1、手机网络与射频测试讲座主讲：邱林生 移动通讯高级工程师、CCIE，曾就职于华为深圳研发中心，现就职于中国联通，主持和参与了多个产品的研发和测试，有丰富的移动通讯网络及终端产品的运营测试和管理经验XXXXXXX主办2016年7月11日目录n基本概念（20分钟）n测试仪器简介（5-8分钟）n测试流程（3分钟）n连线及测试方法（5-8分钟）n测试项解释和测量方法（25分钟）基本概念G S M 是 G l o b a l Sy s t e m fo r M o b i l e Communication 的缩写。意思是全球移动通信系统。分GSM900、DCS1800和PCS1900三个频段，一般的所谓
2、的双频手机就是在GSM900和DCS1800频段切换的手机。PCS1900则是别的一些国家使用的频段(如美国)。G S M 9 0 0/1 8 0 0 分 别 是 工 作 在890960mhz/17101880mhz频段的。GSM900的手机最大功率是8W（实际中移动台没这么大的功率，一般的手机最大功率是2W，车载功率大），而DCS1800的手机的最大功率是1W。GSM 频段nGSM900nF(CH)=890+(CH-1024)*0.20CH 955,1023nF(CH)=890+CH*0.20CH 0,124nTX/RX Duplex:45MHznMS Tx890 914.8 MHznMS
3、Rx935 959.8 MHznDCS Frequency ChannelnGSM1800nF(CH)=1710.2+(CH-512)*0.20CH 512,885nTX/RX Duplex:95MHznPCS Frequency ChannelnGSM1900nF(CH)=1850.2+(CH-512)*0.20CH 512,885nTX/RX Duplex:80MHz 网络组成基站BTS基站：basetransceiverstation基站首要是收发器，收发器的多少决定小区的容量，一个收发器能支持8个用户。一个小区由3个天线，一个发射，两个接收（分级接收）。每个BTS都会有一套收发器。一个
4、BTS覆盖一个小区，BTS发送BCH信号在RF信道的0时隙。BCH帮助Mobile识别/寻找网络。小区的手机用户容量依靠信道数GSM空中接口的数据传输速率是13Kbps,即BTS收发语音数据速率是13KB/S.有BTS命令手机设置其发射功率、迁时、切换。网络组成基站控制器几个BTS基站连接一个BSC,基站安排信道配置、切换、和BTS连接BSC;所有的BSC连接至MSC每个BTS连结BSC用abis 接口，是2Mbps的连接。使用microwave link、optical fiber、co-axial line等方式连接.Microwave link 经常是最好的连接方式选择。BSC连结MSC
5、使用的是A口 在BSC可提供小区广播等服务。图表图表1 1 GSMGSM网络网络网络组成Mobile Switching Center是网络的核心，呼叫建立、保持、和释放；链接BSC和PSTN、认证、呼叫转接、短信息、收费等。当用户增加到一定数量时，可增加MSC；MSC与MSC之间使用GMSC连结（GATEWAY）当呼叫建立时，MSC起到保持通话和断开通话的功能。存储所有的用户数据和它们的相关特征。介于MS和PSTN之间，交换通信数据.MSC是GSM网络的心脏。是与别的GSM网络、非GSM网络的连接口。MSC主要功能：认证、位置更新、连接、收费、呼叫转接、SMS。当用户增加时，超过一个MSC的
6、容量，就需要多一个MSC，就增加一倍的用户网络组成其他TRAN-Transcoding/rateadapterunit速率适配器HLR-Homelocationregister归属位置寄存器VLR-visitinglocationregister访问位置寄存器AUC-Authenticationcenter鉴权中心EIR-Equipmentidentifyregister装备身份中心BC-Billingcenter收费中心OMC-Operationandmaintenancecenter操作运营中心SMSC-短信中心CI-Cell Identity 小区身份，网络中每个小区都有唯一的识别号CI
7、，一个小区有56个用户可同时通话。调制方式GSM 采用的是0.3GMSK调制 高斯最小频移键控，0.3是描述滤波器带宽和比特率的关系,不是相位调制，是一种典型的数字调频调制，实际上是调频。0和1代表的是载波加减不同的频率+67.708KHZ 和-67.708KHZ，1被看作是相位增加90度，0被看作是相位在相反方向改变，两个频率表示频移键控;语音编码速率是13kbps.数据速率(调制速率)BIT传送速率是270.833Kbps。刚好是四倍于射频频移。这样一来就有效的减少调制频谱和提高了通道利用率.高斯滤波高斯滤波:剧烈的频率变化会导致频谱扩散,所以用滤波器进行滤波平滑后,减少频谱扩散;RF载频
