手機(jī)作為無(wú)線通訊設(shè)備，是要能接收和發(fā)射無(wú)線信號(hào)，筆者前一段時(shí)間寫(xiě)了一篇《淺談手機(jī)發(fā)射功率》后收到一些Email，鼓勵(lì)筆者繼續(xù)寫(xiě)，實(shí)在不好意思再湊一篇《淺談手機(jī)接收性能的測(cè)試》，算是把手機(jī)接收和發(fā)射這兩部分都議了一議，當(dāng)然還是淺談，還是拋磚，希望同行能夠斧正。
一、從收音機(jī)、電視機(jī)談起
　　我們這一代人從小接觸的是收音機(jī)，后來(lái)是電視機(jī)，現(xiàn)在還能想起剛開(kāi)始有電視機(jī)時(shí)，家家必加高高的電視天線（那時(shí)還沒(méi)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(shí)我們半大孩子一定會(huì)為了更好的看電視找原因、想辦法。通常是說(shuō)把天線架的更高，原因是說(shuō)有樓房或別的什么高東西遮擋了電視信號(hào)，有從影一點(diǎn)一點(diǎn)的左右旋轉(zhuǎn)電視天線，還不行煞有介事的說(shuō)你家的電視靈敏度太低，當(dāng)然家旁邊有汽車通過(guò)或天氣不好，電視上會(huì)有雪花，有時(shí)還偶爾能聽(tīng)到串進(jìn)來(lái)其它臺(tái)的弱小聲音，這些我們都知道，這是電視信號(hào)被干擾了。

　　其實(shí)手機(jī)作為無(wú)線通訊設(shè)備與收音機(jī)、電視機(jī)沒(méi)有什么本質(zhì)的區(qū)別，它同樣在通信信號(hào)被遮擋或接收到幾條路徑的無(wú)線信號(hào)時(shí)，通信質(zhì)量較差；被干擾后，通信質(zhì)量較差；手機(jī)靈敏度太低，在有些場(chǎng)合也會(huì)影響通信質(zhì)量；這些其實(shí)完全可以與收音機(jī)、電視機(jī)類比的，但手機(jī)作為可移動(dòng)的無(wú)線通訊產(chǎn)品，它所遇到的無(wú)線電環(huán)境遠(yuǎn)比收音機(jī)、電視機(jī)（這里指以前的，不是指現(xiàn)在車載收音機(jī)、電視機(jī)）要惡劣，比如你在高速運(yùn)動(dòng)的汽車上通話??會(huì)遇到多普勒效應(yīng)，在一個(gè)小區(qū)內(nèi)多個(gè)用戶同時(shí)通話??會(huì)受到系統(tǒng)內(nèi)部之間的互相干擾等等。其實(shí)本文開(kāi)始羅嗦半天，無(wú)非是想說(shuō)明一點(diǎn)，考察手機(jī)的接收性能，是要先了解手機(jī)都會(huì)在什么樣的無(wú)線電環(huán)境下工作。

　　1、當(dāng)手機(jī)在小區(qū)邊緣，或無(wú)線信號(hào)被建筑物或其他東西遮擋、或在一個(gè)屏蔽的空間里（如電梯間），手機(jī)只能收到弱小信號(hào)；

　　2、手機(jī)接收到多條無(wú)線路徑的射頻信號(hào)，這主要是同一個(gè)無(wú)線信號(hào)被城市建筑物或其他東西折射、反射過(guò)來(lái)，當(dāng)這些多徑信號(hào)相位相反時(shí)，會(huì)造成合成信號(hào)的幅度快速變化，且由于這些多徑信號(hào)傳播路徑不同，會(huì)產(chǎn)生時(shí)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(duì)手機(jī)的通信質(zhì)量影響很大，這是由于手機(jī)是移動(dòng)設(shè)備，在密集的高樓大廈之間使用的幾率很大，而手機(jī)無(wú)法象電視機(jī)那樣使用定向天線來(lái)回避這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)然現(xiàn)在cdma2000已經(jīng)啟用了RAKE接收機(jī)的技術(shù)；其思想是如果不同路徑信號(hào)的延遲超過(guò)一個(gè)偽碼的碼片的時(shí)延，則在接收端可將不同的波束區(qū)別開(kāi)來(lái)。將這些不同波束分別經(jīng)過(guò)不同的延遲線，對(duì)齊以及合并在一起，則可達(dá)到變害為利，把原來(lái)是干擾的多徑信號(hào)變成有用信號(hào)組合在一起。這是RAKE接收機(jī)的基本原理。

