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zt:淺談手機(jī)發(fā)射功率 |
| 作者：ztb 欄目：技術(shù)交流 |
筆者從事手機(jī)測(cè)試校準(zhǔn)系統(tǒng)集成有段時(shí)間，感覺(jué)到手機(jī)發(fā)射功率在不同的系統(tǒng)、不同的協(xié)議下有很多的不同。筆者對(duì)此深感有意思，故把PHS、GSM、cdma2000 1x、wcdma下對(duì)手機(jī)發(fā)射功率的規(guī)定羅列于此，希望能給同行起到拋磚引玉的作用，斧正我的錯(cuò)誤。 一、手機(jī)發(fā)射功率的兩個(gè)方面 手機(jī)發(fā)射功率在PHS、GSM、cdma2000 1x、wcdma等協(xié)議中，被設(shè)計(jì)得越來(lái)越復(fù)雜，它的重要性已不言而喻，哪手機(jī)發(fā)射功率是大些好哪，還是小些好哪？事實(shí)上單純的說(shuō)大些好或者小些好，都實(shí)在不是一個(gè)明智的回答，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)手機(jī)功率時(shí)，要考慮以下兩個(gè)方面： 1、在能保證正常通信情況下，手機(jī)發(fā)射功率越小越好 *、手機(jī)發(fā)射功率越小,手機(jī)的耗電量就越小,待機(jī)時(shí)間、通話時(shí)間越長(zhǎng)； *、手機(jī)發(fā)射功率越小，對(duì)同系統(tǒng)別的手機(jī)的干擾越小，這不僅給同系統(tǒng)別的手機(jī)創(chuàng)造了好的無(wú)線環(huán)境，同時(shí)對(duì)于cdma2000 1x、wcdma來(lái)說(shuō)，這就意味著小區(qū)容量越大； *、手機(jī)發(fā)射功率越小，對(duì)別的無(wú)線設(shè)備干擾越小,這就給別的無(wú)線設(shè)備創(chuàng)造了好的無(wú)線環(huán)境； 2、在有些情況下，為了能保證通信質(zhì)量，手機(jī)發(fā)射功率希望能被調(diào)整的大些，再大些,再大些...... *、手機(jī)在小區(qū)的遠(yuǎn)端時(shí),為了保證手機(jī)信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸?shù)竭_(dá)基站后,手機(jī)信號(hào)仍能被正確解調(diào),也就是手機(jī)發(fā)射功率要足夠大，以克服信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸?shù)乃p； *、手機(jī)被建筑物或其它遮擋，在無(wú)線陰影區(qū)內(nèi)，手機(jī)發(fā)射功率也要足夠大，以克服手機(jī)信號(hào)必須經(jīng)過(guò)多次的反射、折射及長(zhǎng)距離傳輸?shù)乃p； *、手機(jī)在干擾比較大的情況下，如鄰信道、同信道干擾，阻塞等等，手機(jī)發(fā)射功率也要足夠大，以克服噪聲的干擾。 綜上所述，手機(jī)發(fā)射功率存在著兩面性，一方面在能保證正常通信情況下，手機(jī)發(fā)射功率越小越好；另一方面，在有些情況下，為了能保證通信質(zhì)量，手機(jī)發(fā)射功率必須要大一些，甚至要再大一些。這兩方面看似矛盾，實(shí)為統(tǒng)一，準(zhǔn)確表述為：手機(jī)必須發(fā)出足夠大的功率，以保證通信質(zhì)量，在保證通信質(zhì)量的前提下，手機(jī)發(fā)射功率越小越好。換言之，手機(jī)發(fā)射功率最好根據(jù)實(shí)際情況能夠被控制，該大則大，該小則小。 