【无线射频技术】-OTA 测试与名词介绍

1/1OTA测试与名词介绍手机的无源测试和有源测试

OTA(OverTheAir在空气中测试性能，与传导测试相对应，属三维测试)。

当前在手机射频性能测试中越来越关注整机辐射性能的测试，这种辐射性能反映了手机的最终放射和接收性能。目前主要有两种方法对手机的辐射性能进行考察：一种是从天线的辐射性能进行判定，是目前较为传统的天线测试方法，称为无源测试；另一种是在特定微波暗室内，测试手机的辐射功率和接收灵敏度，称为有源测试。

无源测试侧重从手机天线的增益、效率、方向图等天线的辐射参数方面考察手机的辐射性能。无源测试虽然考虑了整机环境(比如天线四周器件、开盖和闭盖)对天线性能的影响，但天线与整机协作之后最终的辐射放射功率和接收灵敏度如何，从无源测试数据无法直接得知，测试数据不是很直观。

有源测试则侧重从手机整机的放射功率和接收灵敏度方面考察手机的辐射性能。有源测试是在特定的微波暗室中测试整机在三维空间各个方向的放射功率和接收灵敏度，更能直接地反映手机整机的辐射性能。

CTIA(CellularTelecommunicationandInternetAssociation)制定了OTA(OverTheAir)的相关标准。OTA测试着重进行整机辐射性能方面的测试，并渐渐成为手机厂商重视和认可的测试项目。

OTA测试的目的

目前只有通过FTA(FullTypeApproval)认证测试的手机型号才能上市销售，在FTA测试中，射频性能测试主要进行手机在电缆连接模式下的射频性能测试；至于手机整机的辐射放射和接收性能，在FTA测试中没有明确的规定,而OTA测试正好弥补FTA测试在这方面测试的不足。同时，终端生产厂家必需对所生产手机的辐射性能有清晰的了解，并通过各种措施提高手机辐射的放射和接收指标。假如手机辐射性能不好，将产生手机信号不好、语音通话质量差、简单掉线等多方面的问题，这也是客户投诉比较多的问题。

在手机通话时，由于人脑靠近手机天线，将降低手机的放射和接收性能，手机整机辐射的放射和接收性能都会降低。在手机研发过程中应定量测量人脑对手机的放射和接收性能的影响，进行优化设计，使放射和接收性能降低不能太大，即削减人体和天线的电磁耦合效应。

为考察手机的辐射性能，除考察手机天线的无源性能之外，整机的有源性能也是一个重要的考察方面。当前整机有源性能越来越受到终端厂商的重视，因此在手机辐射性能的考察中应将两种辐射性能综合起来考虑。目前终端天线厂商在研发中一般都要求天线供应商供应无源和有源测试报告。

OTA测试及手机其他的主要参数

2.1OTA测试中的主要测试参数及相关计算在OTA测试中，辐射性能参数主要分为两类：接收参数和放射参数。

放射参数有TRP、NHPRP；接收参数有TIS、NHPIS。

TRP(TotalRadiatedPower)：通过对整个辐射球面的放射功率进行面积分并取平均得到。它反映手机整机的放射功率状况，跟手机在传导状况下的放射功率和天线辐射性能有关。

TRP指标，一般是盼望其TRP比较大，这样从PA出来进入天线的功率才被有效辐射，无线接口的连接性才比较好

NHPRP(NearHorizonPartialRadiatedPower)：反映在手机的H面四周天线的放射功率状况的参数。(2DTRP)

TIS(TotalIsotropicSensitivity)：反映在整个辐射球面手机接收灵敏度指标的状况。它反映了手机整机的接收灵敏度状况，跟手机的传导灵敏度和天线的辐射性能有关。

NHPIS(NearHorizonPartialIsotropicSensitivity)：反映手机在H面四周天线的接收灵敏度状况的参数。(2DTIS)

接收灵敏度就是接收机能够正确地把有用信号拿出来的最小信号接收功率。它和三个因素有关系：带宽范围内的热噪声、系统的噪声系数、系统把有用信号拿出所需要的最小信噪比。带宽范围内的热噪声经过接收机，这些噪声被放大了NF倍，要想把有用信号从噪声中拿出来，就必需要求有用信号比噪声再大SNR倍。要想让接收机"听清晰'放射机"说的话'，信号电平强度肯定要大于接收机的接收灵敏度。当然接收灵敏度越小，说明接收机的接收性能越好，就像狗能听到人类听不到的微弱的声音，说明狗的听觉比人的灵敏度高；接收灵敏度越大，说明接收机的接收性能越差，就像有的老人耳聋，你很需要用很大的声音说话，他才能听到。环境温度越高，灵敏度就会变大，接收性能就会恶化，因此要尽量降低系统所在的环境温度。带宽越大，系统的噪声系数越大，灵敏度就会变大，接收性能也会恶化，这就要求设计接收机的时候，考虑到系统的带宽、噪声系数对灵敏度的影响。