8、加67.708和减67.708KHZ;靠频率转移.手机开机的步骤搜索所有的BCH开机跟网络同步时间和频率由FCH/SCH调整解码BCH子通道BCCH网络检查SIM卡的合法身份，是否是网络允许的SIM卡手机位置更新网络鉴权手机主叫过程由BCH指定传输信道SDCCH手机给基站发送通道请求，即手机发送一个短的随即接入的突发脉冲（RACHBurst）（RACHBurst0.577ms156.25bit）手机和基站在独立的专用信道SDCCH上通信权限认证指定手机在一个业务信道（TCH）上通信手机被叫过程手机发送RACHBTS在PCH呼叫通道上使用SIM中的IMSI号码来呼叫用户通道指定的BCH手机和基站
9、在SDCCH上通信手机用户被鉴权手机被指定TCH通道在TCH通道上进行语音和数据通信上行和下行上行是手机通过上行频率发信息给基站，下行是相反。上行和下行组成一对频率对（45MHZ分割），上行滞后下行3个时隙；上行和下行使用相同的时隙号；上行和下行使用相同的通道号；上行和下行使用不同的波段。（间隔45MHZ）。功率等级由于手机在小区内移动，它的发射功率要随着移动，当他靠近基站时，防止干扰别的用户功率要减小，当他远离基站是为防止衰减要增大发射功率。总共有19个功率等级,功率等级存于手机的EEPROM中.功率控制的好处是：手机可以省电、基站减少干扰。由基站在SACCH上发送命令手机改变发射功率改变功
10、率是和路径的衰减成比例。TXLevel533dbm，19-5dbm。每个等级之间是间隔2dbm.BTS需要在上行开始的Rxlev、Rxqual每480ms发送报告给BSC关于Rxlev、Rxqual。每一定时间跟初始的进行比较。时迁Timing AdvanceTiming advance 就是为了保证信号能在准确的时间内到达BS,当MS移动时,随着MS距离BS 的远近,上行传递的时延的可变，基站命令移动台提前发送。由BS在SACCH信道上命令MS来改变它的迁时的大小.手机在空闲模式时接收机站和解码BCH，在BCH中的SCH允许手机调整它的内部时间，当手机接收到SCH时不知道距离基站多远，通过S
11、ACH特殊的 短突发。当手机在下行的SACCH上获得迁时信息，才发送正常的突发，30KM 手机设置迟延100US.信道介绍BCH广播信道CCCH专用控制信道DCCH专用控制信道TCH业务信道RACH随机接入信道其他IMEI：international mobile equipment identity国际移动设备识别号。小区接入技术FDMA TDMA CDMATimeslot 1timeslot576.92us,1frame=8timeslots跳频基本仪器简介n电源n信号发生器n频谱分析仪n万用表n示波器n综合测试仪n其他电源（Power supply）Keithley2304,2306Ag
12、ilent 66311B1.提供电压电流2.sense的用途使测量更精确，消除路径损耗。信号发生器（Signal Generator）Agilent4432BAnritsu MG3681AR&S提供射频信号频谱分析仪（spectrum analyzer）Agilent4405BAdvantest R3267R&S1.输出频谱2.测量功率3.观察谐波失真万用表和示波器1.Debug维修用2.示波器观察相位失真综合测试仪Agilent8960Anritsu MT8820AR&S CMU1.综合测试2.Debug维修3.性能参数，调制频谱其他仪器1.功率计2.FM调制解调3.Bluetooth发射器
13、4.GPS发射器测试流程以深圳某公司的一款手机为例，介绍一下手机由设计到上市的过程，其中以生产为重点介绍。研发阶段的测试测试跟研发是并行的根据产品提出测试方案编写测试程序根据需要修改测试程序保证程序的稳定性和可靠性生产阶段的测试烧录芯片SMT扫入SN校准天线测试人机接口测试终测FQA写ESN（或其他）软件升级组装包装出货USB蓝牙GPS测试SNSN写号工位此工位是把SN号和进程控制的信息写到手机里，用来跟踪手机的测试过程中的进度和测试的结果。人机接口测试检查最终用户所使用的手机功能,有以下几项:摄像功能 按键测试主显示屏检查小屏检查 Sub-LCD扬声器检查 Speaker听筒检查 Recei
14、ver话筒检查 MIC震铃检查 Vibrator背景灯检查 Indicator录音检查恢复出场设置连线及测试方法v设备连线图v不同工位的需求v不同设备的连线图v不同产品的连线图手机测试连线图综测仪工控机接口箱 鼠标键盘GPIB card手机25pin 对接线硬件连接图DAQ card电源综测仪GPIB 线数字电源引线射频线9pin 对接线DAQ 数据线串口线BT 夹具屏蔽箱根据厂家不同连线有所不同根据成本要求不同连线有所不同手机测试连线图SG&SAPC信号发生器频谱分析仪耦合器待测件电源其他测试连线1PC待测件USB蓝牙GPS测试仪综合测试仪天线耦合器其他测试连线2PCFM调制解调器待测手机其
