效率至少在30%以上。以手機天線為例進一步說明:手機上有一個天線開關,我們一般測得的手機輸出功率是從手機開關測得的,然后這個功率經過一段微帶線傳輸到天線饋點處,一部分能量由于電路的失配被反射回來,另一部分能量進入天線記作Pin。用TRP表示天線的空間輻射功率Pout,那么天線的效率就是Pout/Pin。這里就沒有考慮到由于電路失配而導致的能量反射。對于單獨的天線而言,這就是天線效率的定義。

        天線的效率是不必考慮傳輸線和反射損耗的,Prad/Pin就是天線的效率定義值。天線的效率是很難通過計算獲得的,天線本身的能量損耗主要是由于天線作為導體對信號的損耗,包括介質損耗(基板引起的和手機內磁鐵引起的)和金屬損耗(盡管很?。?,而回損和匹配電路的損耗是不應該記入的。

        APIP(Antenna?Port?Input?Power):加入到天線口的功率大小,是PA?輸出到天線口的功率大小。該功率大小主要跟手機的傳導發射功率大小有關。

        EIRP(Effective?Isotropic?Radiated?Power):等效全向輻射功率是天線得到的功率與天線以dBi?表示的增益的乘積,反映天線在各個方向上輻射的功率的大小。

        PEIRP(Peak?Effective?Isotropic?Radiated?Power):峰值等效全向輻射功率。

        ERP(Effective?Radiated?Power)的概念與EIRP?相同,但ERP?是天線得到的功率與以dBd?表示的增益的乘積。

        Bandwidth?帶寬?

        帶寬,即天線滿足性能要求的工作頻率范圍。

        天線是有一定帶寬的,這意味著雖然諧振頻率是一個頻率點,但是在這個頻率點附近一定范圍內,這付天線的性能都是差不多好的。這個范圍就是帶寬。

        我們當然希望一付天線的帶寬能覆蓋一定的范圍,最好是我們所收聽的整個FM廣播波段。要不然換個臺還要換天線或者調天線也太麻煩了。

        天線的帶寬和天線的形式、結構、材料都有關系。一般來說,振子所用管、線越粗,帶寬越寬;天線增益越高,帶寬越窄。

        天線的帶寬有兩種不同的定義:

        一種是指:在駐波比VSWR<=1.5條件下,天線的工作頻帶寬度;回波損耗<=-14dB。? 一種是指:天線增益下降3dB范圍內的頻帶寬度。

        在移動通信系統中,通常是按前一種定義的,具體的說,天線的頻帶寬度就是天線的駐波比不超過1.5時,天線的工作頻率范圍。

        OTA?測試中的TRP?和SAR?指標的制約關系

        TRP?反映的是天線遠場的輻射性能,而SAR?反映是天線的近場輻射性能。對于OTA?中的TRP?指標,一般是希望其TRP?比較大,這樣從PA?出來進入天線的功率才被有效輻射,無線接口的連接性才比較好。在SAR?測試中,則希望TRP?數值比較小,這樣被人腦吸收的功率才比較小,保證能通過SAR?測試標準。因此,TRP?指標與SAR?指標是一對相互矛盾的指標,在天線設計中如何保證兩個指標都達到相關的標準,滿足設計需要,在天線設計的之初就得考慮。? ? 天線的基本工作原理

        應該對天線的工作原理有個簡單的了解。其實,天線的原理很簡單,但是要用公式推導或者做出性能良好的天線來并不容易。

        記得高中學的物理課本里面有一個定律:交變的電場產生磁場,交變的磁場產生電場。天線的原理就是這個定律吧。

        一段金屬導線中的交變電流能夠向空間發射交替變化的感應電場和感應磁場,這就是無線電信號的發射。相反,空間中交變的電磁場在遇到金屬導線時又可以感應出交變的電流,這對應了無線信號的接收。在電臺進行發射和接收時都希望導線中的交變電流能夠有效的轉換成為空間中的電磁波,或空間中的電磁波能夠最有效的轉換成導線中的交變電流。這就對用于發射和接收的導線有獲取最佳轉換效率的要求,滿足這樣要求的用于發射和接收無線電磁波信號的導線稱為天線。

