[转] 对无线数传设备（GPRS/CDMA DTU）的信号测试的简单说明

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对无线数传设备（GPRS/CDMA）的信号测试的
简单说明

GPRS/CDMA DTU作为无线通讯设备，就是要能接收和发射无线信号，在实际的使用过程中，或多或少的会遇到很多问题，其中很大一部分原因就是网络信号的问题。这个网络信号又包括了很多方面，下面就简单的介绍一下这方面的情况。

GPRS/CDMA DTU作为无线通讯设备与DTU没有什么本质的区别，它同样在通信信号被遮挡或接收到几条路径的无线信号时，被干扰后，通信质量较差；在有些场合也会影响通信质量；我们先来了解DTU都会在什么样的无线电环境下工作。

1、首先就是关于信号的覆盖与阻挡。这个在实际的使用中常常遇到，比如有些监测点是在深山里面或者是海岛上（一些环境监测或者是矿山相关的项目比较经常遇到），信号覆盖不到,不过目前来讲，这种情况还是比较少的。
2、接收到多条无线路径的射频信号，这主要是同一个无线信号被城市建筑物或其他东西折射、反射过来，当这些多径信号相位相反时，会造成合成信号的幅度快速变化，且由于这些多径信号传播路径不同，会产生时延散布，这样就形成了多径衰落，多径衰落对DTU的通信质量影响很大。在有些项目中，DTU在密集的高楼大厦之间使用的几率很大，特别是一些高楼墙体以及玻璃对信号的反射，对DTU的通信影响很大。
3、在运动的汽车或火车上，由于是在高速运动中通信，会形成的多普勒效应。这个方面，CDMA受到的影响要比GPRS大的多，所以在一些高速的移动点中，建议使用GPRS；
4、同小区或其他邻近小区通信的干扰；某些项目，DTU的工作地点刚好处于相邻的两个小区之间，同样会造成信号的多径衰落。
5、会受到附近频段其他正在使用的无线设备的干扰；
6、会受到其他突发性干扰，如打雷、大电机的瞬时启停等；

二、DTU误码率的计算

衡量模拟无线设备（收音机、电视机）的接收性能就是把发送的模拟信号与接收端复制的模拟信号之间进行比对，计算二指的均方误差，DTU采用的数字信号通信，没有必要这么麻烦，直接把发送的数据流和DTU接收到的、解码后的数据流进行比较，计算出误码率，从而来判断无线传输设备的接收性能。

那么在具体测试过程中是如何实现这个过程哪？GSM标准规定要有“环回模式（loop-back mode）”，其思想是要把接收到的数据流再调制后发回来，以便仪表比对数据流，计算误码率。GPRS DTU只要安转了测试SIM卡，GPRS DTU的“环回模式”就会被激活，测试设备可以通过下行的SACCH发出命令，使之进入“环回模式”。

cdma2000的标准也规定要有“环回模式”，但不是所有误码率都是用环回模式来测量，测试SCH的TDSO(Test Data Service Option)就不是用的环回模式，标准规定在这种模式下，测试仪表要发出已知格式和内容的数据流，DTU将这些数据解调后也不再调制发出，而是直接对这些数据进行比对，计算误祯率，另外对F-BCCH、F-CCCH等信道测试也不是采用环回模式，而是用cdma2000中一帧数据中的CRC (Cyclic Redundancy Check)位来确定误帧率，cdma2000为什么采用这么多方法来测试误祯率，这点主要是不同逻辑信道的特点决定的。

GSM标准在表述接收质量，也就是误码率BER（Bit error ratio）时，除了用误码率这个概念外，还根据不同情况分别引入了残余比特误码率RBER（Residual Bit Error Rate）和误祯率FER (Frame Error Rate)两个概念，其中又把误码率和残余比特误码率根据语音数据的性质分成了II类误码率、Ib类残余比特误码率和II类残余比特误码率，而cdma2000没有像GSM那样搞的这么复杂，它就是用误帧率FER (Frame Error Rate)来说事。大家都看出来了GSM和cdma2000规定的不同。　

三、DTU的灵敏度与动态范围

DTU接收灵敏度的定义：误码率或误祯率不超过某个指定的值时的最小接收功率。这个指标用来表征一个DTU能正确解调接收到的信号时，所需的最小功率，或者换句话说，接收到多么小的一个弱信号，DTU设备仍能正常通信。这里值得注意的是，我们始终是说弱小信号，它的含义是这种测试主要是针对设备的射频路径性能的测试，这点其实不难理解，当射频路径的噪声足以“掩盖”接收到的弱小信号时，设备是无法正确的解调、解码的。