RSSI

ReceivedSignalStrengthIndication接收的信号强度指示，无线发送层的可选部分，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。

RSSI与Rx的区分:

RSSI:ReceivedSignalStrengthIndicatorRx:Recieivedpower

最大的区分：Rx是手机侧指标；RSSI是基站侧指标两者是同一概念，详细指（前向或者反向）接收机接收到信道带宽上的宽带接收功率。实际中，前向链路接收机（指手机）接收到的通常用Rx表示，反向链路接收机（指基站侧）通常用反向RSSI表示。前向Rx通常用作掩盖的推断依据（当然还需结合Ec/Io），反向RSSI通常作为推断系统干扰的依据。由于RSSI是通过在数字域进行功率积分而后反推到天线口得到的，反向通道信号传输特性的不全都会影响RSSI的精度。空载下RSSI值一般在-110dBm左右.其实，RSSI有其专用的单位，RSSI的单位与dBm有公式可以转换.

SAR

SAR是SpecificAbsorbtionRatio的缩写，即"汲取比率'。就是单位时间内单位质量的物质汲取的电磁辐射能量。

通俗地讲，就是测量手机辐射对人体的影响是否符合标准。目前国际通用的标准为：以6分钟计时，每公斤脑组织汲取的电磁辐射能量不得超过2W。这一标准是国际业界的通用标准。

据中国泰尔试验室特地从事该项工作的电磁辐射测量专家介绍，只有SAR值才是衡量手机辐射量的惟一标准。1990年，IEEE制定了手机电磁辐射的衡量技术标准。1998年ICNIRP（国际非电离性照耀爱护委员会）也制定了类似的技术标准，标准中均采纳SAR来度量手机电磁辐射的大小。ICNIRP的标准得到了ITU（国际电信联盟）和WHO（国际卫生组织）的推举以及绝大部分国家的支持，北美FCC采纳的是IEEE标准，美国CTIA等行业组织还建议在手机外包装上标出SAR值。

目前由国家质检总局牵头，联合国家计量院、卫生部、环保局、信息产业部等单位组建的"电磁辐射国家标准制定联合工作组'正在联合制定我国的电磁辐射防护标准，其中也以SAR作为衡量手机辐射的基本限值

SAR值是如何测定的

由人体模型、测量仪表、探针以及机械臂等组织测量系统。系统置于屏蔽室中。人体模型的内部是液态物质，液体的电磁性与人体的电磁性全都，探针可以在其内自由运动。

欧洲采纳的测试标准的测量单位是10克（国际电联推举），美国采纳的测试标准以1克组织为测量单位。

手机紧贴模型放置，使手机处于最大放射功率状态，由机械臂自动测量场强E。

由以下公式计算SAR：SAR＝(/р)E2

其中，р：液体密度；：介电常数；E：场强。

手机辐射标准（SAR限值）

依据国际电信联盟和国际卫生组织推举的衡量手机辐射的技术标准SAR值的要求，GSM和窄带CDMA手机的电磁辐射必需在国际权威卫生组织认证的许可范围以内。

ITU标准限值为2.0W/KG，FCC标准限值为1.6W/KG。

对于手持终端，OTA测试中还将考察终端在有模拟人头状况下的上述参数，比较在有无模拟人头状况下相关参数的变化状况。

无源有关的天线参数

在考察天线性能的时候，还有其他需要了解的参数如：APIP、Gain、Directivity、EIRP、ERP。

Gain(dBi)：在相同的输入功率下，天线在空间某点的辐射功率与抱负无方向性点源天线在同一点的功率的比值，该增益单位为dBi，手机天线厂家供应的天线测试报告中的增益一般以dBi为单位。

Gain(dBd)：增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与抱负的辐射单元（半波偶极子天线最大辐射方向上功率的比值）在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益明显与天线方向图有亲密的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。可以这样来理解增益的物理含义为在肯定的距离上的某点处产生肯定大小的信号，

假如用抱负的无方向性点源作为放射天线，需要100W的输入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向天线作为放射天线时，输入功率只需100/20=5W。换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的抱负点源相比，把输入功率放大的倍数。该增益的单位为dBd。