二、PHS手機(jī)發(fā)射功率 PHS(Personal Handyphone SYSTEM的縮寫(xiě))為日本獨(dú)立開(kāi)發(fā)出的第三代數(shù)字無(wú)繩電話系統(tǒng)——個(gè)人攜帶電話系統(tǒng),它具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)：建設(shè)費(fèi)用低、系統(tǒng)擴(kuò)充方便,超低的資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),因協(xié)議簡(jiǎn)單，而使手機(jī)制造成本降低，最終導(dǎo)致手機(jī)擁有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)等等。PHS在中國(guó)被稱為小靈通，在有些地方也稱為“個(gè)人通信接入系統(tǒng)PAS(Personal Access SYSTEM)” PHS采用日本RCR-STD28協(xié)議作為空中無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)，采用微蜂窩技術(shù)，因此它必須建置較密集的基站。由于基站覆蓋范圍較小，其鋪設(shè)就必須比高功率的移動(dòng)電話基站密，適于低速狀態(tài)下的移動(dòng)。不過(guò)，新一代的PHS基站范圍已擴(kuò)大至500米。 基于以上的情況，特別是采用微蜂窩技術(shù)，RCR-STD28規(guī)定手機(jī)的發(fā)射平均功率≤10mW，峰值功率≤80mW，發(fā)射功率不可控。除此之外，有關(guān)PHS手機(jī)發(fā)射功率的測(cè)量還有 1、載波關(guān)斷泄漏功率≤80nW 2、發(fā)射瞬態(tài)響應(yīng)特性：脈沖上升、下降時(shí)間≤13μS 3、雜散發(fā)射功率相對(duì)載波電平（衰減量）≥50dB，或絕對(duì)電平≤2.5μW。 從以上的情況不難看出，PHS手機(jī)在小區(qū)遠(yuǎn)端，或陰影區(qū)，或受到干擾，是不能以再提高發(fā)射功率，以抵消無(wú)線信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸?shù)膿p耗，或建筑物等的遮擋損耗，或抵御干擾。這實(shí)際上導(dǎo)致的結(jié)果就是手機(jī)與基站之間的無(wú)線鏈路很脆弱，這是PHS手機(jī)協(xié)議上的根本弱點(diǎn)之一。 反過(guò)來(lái)從協(xié)議對(duì)手機(jī)發(fā)射功率的規(guī)定中我們也不難看出，PHS只能采用微蜂窩技術(shù)，通過(guò)建置較密集的基站抵消遠(yuǎn)近效應(yīng)和陰影效應(yīng)，否則就會(huì)出現(xiàn)大量的無(wú)信號(hào)區(qū)域和通信質(zhì)量差等問(wèn)題。在受到干擾，通信質(zhì)量降低的情況下，手機(jī)也無(wú)法通過(guò)提高發(fā)射功率的辦法，來(lái)保證通信質(zhì)量。 由于PHS手機(jī)發(fā)射功率比較小,對(duì)別的手機(jī)或無(wú)線設(shè)備干擾也小，它的待機(jī)時(shí)間、通話時(shí)間都比較長(zhǎng)，由于PHS手機(jī)發(fā)射功率不受控制，協(xié)議簡(jiǎn)單，手機(jī)制造成本也相對(duì)較低。 三、GSM手機(jī)發(fā)射功率 GSM協(xié)議規(guī)定，手機(jī)發(fā)射功率是可以被基站控制的�；就ㄟ^(guò)下行SACCH信道，發(fā)出命令控制手機(jī)的發(fā)射功率級(jí)別，每個(gè)功率級(jí)別差2dB，GSM900 手機(jī)最大發(fā)射功率級(jí)別是5（33dBm），最小發(fā)射功率級(jí)別是19（5dBm），DCS1800手機(jī)最大發(fā)射功率級(jí)別是0（30dBm），最小發(fā)射功率級(jí)別是15（0dBm）。 從以上不難看出當(dāng)手機(jī)遠(yuǎn)離基站，或者處于無(wú)線陰影區(qū)時(shí)，基站可以命令手機(jī)發(fā)出較大功率，直至33dBm（GSM900），以克服遠(yuǎn)距離傳輸或建筑物遮擋所造成的信號(hào)損耗。如果手機(jī)離基站很近，且無(wú)任何遮擋物時(shí)，基站可以命令手機(jī)發(fā)出較小功率，直至5dBm（GSM900），以減少手機(jī)對(duì)同信道、相鄰信道的其它GSM用戶的干擾和其它無(wú)線設(shè)備的干擾，而且這樣還可以有效延長(zhǎng)手機(jī)待機(jī)時(shí)間、通話時(shí)間。 