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1、手机射频培训,第一部分 GSM,GSM的发展概述,GSM原意为“移动通信特别小组”（Group Special Mobile），是欧洲邮电主管部门会议（CEPT）为开发第二代数字蜂窝移动系统而在1982年成立的机构，开始制定适用于泛欧各国的一种数字移动通信系统的技术规范。1987年，欧洲15个国家的电信业务经营者在哥本哈根签署了一项关于在1991年实现泛欧900MHz数字蜂窝移动通信标准的谅解备忘录（Memorandum of Understanding，简称MOU）。随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐步成为欧洲数字蜂窝移动通信系统的代名词。后来，欧洲的专家们将GSM重新命名为
2、“Global System for Mobile Communications”，即“全球移动通信系统”的简称。,GSM的系统构成,GSM系统由以下分系统构成：交换分系统（MSS）；基站分系统（BSS）；移动台（MS）和操作与维护分系统（OMS）。它包括了从固定用户到移动用户（或相反）所经过的全部设备,GSM系统的无线传输标准,国内GSM系统将无线频率定在900MHz范围，第二阶段DCS为1800MHz。指标如下：频段： 上行线路 MS发，BTS收的频段为890915MHz/17101785MHz； 下行线路 BTS发，MS收的频段为935960MHz/18051880MHz ；国外有些国家
3、（主要是美洲国家）还支持如下两个频段（850MHz和1900MHz）：频段： 上行线路 MS发，BTS收的频段为824848MHz/18501909MHz； 下行线路 BTS发，MS收的频段为869893MHz/19301989MHz ；频带宽度：25/75MHz；上下行频率间隔：45/95MHz；载频间隔：200KHz；通信方式：全双工；信道分配：每载频8个时隙，包含8个全速信道，16个半速信道；每个时隙的信道速率：22.8kbit/s；信道总速率：270kbit/s；调制方式：GMSK，高斯滤波最小频移键控；接入方式：TDMA；话音编码：规则脉冲激励线性预测编码RPELPC 13kbit/
4、s；分集接收：跳频每秒217跳，交错信道编码，自适应均衡。以上均为无线接口（Um 接口）的规范,语音传输 过程,GSM系统的信道编码与调制解调,无线发射经过若干处理才能把原始数据变成最终的发射信号，反之，接收端也要进行一系列这样的逆处理直至恢复原始数据,RF部分的工作,射频单元包括从调制器、发信到天线合路器及接收到解调输出部分电路，其主要功能是将基带单元所形成的TDMA帧调制到射频及其相反过程。以GSM900M频段为例，射频单元发射频率为890915MHz，收信频率为935960MHz，频道间隔为200kHz。天线开关是将移动台发信和收信组合到一根天线上。在GSM数字移动通信系统中，由于收发不
5、在一个时隙（发比收慢3个时隙），因此移动台可以省去用于收发共用的双工器，只需要使用简单的收发合路器（组合）功能，即可将发信和收信信号组合到一根天线上而不会互相干扰。调制将从TDMA帧来的270.833kbit/s数据流信号按GSMK调制方法形成I、Q信号，再送到发信上变频器调制到900MHz频段。解调和均衡将从收信单元接收的模拟I、Q信号进行数字化处理恢复出基带信号。频率合成器为发信和收信单元提供变频所必须的本振信号，它通常从时期电路获得基准频率源，然后采用锁相技术实现频率合成。,手机RF结构框图,GSM900（900MHz）： 频道号为1124，共124个频道，中心频道为62DCS（1800
6、MHz）： 频道号为512885，共374个频道，中心频道为698PCS（1900MHz）： 频道号为512810，共299个频道，中心频道为661GSM850（850MHz）： 频道号为128251，共124个频道，中心频道为189,四个频段的频道号,TDMA噪声也叫Burst noise，TDD NOISE。是216.7Hz及其高次谐波的叠加,是手机设计中最头疼的问题之一。产生：每个GSM帧分为8个时隙，每个时隙0.577us，分给一个用户。所以每帧0.577*8 = 4.615ms,它对应的频率为216.7HZ。所以在GSM的功放工作时，每4.615ms产生一个冲击，它的包络为216.7
7、HZ。消除方法：1. 地和电源： 电源上加22uF钽电容；选用PSRR高的audio PA，增大接地面积，加宽电源线；当心Ground Loop等2. 线路串扰：音频走线尽量差分走线，包地，远离RF和VBAT线路3. 空间辐射：屏蔽射频部分，注意天线对mic的影响，串磁珠，滤波，micbias加pai型滤波，reciever和Mic接33p, 10p或更小容值电容滤,手机中的TDMA 噪声及消除方法,手机电性能测试相关指标的了解,GSM规范的标准,载波（发射）功率,定义 发射机载波功率是指在一个突发脉冲的有用信息比特时间上内，基站传送到手机天线或 收集及其天线发射的功率的平均值。在测试中发射机
8、输出功率是有用比特（对常规信道为147比特，对允许接入信道为87比特）功率作平均计算得出。这一点与测量其他类型设备时的输出功率（无论是平均功率还是峰值功率）定义都是不同的。（非专业仪器无法辨别有用比特） 测试目的 测量发射机的载波输出功率是否符合GSM规范的指标。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，则会造成邻道干扰。 条件参数 在相同频率及相同测试条件下，两相邻功率控制级的TX载频峰值功率的差值按GSM规范要求为 ：不小于0.5 dBm，不大于3