Directivity：在相同的辐射功率下，某天线在空间某点产生的功率与抱负无方向点源天线在同一点产生的功率的比值。Ratioofthepowerdensityinthedirectionofmaximumpowertotheaveragepower.能够定量的表示天线定向辐射力量的电参数。定义：在同一距离及相同辐射功率的条件下，某天线在最大辐射方向上的辐射功率密度和无方向性天线（点源）的辐射功率密度之比。方向系数与辐射功率在全空间的分布状态有关。要使天线的方向系数大，不仅要求主瓣窄，而且要求全空间的副瓣电平小。这个参数重点描述天线辐射性能的方向性。方向系数的单位是dBi，抱负点源天线的方向系数为10*log(1)=0dBi。一般非抱负点源天线的方向系数都是大于0dBi的。

Efficiency：天线辐射功率和天线输入功率的比值。天线的效率是指天线的辐射功率(Prad)与输入功率(Pin)之比，也就是天线将馈点处的输入功率辐射出去的力量。天线效率的单位是百分比，即%。对于内置天线而言，要求效率至少在30%以上。以手机天线为例进一步说明：手机上有一个天线开关，我们一般测得的手机输出功率是从手机开关测得的，然后这个功率经过一段微带线传输到天线馈点处，一部分能量由于电路的失配被反射回来，另一部分能量进入天线记作Pin。用TRP表示天线的空间辐射功率Pout，那么天线的效率就是Pout/Pin。这里就没有考虑到由于电路失配而导致的能量反射。对于单独的天线而言，这就是天线效率的定义。

天线的效率是不必考虑传输线和反射损耗的，Prad/Pin就是天线的效率定义值。天线的效率是很难通过计算获得的，天线本身的能量损耗主要是由于天线作为导体对信号的损耗，包括介质损耗（基板引起的和手机内磁铁引起的）和金属损耗（尽管很小），而回损和匹配电路的损耗是不应当记入的。

APIP(AntennaPortInputPower)：加入到天线口的功率大小，是PA输出到天线口的功率大小。该功率大小主要跟手机的传导放射功率大小有关。

EIRP(EffectiveIsotropicRadiatedPower)：等效全向辐射功率是天线得到的功率与天线以dBi表示的增益的乘积，反映天线在各个方向上辐射的功率的大小。

PEIRP(PeakEffectiveIsotropicRadiatedPower)：峰值等效全向辐射功率。

ERP(EffectiveRadiatedPower)的概念与EIRP相同，但ERP是天线得到的功率与以dBd表示的增益的乘积。

Bandwidth带宽

带宽，即天线满意性能要求的工作频率范围。

天线是有肯定带宽的，这意味着虽然谐振频率是一个频率点，但是在这个频率点四周肯定范围内，这付天线的性能都是差不多好的。这个范围就是带宽。

我们当然盼望一付天线的带宽能掩盖肯定的范围，最好是我们所收听的整个FM广播波段。要不然换个台还要换天线或者调天线也太麻烦了。

天线的带宽和天线的形式、结构、材料都有关系。一般来说，振子所用管、线越粗，带宽越宽；天线增益越高，带宽越窄。

天线的带宽有两种不同的定义：

一种是指：在驻波比VSWR=1.5条件下，天线的工作频带宽度；回波损耗=-14dB。

一种是指：天线增益下降3dB范围内的频带宽度。

在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，详细的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比不超过1.5时，天线的工作频率范围。

OTA测试中的TRP和SAR指标的制约关系

TRP反映的是天线远场的辐射性能，而SAR反映是天线的近场辐射性能。对于OTA中的TRP指标，一般是盼望其TRP比较大，这样从PA出来进入天线的功率才被有效辐射，无线接口的连接性才比较好。在SAR测试中，则盼望TRP数值比较小，这样被人脑汲取的功率才比较小，保证能通过SAR测试标准。因此，TRP指标与SAR指标是一对相互冲突的指标，在天线设计中如何保证两个指标都达到相关的标准，满意设计需要，在天线设计的之初就得考虑。

天线的基本工作原理

应当对天线的工作原理有个简洁的了解。其实，天线的原理很简洁，但是要用公式推导或者做出性能良好的天线来并不简单。

记得高中学的物理课本里面有一个定律：交变的电场产生磁场，交变的磁场产生电场。天线的原理就是这个定律吧。

一段金属导线中的交变电流能够向空间放射交替变化的感应电场和感应磁场，这就是无线电信号的放射。相反，空间中交变的电磁场在遇到金属导线时又可以感应出交变的电流，这对应了无线信号的接收。在电台进行放射和接收时都盼望导线中的交变电流能够有效的转换成为空间中的电磁波，或空间中的电磁波能够最有效的转换成导线中的交变电流。这就对用于放射和接收的导线有猎取最佳转换效率的要求，满意这样要求的用于放射和接收无线电磁波信号的导线称为天线。