　　3、在運(yùn)動(dòng)的汽車或火車上通話，由于是在高速運(yùn)動(dòng)中通話，會(huì)形成的多普勒效應(yīng)；

　　4、手機(jī)會(huì)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(huì)受到附近頻段其他正在使用的無(wú)線設(shè)備的干擾；

　　6、會(huì)受到其他突發(fā)性干擾，如打雷、大電機(jī)的瞬時(shí)啟停等；

　　其實(shí)這些情況都可以用一張很好的圖畫(huà)形象表示，感興趣的可以在一些相關(guān)書(shū)籍或資料中找到。

　　二、如何衡量手機(jī)的接收性能

　　還是讓我們繼續(xù)從收音機(jī)、電視機(jī)談起，衡量收音機(jī)、電視機(jī)接收性能有一個(gè)簡(jiǎn)單辦法，那是把收音機(jī)、電視機(jī)放在惡劣電磁環(huán)境中去聽(tīng)、去看接收效果，是否有雜音，是否有雪花，是否畫(huà)面清晰，當(dāng)然這個(gè)辦法很直接，但評(píng)價(jià)有時(shí)卻很主觀，并不能很客觀的、量化的去評(píng)價(jià)收音機(jī)、電視機(jī)接收性能。為了客觀的、量化的去評(píng)價(jià)收音機(jī)、電視機(jī)的接收性能，人們把發(fā)送的模擬信號(hào)與接收端復(fù)制的模擬信號(hào)之間進(jìn)行比對(duì)，用均方誤差的方法計(jì)算二者誤差程度。這個(gè)誤差其實(shí)主要是由于信號(hào)在傳輸時(shí)疊加上的噪聲所造成的（有些時(shí)候?qū)⑺Q之為加性干擾或加性噪聲），后來(lái)人們研究發(fā)現(xiàn)這個(gè)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(hào)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(wú)線模擬通信設(shè)備接收性能的主要指標(biāo)。也是，信噪比真實(shí)的反映了模擬無(wú)線接收設(shè)備對(duì)接收到的無(wú)線模擬信號(hào)的復(fù)制的程度。

　　拉拉雜雜羅嗦半天，說(shuō)白了衡量模擬無(wú)線設(shè)備（收音機(jī)、電視機(jī)）的接收性能是把發(fā)送的模擬信號(hào)與接收端復(fù)制的模擬信號(hào)之間進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算二指的均方誤差，僅僅是在實(shí)際測(cè)試測(cè)量中，這種方法不易實(shí)現(xiàn)，人們才“轉(zhuǎn)到”了信噪比上，而手機(jī)是數(shù)字通信，沒(méi)有必要這么麻煩，直接把發(fā)送的數(shù)據(jù)流和手機(jī)接收到的、解碼后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行比較，計(jì)算出誤碼率，ok，手機(jī)的接收性能直觀準(zhǔn)確的表述出來(lái)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(jī)和cdma2000手機(jī)在接收方面的性能測(cè)試對(duì)比的談一下，這種對(duì)比其目的是要突出兩種體制的異同，PHS、CDMA95、WCDMA其實(shí)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(jī)誤碼率的測(cè)試方法

 　在談測(cè)試方法之前，首先讓我們簡(jiǎn)單回顧GSM和cdma2000。GSM是時(shí)分、頻分多址系統(tǒng)，它屬于窄帶調(diào)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(gè)物理信道。GSM采用RPE-LTP對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行編碼，把語(yǔ)音數(shù)據(jù)分成了三類，非常重要的語(yǔ)音數(shù)據(jù)（Type Ia），重要的語(yǔ)音數(shù)據(jù)（Type Ib）和其他的語(yǔ)音數(shù)據(jù)（Type II），其中非常重要的語(yǔ)音數(shù)據(jù)和重要的語(yǔ)音數(shù)據(jù)都加了校驗(yàn)碼，而其他語(yǔ)音數(shù)據(jù)沒(méi)有加任何校驗(yàn)碼。GSM是第二代無(wú)線通訊的標(biāo)準(zhǔn)，后來(lái)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(gè)自干擾系統(tǒng)，同時(shí)碼分技術(shù)的基礎(chǔ)是擴(kuò)頻技術(shù)，其重要應(yīng)用是解決在出現(xiàn)有強(qiáng)烈干擾下的可靠通信問(wèn)題。它是寬帶調(diào)制，帶寬1.25MHz，能有效抑制一些窄帶干擾，采用了RAKE接收機(jī)技術(shù)，能把部分多徑干擾變成有益的，它是第三代無(wú)線通訊的標(biāo)準(zhǔn)，其不僅可以進(jìn)行語(yǔ)音通訊，而且很重視數(shù)據(jù)通訊，它比GSM標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行比對(duì)，計(jì)算誤碼率，那么在具體測(cè)試過(guò)程中是如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程哪？GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定GSM手機(jī)要有“環(huán)回模式（loop-back mode）”，其思想是手機(jī)要把接收到的數(shù)據(jù)流再調(diào)制后發(fā)回來(lái)，以便儀表比對(duì)數(shù)據(jù)流，計(jì)算誤碼率。GSM手機(jī)只要安轉(zhuǎn)了測(cè)試SIM卡，GSM手機(jī)的“環(huán)回模式”會(huì)被激活，測(cè)試設(shè)備可以通過(guò)下行的SACCH給手機(jī)發(fā)出命令，使之進(jìn)入“環(huán)回模式”。