9、.5 dBm ，各个功率等级的指标范围如下表：,GSM900的功率控制,DCS1800的功率控制,频率误差,定义 发射机的频率误差是指测得的实际频率与理论期望的频率之差。它是通过测量手机的I/Q信号并通过相位误差做线性回归，计算该回归线的斜率即可得到频率误差。频率误差是唯一要求在衰落条件下也要进行测试的发射机指标。 测试目的 通过测量发射信号的频率误差可以检验发射机调制信号的质量和频率稳定度。频率误差小，则表示频率合成器能很快地切换频率，并且产生出来的信号足够稳定。只有信号频率稳定，手机才能与基站保持同步。若频率稳定达不到要求（0.1PPm），手机将出现信号弱甚至无信号的故障，若基准频率调节范
10、围不够，还会出现在某一地方可以通话但在另一地方不能正常通话的故障。,频率误差,条件参数 GSM频段的频率误差范围为+90HZ-90HZ，频率误差小于40HZ时为最好，大于40HZ小于60HZ时为良好，大于60HZ小于90HZ时为一般，大于90HZ时为不合格；DCS频段的频率误差范围为+180HZ-180HZ，频率误差小于80HZ时为最好，大于80HZ小于100HZ时为良好，大于100HZ小于180HZ时为一般，大于180HZ时为不合格。,相位误差,定义 发射机的相位误差是指测得的实际相位与理论期望的相位之差。理论上的相位轨迹可根据一个已知的伪随机比特流通过0.3GMSK脉冲成形滤波器得到。相位
11、轨迹可看作与载波相位相比较的相位变化曲线。连续的1将引起连续的90度相位的递减，而连续的0将引起连续的90度相位的递增。 峰值相位误差表示的是单个抽样点相位误差中最恶略的情况，而均方根误差表示的是所有点相位误差的恶略程度，是一个整体性的衡量。 测试目的 通过测试相位误差了解手机发射通路的信号调制准确度及其噪声特性。可以看出调制器是否正常工作，功率放大器是否产生失真，相位误差的大小显示了I、Q数位类比转换器和高斯滤波器性能的好坏。发射机的调制信号质量必须保持一定的指标，才能当存在着各种外界干扰源时保持无线链路上的低误码率，过大的相位误差会影响通话的质量。,相位误差,条件参数 GSM和DCS的相位
12、峰值误差均小于20度，平均误差均小于5度。实际测试中相位峰值误差小于7度时为最好，大于7度小于10度时为良好，大于10度小于20度时为一般，大于20度时为不合格；相位平均误差小于2.5度时为最好，大于2.5度小于4度时为良好，大于4度小于5度时为一般，大于5度时为不合格。,发射功率/时间特性,定义 发射功率时间特性是指发射功率与发射时间之间的关系。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
13、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。测试目的 用于检查手机的TDMA突发脉冲的上升、下降及平坦部分与模板的吻合程度。手机发射突发信号的上升与下降部分应在+4dM-30dB模板范围之内，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。,发射功率/时间特性,条件参数 对功率/时间关系的测量可以看作两部分。一部分是对上升、下降沿的测量，对上升、下降沿的要求是为了保证两个相邻突发之间不产生干扰。因为前一个突发的下降沿和后一个突发的上升沿各有一部分处于一个相同的时段，即前一个突发最后的8.25比特时间的保护段。
14、另一部分是对突发有用部分的幅度平坦度的测量，对幅度平坦度的要求是为了保证不出现有用部分的某个或几个比特的码元功率过大，从而造成对其它比特的干扰,调制频谱,定义 调制频谱指数字比特流信息经GMSK调变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调制而产生的在其标称载频的不同频偏处（主要是在相邻频道）的射频功率。 测试目的 防止带外频谱辐射，以免引起邻道干扰（指本频道对邻频道产生的干扰）。
15、,GSM900调制频谱,DCS1800调制频谱,开关频谱,定义 开关频谱是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。 测试目的 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）。,GSM900开关频谱,DCS1800开关频谱,接收报告电平和接受质量,定义 接收报告电平和接收报告质量是指手机在业务信道（TCH）上不同功率级别时接收信号的强度。它是由移动台产生的对接收信号质量的评价，在移动通信中作为射频功率控制和切换依据。 测试目的 检验手机的接收性能。当手机在小区移动时，
16、由于传播路径衰耗的影响，手机接收下行 连链路的信号电平也将发生变化，基站将利用手机的RX Lev 报告了解手机接收信号的强度。如果报告显示TCH信道的RXLeV（接收信号功率）偏低，基站就会在相应时隙中加大功率进行补偿。如果临近小区的RXLEV比当前的RXLEV高，则预示着手机将越区切换到另一个信号更强的相邻小区，以便得到更好的通信质量。如果RXQUAL很低，但RXLEV却不低的话，则预示着可能存在着一个外来干扰信号影响正常通信。此时基站需要给手机分配一个新的频点或启用跳频模式。如果手机汇报的RXLEV和RX QUAL不准确，则网络有可能会对手机发出一些错误的指令。过低的RXLEV值将产生不必要的越区切换，而过高的RX LEV值则会推迟越区切换的时间，甚至造成通话中断。,