從以上不難看出GSM手機(jī)發(fā)出的最低功率僅為5dBm（GSM900），約為3.2mW，這比PHS的平均功率10mW要小，同時(shí)GSM手機(jī)發(fā)出的最大功率33dBm（GSM900），約為2W，這個(gè)信號(hào)相對(duì)來(lái)說(shuō)是巨大的，對(duì)這種大信號(hào)不加以嚴(yán)格規(guī)定，其干擾也是巨大的。因此GSM就手機(jī)發(fā)射信號(hào)除了發(fā)射功率的規(guī)定以外，在其它方面也作了適當(dāng)?shù)囊?guī)定。（注意：這里是適當(dāng)?shù)囊?guī)定，如果規(guī)定偏嚴(yán)無(wú)疑會(huì)加大手機(jī)制造成本，如果偏松，無(wú)疑會(huì)加大干擾。）具體有如下幾個(gè)方面： 1、POWER versus Time 由于GSM是TDMA系統(tǒng)，因此GSM協(xié)議通過(guò)一個(gè)功率對(duì)時(shí)間的模板來(lái)嚴(yán)格限制發(fā)射功率在時(shí)間域的變化情況，以減少干擾，尤其是對(duì)同信道其他時(shí)隙的用戶的干擾。 2、OUTPUT RF Spectrum Due to Modulation 3、OUTPUT RF Spectrum Due to Ramping GSM通過(guò)對(duì)手機(jī)發(fā)射信號(hào)的調(diào)制譜和切換譜的規(guī)定，來(lái)限制手機(jī)發(fā)射信號(hào)時(shí)的頻譜帶寬和形狀，以減少干擾，尤其是鄰信道用戶的干擾。 拿GSM協(xié)議和PHS協(xié)議對(duì)比來(lái)看，GSM為保證通信質(zhì)量，規(guī)定了手機(jī)的發(fā)射功率是受基站控制的，根據(jù)需要可大可小，但同時(shí)又嚴(yán)格規(guī)定手機(jī)發(fā)射信號(hào)在時(shí)間域和頻率域的“形狀”(PvT,ORFS)，這無(wú)疑又極大的限制了手機(jī)對(duì)外的干擾。而PHS手機(jī)的發(fā)射功率不可再增大，因此PHS手機(jī)與基站之間的無(wú)線鏈路很脆弱的弱點(diǎn)，只能通過(guò)建置較密集的基站來(lái)解決，這無(wú)疑又加大了系統(tǒng)的投資。當(dāng)然由于它的發(fā)射信號(hào)始終比較小，信號(hào)在時(shí)域和頻域上的要求也不用很?chē)?yán)，生產(chǎn)制造成本、測(cè)試成本也都跟著降了下來(lái)。 從以上不難看出，同為時(shí)分多址系統(tǒng)，單從手機(jī)發(fā)射功率這點(diǎn)就能看出來(lái)，GSM系統(tǒng)優(yōu)于PHS系統(tǒng)。 四、cdma2000 1x手機(jī)發(fā)射功率 cdma顧名思義是碼分多址，因此在一個(gè)小區(qū)內(nèi)的所有用戶，都是同時(shí)在同一個(gè)頻率上通訊，因此每個(gè)用戶都回受到同小區(qū)的其它用戶的干擾，每個(gè)用戶都會(huì)干擾同小區(qū)的其它用戶，因此人們也把cdma稱之為自干擾系統(tǒng)。 CDMA的基本技術(shù)之一是功率控制。因?yàn)橄拗艭DMA系統(tǒng)容量的因素是總干擾功率，所以控制每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的功率是獲得最大容量的關(guān)鍵。在給定條件下，CDMA移動(dòng)臺(tái)的功率被控制到能夠保證接收話音質(zhì)量的最小功率。結(jié)果是每個(gè)移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站的信號(hào)電平幾乎相同。這樣，每臺(tái)移動(dòng)臺(tái)對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)的干擾被控制到最小。