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1、华中科技大学 硕士学位论文 GSM通信终端射频校准原理分析与实现 姓名：王权 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：韩涛 20070207 I 摘摘 要要 在 GSM/GPRS 移动终端的设计和制造过程中射频校准是一项必不可少的流程。 本文的中心在于设计一套快速可靠 GSM/GPRS 移动终端射频校准算法， 并进行实现， 然后验证。 文章首先对相关背景进行了介绍。 其中包括 GSM/GPRS 移动通信系统空中接口 以及 GSM/GPRS 移动终端射频组成及工作原理的重点介绍。这些都是设计 GSM/GPRS 移动终端射频校准算法的重要基础。之后重点阐述了校准算法设计的思 想和原理，
2、频率、发射功率、接收电平的原理，并对校准的顺序从一般意义的层面 上进行了介绍。 在对原理详细阐述的基础上，论文给出了具体的校准算法和校准流程。其中， 对这个校准过程中耗时最大的部分即发射功率校准部分进行了深入的研究。提出了 采用折曲线模型快速建立数学模型的办法，大大提高了校准的速度和准度。在这一 部分中还对与具体校准算法相关的开发平台，测试设备进行了一些必要说明。最后 为了验证校准算法的可行性、可靠性，将该算法在 PC 上进行了实现。 最后，利用这一具体实现去校准相应的 GSM/GPRS 移动终端，校准的结果在第 五章中进行了详尽的分析。结果表明该校准算法在使 GSM/GPRS 移动终端的射频
3、性 能满足国标的基础上很大程度地改善了。文章最后仔细考虑了进一步的工作，其中 包括提高算法的校准速度及可靠性，以及如何在大规模量产中对校准的结果进行快 而有效地验证。 关键词：关键词：全球移动通信系统移动终端 射频校准 频率 相位 发射功率 接收电平 II Abstract Radio Frequency calibration is necessary in the design and manufacture of the GSM/GPRS mobile terminal. This thesis is concentrate on designing the algorithm of t
4、he GSM/GPRS mobile terminals Radio Frequency calibration. Later, the algorithm will be realized and carefully tested. At the beginning of the thesis, related background is introduced, including the air interface of the Global System of the Mobile Communication and the Radio Frequency part in the GSM
5、/GPRS mobile terminal. This is the essential foundation of the Frequency calibration algorithm. After that the general theory of design the Frequency calibration algorithm, such as why and how to calibrate is described. The consequence of the calibration is also described. On the foundation of the g
6、eneral theory, in the chapter 4 a concrete algorithm of the calibration, the concrete steps and the algorithm related to TI Calypso platform are given out. The most time of the calibration is used by calibrating the transmission power. So in the thesis, this part is carefully researched and finally
7、a curve model is found and it can obviously enhance the velocity and the accuracy of the calibration. In order to test the results, the algorithm is implemented as a software on the PC finally. At the end of the thesis, the radio frequency parameter of a GSM/GPRS mobile terminal which is calibrated
8、by the software is measured and carefully analyzed. The result shows that the radio frequency performance of the GSM/GPRS mobile terminal conforms the national standard very well and is highly enhanced. At last, some furthermore work that needs to do, including the enhancing the accuracy, reducing t