        理論和實踐證明,當天線的長度為無線電信號波長的1/4時,天線的發射和接收轉換效率最高。因此,天線的長度將根據所發射和接收信號的頻率即波長來決定。只要知道對應發射和接收的中心頻率就可以用下面的公式算出對應的無線電信號的波長,再將算出的波長除以4就是對應的最佳天線長度。

        注意:只要在金屬體內有交變的電流,該金屬體就要向空間輻射電磁波;反之,只要空間中有一定強度的電磁波信號,就會在該空間中的金屬體上感應出交變的電流。天線與一般金屬體的不同之處在于,天線強調了將金屬體內交變電流最有效的轉變成空間的電磁波或將空間的電磁波最有效的轉變成金屬體中的交變電流信號。

        天線是一種用來發射或接收無線電波——或更廣泛來講——電磁波的電子器件。天線應用于廣播和電視、點對點無線電通信、雷達和太空探索等系統。天線通常在空氣和外層空間中工作,也可以在水下運行,甚至在某些頻率下工作于土壤和巖石之中。

        從物理學上講,天線是一個或多個導體的組合,由它可因施加的交變電壓和相關聯交變電流而產生輻射的電磁場,或者可以將它放置在電磁場中,由于場的感應而在天線內部產生交變電流并在其終端產生交變電壓。? 天線作為無線通信不可缺少的一部分,其基本功能是輻射和接收無線電波。

        發射時,把高頻電流轉換為電磁波;接收時,把電滋波轉換為高頻電流。

        通信制式名稱?

        GSM

        GSM是Global?System?For?Mobile?Communications的縮寫。由歐洲電信標準組織ETSI制訂的一個數字移動通信標準。GSM是全球移動通信系統(Global?System?of?Mobile?communication)?的簡稱。它的空中接口采用時分多址技術。自90年代中期投入商用以來,被全球超過100個國家采用。GSM標準的設備占據當前全球蜂窩移動通信設備市場80%以上。?GSM?較之它以前的標準最大的不同是它的信令和語音信道都是數字式的,因此GSM被看作是第二代(2G)移動電話系統。

        CDMA

        CDMA系統是基于碼分技術(擴頻技術)和多址技術的通信系統,系統為每個用戶分配各自特定地址碼。地址碼之間具有相互準正交性,從而在時間、空間和頻率上都可以重疊;將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數據,用一個帶寬遠大于信號帶寬的偽隨機碼進行調制,使原有的數據信號的帶寬被擴展,接收端進行向反的過程,進行解擴,增強了抗干擾的能力。

        CDMA,一開始建網是IS-95然后升級到了CDMA2000?1X,再到了現在已經開始的EVDO,是從CDMA2000?1X升級到CDMA2000?1x?EVDO,就好比移動聯通的G網從GSM到GPRS再到EDGE一樣,只不過比起GSM,CDMA有很多優點的!比方說輻射少這就是一個最大的優點,這樣的電話才更健康,而GSM的輻射太大了!而且IS-95升級到CDMA2000?1X再到CDMA2000?1X?EVDO(即同時存在1X和EVDO兩個網絡),在射頻部分完全兼容,不需要重新建基站。???區別:???1,技術上,CDMA2000?1X采用擴頻速率為SR1,即指前向信道和反向信道均用碼片速率1.2288Mbit/s的單載波直接系列擴頻方式。因此它可以方便地與IS-95(A/B)后向兼容,實現平滑過渡。由于CDMA2000?1X采用了反向相干解調、快速前向功控、發送分集、Turbo編碼等新技術,網絡部分引入分組交換,可支持移動IP業務。???2,容量上,在相同條件下,對普通話音業務而言,容大致為CDMA(IS-95)系統的兩倍。???3,速率上,CDMA2000?1X手機上網的傳輸速率可達每秒鐘144Kb,比現有CDMA產品高出10倍。???4,版本上,CDMA是IS-95,屬于2G技術,CDMA2000?1X是CDMA的升級版本(也是CMDA2000的第一階段),屬于2.5G技術。