由于这种测试是理想成没有任何干扰情况下的测试，因此有些地方将这种灵敏度称之为静态灵敏度。DTU的灵敏度越好，就意味基站发出的功率可以越小，对于码分多址系统就意味着系统的容量越大。当然，DTU的灵敏度越好，也就意味着在相同条件下，小区基站所覆盖的区域可以越大。当然，不能无限制的要求DTU的灵敏度，这会加大DTU的制造成本。

*GSM的灵敏度是：接收到信号为-102dBm时，II RBER要小于等于2.44%。
*Cdma2000灵敏度是：接收到信号为-104dBm时，FER要小于等于0.5%。

动态范围的定义：误码率或误祯率不超过某个指定的值时接收功率的范围，通常范围是指大于一个最小值，小于一个最大值。由于人们习惯把最小的接收功率称之为灵敏度，故这里动态范围一般仅指最大的接收功率。它是衡量DTU接收过载信号的能力，换个说法，当接收到的信号足够大，在DTU的射频路径中就被截波，这个信号也是无法被正确的解调、解码，因此这个测试也是针对DTU的射频路径性能的测试。灵敏度反映了DTU在远离基站时的表现，与此相对，动态范围反映了DTU在基站附近时的表现。在此还要一提的是，GSM标准中对此测试的准确说法是静态输入电平范围（receiver input level range）。

　　*GSM的动态范围是：
　　接收到信号为-40dBm时，II RBER要小于等于0.012%；
　　接收到信号为-15dBm时，II RBER要小于等于0.122%。
　　*Cdma2000动态范围是：接收到信号为-25 dBm时，FER要小于等于0.5%。
灵敏度和动态范围是衡量所有无线接收设备的两个最基本的指标。

四、在各种内外部环境下，对DTU接收性能的测试：

这里面按照本文开头，具体的可以分做几个部分，我们可以分别在各个环境中主要影响因素来进行测试。

1、作为在有很多高楼大厦的城市里使用的DTU，多径衰落和多普勒效应是无法避免的，那么这种测试也是无法回避的，它能更真实的反映出DTU在真实的环境里的使用情况。
GSM标准中规定，在各种环境中，无线信号有6条或12条，当接收到的信号为-102dBm时，II RBER为 7.50%到9.33%。这个要求比静态灵敏度的要求低很多，这点是好理解的。GSM标准中把这部分测试也称之为参考灵敏度（Reference sensitivity）测试。这是因为虽然接收信号同为-102dBm，但参考灵敏度的测试把自然环境考虑进来，模拟了一个较为真实的、较为全面的、带有普遍意义的无线环境，在这些恶劣环境下DTU的接收质量下降再所难免，但也要达到标准的规定，这样才能保证质量，这些指标表征出DTU在这些参考环境下，正确接收弱小信号的能力，是对DTU射频路径和基带芯片处理能力的一个综合考察。

Cdma2000标准规定的多径快衰落的测试是在有1、2、3条路径的无线信号，运动速度在8-100 km/h等6种情况下，且有加性高斯白噪声下（Ioc大约在负五十几到负六十几dBm之间），Ior/Ioc在几个到十几个dB之间，各种通讯速率下的测试，各种情况不同，误帧率的要求也不同，从0.2%到30%。

相对比我们可以看出GSM与Cdma2000测试的不同，GSM侧重的是没有和有多径快衰落和多普勒效应时DTU接收弱小信号和过载信号的能力，而Cdma2000在此的测试是强调在多径快衰落和多普勒效应时，且有很多同一小区内的用户也在通话时，DTU的接收性能，这里Cdma2000强调的是另外一种真实的环境——有多径干扰、有多普勒效应、有同小区其他用户的干扰，且接收到的信号不大也不小，可以看出这个测试主要是针对DTU参考灵敏度或参考动态范围的测试。

2、同频干扰是指相同载频电台之间的干扰，另一是邻频干扰，邻频是指两个相邻的信道之间的干扰，这是由于一个强信号串入弱信号中，且干扰弱信号而造成的干扰，这两种干扰是蜂窝式移动通信所特有的干扰，是由频道重复利用所造成。