9、he time it needs and how to test the results of the calibration during mass production is given out in the thesis. Keywords: GSM Mobile Staion Radio Frequency Calibration Frequency Phase Transmission Power Receiver Power 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他
10、 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文
11、作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 1 绪论绪论 1.1 研究目的和意义研究目的和意义 GSM/GPRS 移动通信终端在大量生产的时候，对相同型号的终端，虽然使用都是 相同的射频器件,但这些相同器件还是有的一定的偏差,由此组合的手机就必然存在着差 异,这种差异是在一定的范围内是可以接受的， 但超出了就会视为手机不良。 图 1.1 就是 PowerStarTM系列功率放大器的最大输出功率分布图。解决这种差异有两个办法，其一 就是采用更加昂贵的、 精度更高的、 一致性更好的元器件； 但这样的话无疑会抬高成本； 于是现实中我们往往走到了相反的方向，就采
12、用便宜的、精度比较低的、一致性不是那 么好的元器件。这样射频校准就成了 GSM 移动通信终端研发生产中不可或缺的一个环 节，这个环节可以极大地减少无线发射、接收设备对元器件的要求，从而达到降低材料 成本，最终降低整个无线发射、接收设备的成本的目的。 概率密度 功率值(dBm) 34.535 0.00 35.39135.17734.96334.749 4.00 2.00 1.00 3.00 图图 1.1 PowerStarTM系列功率放大器最大输出功率的分布系列功率放大器最大输出功率的分布 1.2 国内外现状国内外现状 从理论上来讲，在网络中正常通信的每台 GSM 终端都是经历了射频校准环节 2
13、 的。也就是说每家 GSM 移动通信终端射厂商都会对自己的设备进行射频校准，但是 由于各个厂商采用的方案以及电路设计的不同，射频校准的方式也会不一样，但大 体的步骤和目标基本是一样的1，即进行下面将要谈到的几项校准，以达到符合网络 要求，能与基站顺利通信的目的。 目前来说，大部分的厂家都是采用以下两种方案： （1）使用综测仪的方案 计算机：用于控制无线设备，执行校准过程。 综测仪：为无线设备提供各种无线环境、测量无线设备所发出信号的功率、频 率等。 （2）不使用综测仪的方案 计算机：控制无线设备，执行校准过程。 功率计：测量无线设备所发出信号的功率。 信号源：给无线设备提供各种无线信号。 频谱
14、分析仪：测量无线设备所发出信号的频率，有些校准方案的频率校准是在接 收信道上校准，此时，只需有信号源即可，不需频谱分析仪。 方案的好处在于校准方便，快速；但方案最大好处是，有可能充分利用你现 有仪表，无须再投资。 近期，罗德与施瓦茨公司(R （4）设定终端APC2 = 500，实测此时终端输出射频功率Pout2; （5）将上述两点代入式4.5，即可计算得到式4.5中的a、b. （6）将对GSM/GPRS规定的每个功率等级Pset代入确定了a、b的式4.5即可 38 得到对应的APCset. （7）实测上述APCset值下的发射功率是否满足GSM/GPRS协议要求。 （8）如果满足，将上述APC
15、set保存到终端文件系统。 4.3.4 接收电平校准接收电平校准 表表 4.2 AGC 校准选值参照表校准选值参照表 频段 测试信道 AGC 值 发射电平 TLdbm GSM900 40 34 -74.5 DCS1800 700 34 -74.5 接收电平的目的在于让GSM/GPRS通信终端准确地向基站报告自己所接收到的 功率值。在此基础上基站才能很好地控制终端，以及自己的发射功率值。所以接受 电平的准确与否直接决定了GSM/GPRS通信终端信号的好坏以及通话质量的好坏。 参考TI Calypso文档，在TI Calypso系统中，接收电平校准就是校准Gmagic值。校 准流程如下： （1）设
16、定GSM/GPRS通信终端接收表4.2中对应信道上面的信号。 （2）设定AGC到上表中的数字。 （3）设定仪器发射功率为上表中的数字。 （4）从GSM/GPRS通信终端中读取DSP_PM。 （5）计算出Gmagic = （DSP_PM AGC - TL） 。 （6）将Gmagic保存到GSM/GPRS通信终端文件系统。 39 5 校准结果分析比较校准结果分析比较 编程实现第4章的流程算法，得到的软件即可用来校准TI Calypso平台开发出 来的GSM/GPRS通信终端。利用TI Calypso平台开发出来的GSM/GPRS通信终端， 如果不进行射频校准，终端协议栈会使用这些校准值的默认值与网络通信404142。 这一章主要对采用默认值的终端和采用校准值的终端的射频指标进行比较从