因此CDMA系統(tǒng)容量也被稱為“軟容量”，也就是CDMA可以通過(guò)降低通信質(zhì)量來(lái)提高系統(tǒng)容量。 如果移動(dòng)臺(tái)發(fā)射功率過(guò)大，會(huì)對(duì)其他用戶帶來(lái)干擾。它會(huì)作為其他接收者的背景噪聲存在。如果某用戶為了獲得完美的話音而沒(méi)有限制的升高發(fā)射信號(hào)功率，那么他將不僅影響到本網(wǎng)絡(luò)的其他用戶的通話，而且會(huì)影響到該頻段上其他通信系統(tǒng)用戶的使用。 下面以cdma2000 1x（cdma95類(lèi)似）為例，詳細(xì)介紹有關(guān)功率控制與測(cè)試。cdma2000 1x反向鏈路采用兩種形式的功率控制：開(kāi)環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制。 先看開(kāi)環(huán)功率控制：它是假定前向路徑損耗與反向路徑損耗是相似的鏈路為前提的。將發(fā)射功率與接收功率的總和設(shè)置為一個(gè)常數(shù)，通常為－73dB。[移動(dòng)臺(tái)根據(jù)在整個(gè)1．2288MHz頻段接收到的總信號(hào)能量（就是在導(dǎo)頻、尋呼、同步和業(yè)務(wù)信道的功率，其中含有從服務(wù)基站來(lái)的信號(hào)與相同頻率相鄰基站的信號(hào)總和來(lái)）來(lái)調(diào)整它的發(fā)射功率] 例如：如果移動(dòng)臺(tái)接收到的信號(hào)功率為－85dBm，這時(shí)它的發(fā)射功率應(yīng)當(dāng)為：－73－（－85）＝12dBm 閉環(huán)功率控制：基站監(jiān)視從每個(gè)移動(dòng)臺(tái)接收的功率并命令移動(dòng)臺(tái)以固定的步長(zhǎng)1dB（0.5 dB、0.25dB）增加或降低功率（不能保持不變）。這個(gè)過(guò)程每1．25ms一次（每秒鐘重復(fù)800次） 從以上資料不難看出，cdma2000 1x不斷精確控制手機(jī)的發(fā)射功率，以達(dá)到在能夠保證接收質(zhì)量的情況下的最小功率，下面詳細(xì)介紹 cdma2000 1x為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的所作的有關(guān)功率方面的測(cè)試規(guī)定。 1、Open Loop OUTPUT 這部分主要以基站發(fā)出大信號(hào)、中信號(hào)、小信號(hào)三種狀況下，來(lái)檢測(cè)手機(jī)是否能正確估算出開(kāi)環(huán)輸出功率，以及開(kāi)環(huán)輸出功率范圍。 2、Time Response of Open Loop 這部分主要保證，手機(jī)在不斷運(yùn)動(dòng)，或者其他原因，導(dǎo)致接受到基站的信號(hào)持續(xù)變化時(shí)，手機(jī)是否能根據(jù)這種變化能快速、持續(xù)調(diào)整開(kāi)環(huán)輸出功率。 3、Closed Loop POWER Range 對(duì)于閉環(huán)功率控制，基站命令手機(jī)進(jìn)行輸出功率調(diào)整以優(yōu)化功率輸出。基于收到的電平，基站命令手機(jī)增加和降低輸出功率，每1.25 ms變化1 dB（800次/秒）。測(cè)試閉環(huán)功率性能的標(biāo)準(zhǔn)方法包括驗(yàn)證整個(gè)功率范圍及手機(jī)閉環(huán)功率控制范圍的線性。CDMA手機(jī)必須演示±24dB的閉環(huán)功率控制范圍以及定義的改變功率的速度，以確定手機(jī)是否能跟上基站的命令。 4、Maximum OUTPUT POWER和MINIMUM OUTPUT POWER 根據(jù)以上的介紹，其實(shí)基站對(duì)手機(jī)發(fā)射的絕對(duì)功率并不是很重視，它僅僅是要求手機(jī)能根據(jù)自己發(fā)出的功率上升指令或功率下降指令自動(dòng)調(diào)整輸出功 |
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