GSM是时分多址和频分多址系统，在同一个小区内会有多人分时段同时通话，在附近小区也会有用户同时通话，这样他们就会受到同频干扰和邻频干扰，在这样的情况下DTU在接收方面要达到一个怎样的性能哪？GSM规定了同信道抑制（抑制同频干扰）测试和邻信道抑制测试（抑制邻频干扰）测试。

GSM标准规定测试同信道抑制（Co-channel rejection）的方法是：在TU3的城市环境下（意味有多径快衰落，但运动速度不快），在同信道里存在一个载波/干扰比为9dB的GSM干扰信号，有用的接收信号为-82dBm时，II RBER不超过4.3%，Ib RBER不超过2.091%，FER不超过24.0%。

GSM标准规定测试邻信道抑制（Adjacent rejection）的方法是：在TU3的城市环境下（意味有多径快衰落，但运动速度不快），分别在200kHz邻频存在高于有用信号 9dB的GSM干扰信号，400kHz邻频存在高于有用信号 41dB的GSM干扰信号，本小区有用的接收信号为-82dBm时，200kHz邻频干扰：II RBER不超过8.333%，Ib RBER不超过0.420%，FER不超过6.742%。400kHz邻频干扰：II RBER 不超过9.167%，Ib RBER不超过0.756%，FER不超过11.461%。cdma2000标准中对加性高斯白噪声下的接收质量的测量规定是：施加加性高斯白噪声（Ioc）为-54dBm，Ior/Ioc为-1dB，在此情况下前向业务信道在各种通信速率下的误祯率分别不超过0.3%到5%之间。

cdma2000是码分多址，同一小区其它用户发出的信号类似加性高斯白噪声的干扰，相邻小区使用的也是同一频率，它们发出的信号也类似加性高斯白噪声的干扰，因此也就没有必要再分同频干扰和邻频干扰了，直接测试DTU在加性高斯白噪声下的接收质量就可以了。即对理想调制信号施加加性高斯白噪声，测量接收机的误帧率，作为对同信道抑制、邻信道抑制的测试，或者是接收机的选择性测试。这实际上是模拟接收机在实际系统中使用时所遇到的真实干扰环境。

cdma2000标准中对加性高斯白噪声下的接收质量的测量规定是：施加加性高斯白噪声（Ioc）为-54dBm，Ior/Ioc为-1dB，在此情况下前向业务信道在各种通信速率下的误祯率分别不超过0.3%到5%之间。

3、DTU会受到系统内和系统外的干扰，外部的其他通信系统的干扰包括AM抑制、单音干扰、阻塞、邻信道选择性干扰、在互调杂散干扰等等。

GSM标准首先规定了一个阻塞（Blocking）的测试，其具体规定是DTU接收电平为-98dBm，其接收信道外的频带存在连续单音强干扰的情况下，II RBER不大于2.440%。这里GSM根据干扰源所处频带，把阻塞分成了带内阻塞（Block-Inband）和带外阻塞，且把带外阻塞形象的叫成阻塞扫描（Block Sweep）。带内阻塞干扰源从接收信号的中心频率正负偏移0.6MHz开始，以0.2MHz为步长，直到正负偏移3MHz为止，功率从-43dBm（靠近中心频率，比较小）起到-23dBm（远离中心频率，比较大）。阻塞扫描的干扰源则是从2MHz开始，以0.2MHz为步长，直到835MHz为止，功率为-23dBm。

从以上的规定不难看出，它和DTU发送、接收杂散是相对应的，换句话说DTU发送、接收时会有杂散，会干扰别的频段的通信设备，要加以抑制。别的无线通信设备发送、接收时也会有杂散，它也会干扰GSM的通信，本测试就是模拟在接收信道外的频带上有一个较强的窄带通信信号，它的杂散会对DTU产生干扰， DTU对此干扰的抵抗能力。

GSM标准另外规定了一个AM抑制（AM Suppression）的测试，其具体规定是DTU接收电平为-98dBm，在DTU工作的信道中心频点偏移6MHz至8MHz的频带上存在一个-31dBm的AM干扰信号（GSM调制信号）时，II RBER不大于2.440%。

以上两个测试其核心思想是一致的，仅是测试方法和侧重点略有不同和差异。阻塞（Blocking）测试把系统外的各种干扰（包括各种其他窄带通信信号）用一个单音来模拟，AM抑制则把这种系统外的干扰具体化为AM干扰信号（GSM调制信号）。