理论和实践证明，当天线的长度为无线电信号波长的1/4时，天线的放射和接收转换效率最高。因此，天线的长度将依据所放射和接收信号的频率即波长来打算。只要知道对应放射和接收的中心频率就可以用下面的公式算出对应的无线电信号的波长，再将算出的波长除以4就是对应的最佳天线长度。

留意：只要在金属体内有交变的电流，该金属体就要向空间辐射电磁波；反之，只要空间中有肯定强度的电磁波信号，就会在该空间中的金属体上感应出交变的电流。天线与一般金属体的不同之处在于，天线强调了将金属体内交变电流最有效的转变成空间的电磁波或将空间的电磁波最有效的转变成金属体中的交变电流信号。

天线是一种用来放射或接收无线电波或更广泛来讲电磁波的电子器件。天线应用于广播和电视、点对点无线电通信、雷达和太空探究等系统。天线通常在空气和外层空间中工作，也可以在水下运行，甚至在某些频率下工作于土壤和岩石之中。

从物理学上讲，天线是一个或多个导体的组合，由它可因施加的交变电压和相关联交变电流而产生辐射的电磁场，或者可以将它放置在电磁场中，由于场的感应而在天线内部产生交变电流并在其终端产生交变电压。

天线作为无线通信不行缺少的一部分，其基本功能是辐射和接收无线电波。

放射时，把高频电流转换为电磁波；接收时，把电滋波转换为高频电流。

通信制式名称

GSM

GSM是GlobalSystemForMobileCommunications的缩写。由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。GSM是全球移动通信系统(GlobalSystemofMobilecommunication)的简称。它的空中接口采纳时分多址技术。自90年月中期投入商用以来，被全球超过100个国家采纳。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。GSM较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是其次代(2G)移动电话系统。

CDMA

CDMA系统是基于码分技术（扩频技术）和多址技术的通信系统，系统为每个用户安排各自特定地址码。地址码之间具有相互准正交性，从而在时间、空间和频率上都可以重叠；将需传送的具有肯定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制，使原有的数据信号的带宽被扩展，接收端进行向反的过程，进行解扩，增加了抗干扰的力量。

CDMA,一开头建网是IS-95然后升级到了CDMA20001X，再到了现在已经开头的EVDO，是从CDMA20001X升级到CDMA20001xEVDO，就好比移动联通的G网从GSM到GPRS再到EDGE一样，只不过比起GSM,CDMA有许多优点的！比方说辐射少这就是一个最大的优点，这样的电话才更健康，而GSM的辐射太大了！而且IS-95升级到CDMA20001X再到CDMA20001XEVDO（即同时存在1X和EVDO两个网络），在射频部分完全兼容，不需要重新建基站。区分：1，技术上，CDMA20001X采纳扩频速率为SR1，即指前向信道和反向信道均用码片速率1.2288Mbit/s的单载波直接系列扩频方式。因此它可以便利地与IS-95（A/B）后向兼容，实现平滑过渡。由于CDMA20001X采纳了反向相干解调、快速前向功控、发送分集、Turbo编码等新技术，网络部分引入分组交换，可支持移动IP业务。2，容量上，在相同条件下，对一般话音业务而言，容大致为CDMA（IS-95）系统的两倍。3，速率上，CDMA20001X手机上网的传输速率可达每秒钟144Kb，比现有CDMA产品高出10倍。4，版本上，CDMA是IS-95，属于2G技术，CDMA20001X是CDMA的升级版本（也是CMDA2000的第一阶段），属于2.5G技术。

WCDMA

是英文WidebandCodeDivisionMultipleAccess（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。W-CDMAWidebandCDMA是一种由3GPP详细制定的，基于GSMMAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。目前WCDMA有Release99、Release4、Release5、Release6等版本。目前中国联通采纳的此种3G通讯标准。TDTD-SCDMA是英文TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess（时分同步码分多址）的简称，是一种第三代无线通信的技术标准，也是ITU批准的三个3G标准中的一个，相对于另两个主要3G标准（CDMA2000）或（WCDMA）它的起步较晚。

TD

TD-SCDMA由于采纳时分双工，上行和下行信道特性基本全都，因此，基站依据接收信号估量上行和下行信道特性比较简单。此外，TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势，而智能天线技术的使用又引入了SDMA的优点，可以削减用

户间干扰，从而提高频谱利用率。但是，由于时分双工体制自身的缺点，TD-SCDMA被认为在终端允许移动速度和小区掩盖半径等方面落后于频分双工体制。同时，TD只可以同时在线500人，是个问题

LTE

LTE(LongTermEvolution,长期演进)项目是3G的演进，始于2023年3GPP的多伦多会议。LTE并非人们普遍误会的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增加了3G的空中接入技术，采纳OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够供应下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。

GPS

GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称，而其中文简称为"球位系'。G