        WCDMA

        是英文Wideband?Code?Division?Multiple?Access(寬帶碼分多址)的英文簡稱,是一種第三代無線通訊技術。W-CDMAWideband?CDMA?是一種由3GPP具體制定的,基于GSM?MAP核心網,UTRAN(UMTS陸地無線接入網)為無線接口的第三代移動通信系統。目前WCDMA有Release?99、Release?4、Release?5、Release?6等版本。目前中國聯通采用的此種3G通訊標準。???TD??TD-SCDMA是英文Time?Division-Synchronous?Code?Division?Multiple?Access(時分同步碼分多址)?的簡稱,是一種第三代無線通信的技術標準,也是ITU批準的三個3G標準中的一個,相對于另兩個主要3G標準(CDMA2000)或(WCDMA)它的起步較晚。

        TD

        TD-SCDMA由于采用時分雙工,上行和下行信道特性基本一致,因此,基站根據接收信號估計上行和下行信道特性比較容易。此外,TD-SCDMA使用智能天線技術有先天的優勢,而智能天線技術的使用又引入了SDMA的優點,可以減少用

        戶間干擾,從而提高頻譜利用率。但是,由于時分雙工體制自身的缺點,TD-SCDMA被認為在終端允許移動速度和小區覆蓋半徑等方面落后于頻分雙工體制。???同時,TD只可以同時在線500人,是個問題

        LTE

        LTE(Long?Term?Evolution,長期演進)項目是3G的演進,始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE并非人們普遍誤解的4G技術,而是3G與4G技術之間的一個過渡,是3.9G的全球標準,它改進并增強了3G的空中接入技術,采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小區邊緣用戶的性能,提高小區容量和降低系統延遲。

        GPS

        GPS?是英文Global?Positioning?System(全球定位系統)的簡稱,而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀70年代由美國陸??杖娐摵涎兄频男乱淮臻g衛星導航定位系統.

        A-GPS

        輔助全球衛星定位系統(英語:Assisted?Global?Positioning?System,簡稱:AGPS)是一種GPS的運行方式。它可以利用手機基地站的資訊,配合傳統GPS衛星,讓定位的速度更快。

        WiFi

        俗稱無線寬帶?Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備(如PDA、手機)等終端以無線方式互相連接的技術。Wi-Fi是一個無線網路通信技術的品牌,由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi?Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE?802.11標準的無線網路產品之間的互通性?,F時一般人會把Wi-Fi及IEEE?802.11混為一談。甚至把Wi-Fi等同于無線網際網路。

        BT

        藍牙,是一種支持設備短距離通信(一般10m內)的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術,能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信,也能夠成功地簡化設備與因特網Internet之間的通信,從而數據傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬道路。藍牙采用分散式網絡結構以及快跳頻和短包技術,支持點對點及點對多點通信,工作在全球通用的2.4GHz?ISM(即工業、科學、醫學)頻段。其數據速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸。

        1. 總結?

        CTIA?的OTA?測試指標直接反映了手機的輻射性能,因此越來越受到測試機構和相關廠商的重視。在手機天線指標判定時,需要將無源和有源性能指標綜合考慮,對整機天線性能進行綜合評價。

        MORAB的OTA天線測試暗室符合CTIA的OTA測試標準,測試系統采用的SG24的近場折算遠場測量方案,是目前最準確的天線測試方法。有重復性高,準確度高,解析度高等優點。SG24?是全球少數能完全符合CTIA?要求的測試系統。能提供CTIA?所需要的TRP/TIS?測試。測試適用范圍:CTIA?OTA?(GSM900,DCS1800,Cellular?850,PCS1900);3D?天線場型測量、增益、天線效率、方向圖、極化性能。

         

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