　　cdma2000的標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定手機(jī)要有“環(huán)回模式”，但不是所有誤碼率都是用環(huán)回模式來(lái)測(cè)量，測(cè)試SCH的TDSO(Test Data Service Option)不是用的環(huán)回模式，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在這種模式下，測(cè)試儀表要發(fā)出已知格式和內(nèi)容的數(shù)據(jù)流，手機(jī)將這些數(shù)據(jù)解調(diào)后也不再調(diào)制發(fā)出，而是直接對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算誤禎率，另外對(duì)F-BCCH、F-CCCH等信道測(cè)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(lái)確定誤禎率，cdma2000為什么采用這么多方法來(lái)測(cè)試誤禎率，這點(diǎn)主要是不同邏輯信道的特點(diǎn)決定的，由于篇幅所限，筆者在此不再展開(kāi)討論。

　　GSM標(biāo)準(zhǔn)在表述手機(jī)接收質(zhì)量，也是誤碼率BER（Bit error ratio）時(shí)，除了用誤碼率這個(gè)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(gè)概念，其中又把誤碼率和殘余比特誤碼率根據(jù)語(yǔ)音數(shù)據(jù)的性質(zhì)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(méi)有象GSM那樣搞的這么復(fù)雜，它是用誤禎率FER (Frame Error Rate)來(lái)說(shuō)事。大家都看出來(lái)了GSM和cdma2000規(guī)定的不同，本文篇幅有限不做進(jìn)一步討論，但這個(gè)問(wèn)題值得深究。

　　在開(kāi)始下面的討論之前，還需聲明一句，下文為了能把問(wèn)題說(shuō)清楚，引用了標(biāo)準(zhǔn)中的一些規(guī)定，但規(guī)定是發(fā)展的，筆者引用的標(biāo)準(zhǔn)可能與讀者接觸的標(biāo)準(zhǔn)有些出入，幸好本文不是標(biāo)準(zhǔn)解釋，有些出入和不同，大家也都還認(rèn)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(biāo)，甚至測(cè)試方法都可能不同，下文除特別聲明外，GSM的測(cè)試都是指EGSM的測(cè)試和指標(biāo)，cdma2000的測(cè)試都是指US Cellular的測(cè)試和指標(biāo)。

　　四、靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍

　　接收機(jī)靈敏度的定義：誤碼率或誤禎率不超過(guò)某個(gè)指定的值時(shí)的小接收功率。這個(gè)指標(biāo)用來(lái)表征一個(gè)接收機(jī)能正確解調(diào)接收到的信號(hào)時(shí)，所需的小功率，或者換句話說(shuō)，接收到多么小的一個(gè)弱信號(hào)，手機(jī)仍能正常通信。這里值得注意的是，我們始終是說(shuō)弱小信號(hào)，它的含義是這種測(cè)試主要是針對(duì)手機(jī)的射頻路徑性能的測(cè)試，這點(diǎn)其實(shí)不難理解，當(dāng)手機(jī)射頻路徑的噪聲足以“掩蓋”接收到的弱小信號(hào)時(shí)，手機(jī)是無(wú)法正確的解調(diào)、解碼的。

　　由于這種測(cè)試是理想成沒(méi)有任何干擾情況下的測(cè)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(jī)的靈敏度越好，意味基站發(fā)出的功率可以越小，對(duì)于碼分多址系統(tǒng)意味著系統(tǒng)的容量越大。當(dāng)然，接收機(jī)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(dāng)然，不能無(wú)限制的要求手機(jī)的靈敏度，這會(huì)加大手機(jī)的制造成本。