15、他测试方法简介测试项解释和测量方法目前GSM的平台有很多，但校准和终测的方法大体相同，其基本理念都是一样的，下面以两款平台介绍一下校准和终测的方法和步骤。校准终测的目的现在生产的相同型号手机虽然使用都是相同器件,但这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,但这差异是在一定的范围,超出了就视为手机不良。因此校准的目的就是将手机的这种差异调整在符合国标的范围，而终测是对于校准的检查，因为校准无法对手机的每个信道，每个功率级都进行调整，只能选择有代表性的（试验经验点）进行，所以校准通过的手机并不能肯定它是良品，只有通过终测检验合格的才算是。电池校准对基带电路中的A/D的参考电压的
16、校准，以保证A/D读数的准确。设置外部电源在4.2V，读取手机电压表示值设置外部电源在3.5V，读取手机电压表示值将上面两值存入手机中发射机校准不同的平台有不同的校准方法，但其大致的原理是一样的。就是通过一定的方法调整在一个或者几个试验经验点（全部功率级）的功率值的表示值，使其符合国标的要求（GB2828-1987 YD/T1214-2002、ETSI GSM05.01）。对不同信道，不同功率级别进行校准下面讲述两种校准方法。手机发射部分原理框图CSPPowerRampRegistersDACPARFsignalLPFVAPCNVMMeasureInstrumentCalculate Ramp
17、 dataswSWRAMTXPPMFigure 1:Transmitter and Calibration发射信号Mid-Burst Power LevelRamp UPRamp DownPower(dBm)Time(bits)Bit0Bit147Figure 2:Burst Shape发射信号（部分）Figure 3:PmW vs Element所用公式V=(P*R)1/2=(0.05*P)1/2=10(PdBm-13)/20)PmW(t)=(A-B)Sin3(K*t)+B其中K=180/(2*T)TXP=m*V+cm=(TXPH-TXPL)/(VH-VL)c=TXPH-m*VH测试步骤Tx
18、PH推TxPL推PH推PL推VH推VL推M0，c0TxPHreqTxPLreqPHreqPLreqVHreqVLreq方法二：逐次逼近法n将手机仪器都设置在Test Mode n设置仪器一个合适的信道，发送PTE指令控制手机处于连续发射状态，信道与仪器对应.n写入该功率级的默认值，调整默认值（或加或减）使手机的发射功率达到期望值，将此数据换算的Ramp值存入手机，对该信道的各个功率级都进行这样计算、存值。接收机校准不同平台有不同的方法下面讲述两种平台的校准方法。ADCADCIQR FConnectorFE MSW/SAWLN AR FM ixerBB AmpBB LPFBB AmpAAFPGA
19、Digital FIRFilterU H F LOHD155148TFCSP390BB AmpBB LPFBB LPF/NHitachi FEMGain control:-22 +19dB GSM-28 +62dB0 +18dBWorst case -20 +19dB GSM1800/1900 2dB steps2dB steps手机接收部分框图平台1设置工作点主要的目的是寻找CSP中ADC处信号电平在-20dBfs时且通道增益已定义的情况下的Cellpower。设置手机放大器状态RxGainA=0，RxGainB=202 选择一个任意的测试信道 执行ReadRSS命令读到的结果换算成dbfs
20、:10 log(Reading1+Reading2+Reading3+Reading4)/(4*32767)测试边带信道 RSS0123456797510101018712244054124Sub-BandsChannel2dB根据上面的方法读取所有信道的值计算每个频段的平均值Mn(n=18)计算所有频段的平均值Mo计算补偿：(Mn-Mo)*16(n=18)Rx基本通道增益补偿（LNA开启）1设置手机信道channel=62,根据上步得到：2当RxGainB=202时，信号发生器的信号电平为-54.53设置手机RxGainB=162时，提高信号发生器的电平到-49.5。4读取结果并换算成dbf
21、s(mean)，根据Setworkingpoint的方法，调整到-20dbfs左右。5取出上面的频段补偿6根据公式计算基本通道增益*16保存：Basic Rx Path Gain=mean-信号发生器的电平-基带部分开关增益-频段补偿7重复以上操作，将BB_Gain设为-2，26，40，54等计算结果与12db的值的差值*16取整。Rx基本通道增益补偿（LNA关闭）1设置手机信道channel=62,根据上步得到：2当RxGainB=322时，（RxGainA=0;RxGainB=1536+322,此RG0 and RG1为1，使LNA完全关闭）根据Setworkingpoint的方法，调整到