Cdma2000对系统外的干扰是根据各个band的实际情况，分别设计了不同的测试。Cdma2000 band class 6附近的频率被规划为同样是宽带码分多址的wcdma使用，而其他band附近的频率都被规划为窄带通信系统在使用，因此band class 6以外的所有band的测试都作单音干扰（Single Tone Desensitization）的测试，不作邻信道选择性测试和阻塞测试，而band class 6不作单音干扰测试，而要做邻信道选择性测试和阻塞测试
首先让我们来看Cdma2000标准对单音干扰测试的规定，其具体规定是Cdma2000DTU接收电平为-101dBm，在DTU工作的信道中心频点分别正负偏移900kHz的频点上，存在一个-30dBm的单音干扰信号时，FER不大于1%。这部分测试是针对band class 6以外的所有band的测试，它模拟了在cdma2000的信道外有一个较强的窄带干扰信号。

下面让我们来看针对band class 6设计的邻信道选择性测试和阻塞测试，Cdma2000对邻信道选择性测试的规定是，DTU接收电平为-101dBm，在DTU工作的信道中心频点分别正负偏移2.5MHz的频点上存在一个-37 dBm/1.23 MHz，且含有导频信号、同步信号、寻呼信号和6个业务信号的一个cdma调制信号时，FER不大于1%。

正如前文讲的邻信道选择性测试只针对band class 6，其标准规定的出发点是，是否能与wcdma系统兼容，其实它与单音干扰的测试很象，仅是把干扰信号从单音信号换成了一个cdma调制信号，当然这么一换，这个测试再叫单音干扰显然不合适。

Cdma2000对阻塞（Blocking）的测试也分为带内（In-Band）阻塞和带外（Out-Of-Band）阻塞两种，带内阻塞的具体规定是：DTU接收电平为-101dBm，在DTU工作的接收信道中心频点分别正负偏移2.5MHz上存在一个-56dBm的单音连续干扰源时，和分别正负偏移7.5MHz的频点上存在一个-44dBm的单音连续干扰源时，FER不大于10%。

带外阻塞的具体规定是：DTU接收电平为-101dBm，从1MHz开始，以1MHz为步长，直到12.75GHz为止，存在一个从-15dBm到-44dBm单音连续干扰源时，FER不大于10%。为什么cdma2000只对band class 6作阻塞测试，尤其还做带外阻塞测试，而对别的band不要求哪？如果说带外窄带信号（单音）对宽带调制信号干扰小，别的band不用作此测试，那么band class 6为什么要做那？还是band class 6所处频带无线环境比较恶劣的原因哪？笔者对此也有疑惑。

GSM在互调杂散干扰下的测试规定是：DTU接收电平为-98dBm，在DTU工作的信道中心频点偏移ARFCN 4的信道上存在-49dBm的GSM调制干扰信号、偏移ARFCN 8的信道上存在-50dBm的连续单音干扰信号时，II RBER不大于2.440%。

Cdma2000在互调杂散干扰下的测试规定是：在DTU工作的信道中心频点偏移正负900kHz和正负1700kHz处存在两个连续单音干扰信号，当DTU接收电平为-101dBm，干扰信号强度为-43 dBm；当DTU接收电平为-90dBm，干扰信号强度为-32dBm；当DTU接收电平为-79dBm，干扰信号强度为-21dBm，此时FER不大于1%。此处落入带内的干扰信号的过程与GSM相同，略去推倒，值得一说的是，该干扰虽落在带内，却不是落在Cdma2000的中心频点上，而是中心频点正负100kHz处。

从上面不难看出，这部分的测试主要模拟了当DTU在远离基站，或接收信号被严重遮挡（接收到的信号很弱），且有个很强的干扰信号时，此时DTU接收部分所应具有的能力。

五、结束语
DTU在接收信号合适（不大也不小），没有干扰（包括系统本身的用户和其他系统的用户以及自然界的干扰），没有多径，不在运动中，接收质量都会很好（除非这个设备很烂），且误码率、误帧率基本为零，这反映不出DTU质量的好坏，那如何来衡量DTU质量的好坏？正如前文中提到的测试，就是把把DTU放到各种恶劣的环境中去。

本测试中，用到的是厦门蓝斯通信有限公司提供的DTU。基本上能在各种测试环境中正常工作，误码率、误帧率较小，各种抗干扰能力较强。能很好的满足各种工作环境下的应用。