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

　　動(dòng)態(tài)范圍的定義：誤碼率或誤禎率不超過(guò)某個(gè)指定的值時(shí)接收功率的范圍，通常范圍是指大于一個(gè)小值，小于一個(gè)大值。由于人們習(xí)慣把小的接收功率稱之為靈敏度，故這里動(dòng)態(tài)范圍一般僅指大的接收功率。它是衡量手機(jī)接收過(guò)載信號(hào)的能力，換個(gè)說(shuō)法，當(dāng)接收到的信號(hào)足夠大，在手機(jī)的射頻路徑中被截波，這個(gè)信號(hào)也是無(wú)法被正確的解調(diào)、解碼，因此這個(gè)測(cè)試也是針對(duì)手機(jī)的射頻路徑性能的測(cè)試。靈敏度反映了手機(jī)在遠(yuǎn)離基站時(shí)的表現(xiàn)，與此相對(duì)，動(dòng)態(tài)范圍反映了手機(jī)在基站附近時(shí)的表現(xiàn)。在此還要一提的是，GSM標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此測(cè)試的準(zhǔn)確說(shuō)法是靜態(tài)輸入電平范圍（receiver input level range）。
　　
　　*GSM的動(dòng)態(tài)范圍是：
　　接收到信號(hào)為-40dBm時(shí)，II RBER要小于等于0.012%；
　　接收到信號(hào)為-15dBm時(shí)，II RBER要小于等于0.122%。

　　*Cdma2000動(dòng)態(tài)范圍是：接收到信號(hào)為-25 dBm時(shí)，F(xiàn)ER要小于等于0.5%。

　　靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍是衡量所有無(wú)線接收設(shè)備的兩個(gè)基本的指標(biāo)。

　　五、模擬真實(shí)的自然環(huán)境??在多徑快衰落條件下的測(cè)試

　　本文在第一部分簡(jiǎn)單介紹了多徑衰落和多普勒效應(yīng)，作為在有很多高樓大廈的城市里使用的移動(dòng)通訊工具??手機(jī)，多徑衰落和多普勒效應(yīng)是無(wú)法避免的，那么這種測(cè)試也是無(wú)法回避的，它能更真實(shí)的反映出手機(jī)在真實(shí)的環(huán)境里的使用情況。當(dāng)然筆者也知道這種測(cè)試需要更多的儀表，除手機(jī)綜合測(cè)試儀外，還要加信道模擬器，將多徑衰落和多普勒效應(yīng)模擬出來(lái)。GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的多徑快衰落的測(cè)試較為細(xì)致，它根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，把手機(jī)工作環(huán)境分成了以下幾種：

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

　　GSM標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在以上這些環(huán)境中，無(wú)線信號(hào)有6條或12條，當(dāng)接收到的信號(hào)為-102dBm時(shí)，II RBER為 7.50%到9.33%。這個(gè)要求比靜態(tài)靈敏度的要求低很多，這點(diǎn)是好理解的。

　　GSM標(biāo)準(zhǔn)中把這部分測(cè)試也稱之為參考靈敏度（Reference sensitivity）測(cè)試，這點(diǎn)是很有道理的。這是因?yàn)殡m然接收信號(hào)同為-102dBm，但參考靈敏度的測(cè)試把自然環(huán)境考慮進(jìn)來(lái)，模擬了一個(gè)較為真實(shí)的、較為全面的、帶有普遍意義的無(wú)線環(huán)境，在這些惡劣環(huán)境下手機(jī)的接收質(zhì)量下降再所難免，但也要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，這樣才能保證手機(jī)質(zhì)量，這些指標(biāo)表征出手機(jī)在這些參考環(huán)境下，正確接收弱小信號(hào)的能力，是對(duì)手機(jī)射頻路徑和基帶芯片處理能力的一個(gè)綜合考察。

　　從前文不難看出，GSM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個(gè)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(méi)有參考輸入電平范圍哪？有的，不過(guò)沒(méi)有象參考靈敏度那樣測(cè)很多情況，只是在EQ模式下測(cè)試，具體的規(guī)定是在EQ模式下，輸入電平分別在-82dBm，-40dBm時(shí)，II RBER要小于等于3.250%。

　　前面提到了GSM的靜態(tài)靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍，參考靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍，分別考察了沒(méi)有和有多徑快衰落和多普勒效應(yīng)時(shí)手機(jī)接收弱小信號(hào)和過(guò)載信號(hào)的能力，cdma2000的測(cè)試在此確改變了一些方向，首先讓我們看看Cdma2000的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。