22、-20dbfs左右。此时信号发生器的电平为-39.86dbm。（mean=-20.0566）3取出上面的频段补偿4由于BB_Gain=52db，在46和62之间，因此其基带功率补偿为13/16=0.8125。5根据公式计算基本通道增益*16保存(-994:FC1E)：Basic Rx Path Gain=mean-信号发生器的电平-基带部分开关增益-频段补偿分两部分保存，写入手机。DC偏移量校准1开启DCOffset外部校准（发送一个命令）2设置信道539，BB_Gain=62db（RxGainA=0,RxGainB=362）,LNA=ON3设置适当的初始值。（SetDCROffset）4Re
23、adRSS,并换算成dbfs.判断是否小于-30。从DSP读取测试值4eaf=20143 AND 1FFF(8191)-EAF=375908bb=2235-=2235读取4组求平均值重复上步骤在其他信道获取7组值（539，593，648，702，755，809，860）存入手机。手机接收部分框图平台2/R/1/2MUX/NSelfTune/NPoly-phase&DividerNetworkADCSerial ControlInterface824-849MHz880-915MHz1930-1990MHz1805-1880MHzIF PLLRF PLLDCXODAT/CTLDAT/CTLCLK
24、/CTLCLK/CTLIQIQRXIPRXINRXQPRXQN13MHz_BBSERDATSERCLKSERLENVDD_TX_900VDD_TX_1800VDD_RX_1900AFCRF_ENVDD_RFSi4201Si4134TSi4200766-896MHzLO1=1805.1-1989.7MHzVCO1VCO2IIRDigital FilterDACDigitalInterface CellD-PGAD-PGAA-PGAA-PGAPGACtrlClockGenerator100kHzSerial ControlInterfaceDigitalInterface CellSelfTune
25、ADCDAC/R/1/2MUX/NSelfTune/NPoly-phase&DividerNetworkADCSerial ControlInterface824-849MHz880-915MHz1930-1990MHz1805-1880MHzIF PLLRF PLLDCXODAT/CTLDAT/CTLCLK/CTLCLK/CTLIQIQRXIPRXINRXQPRXQN13MHz_BBSERDATSERCLKSERLENVDD_TX_900VDD_TX_1800VDD_RX_1900AFCRF_ENVDD_RFSi4201Si4134TSi4200Serial ControlInterface
26、824-849MHz880-915MHz1930-1990MHz1805-1880MHzIF PLLRF PLLDCXODAT/CTLDAT/CTLCLK/CTLCLK/CTLIQIQRXIPRXINRXQPRXQN13MHz_BBSERDATSERCLKSERLENVDD_TX_900VDD_TX_1800VDD_RX_1900AFCRF_ENVDD_RFSi4201Si4134TSi4200766-896MHzLO1=1805.1-1989.7MHzVCO1VCO2IIRDigital FilterDACDigitalInterface CellD-PGAD-PGAA-PGAA-PGAPG
27、ACtrlClockGenerator100kHzSerial ControlInterfaceDigitalInterface CellSelfTuneADCDACDAC接收图说明前置低噪放大器，打开时EGSM和GSM850有15dB的增益，DCS和PCS有13dB;关闭时EGSM和GSM850为0dB,DCS和PCS有8dB，可控；低通滤波器，规格375k，3dB;PGA,0-16dB,步长4dB；AGAIN，有117dB的增益，可调；（模拟补偿）DGAIN，0-63dB的增益，步长1dB,可调；（数字补偿）晶振部分，要求调整一个6bit的CDAC值和一个12bit的AFC值 振荡器校准1
28、3M频率校准设置经验值。设置手机连续发射设置手机主振荡器的频率偏置（CDAC）设置仪器的band和信道跟手机一置。读取频率误差正确：保存CDAC,错误：保存CDACFreqErr、1000。振荡器校准控制频率的数模转换器校准设置手机连续发射设置仪器的band和信道跟手机一置。读取频率误差测量两点，计算斜率，保存这个校准是校准当外部环境（如温度等）改变后，要使振荡器正常工作，而引入的一个反馈补偿，它呈线性，手机存储这直线的斜率人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
