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CTIA-OTA 3D檢測技術簡介
   
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  作者:財團法人台灣電子檢驗中心 發表於2011/5/11 上午 10:25:02
 
CTIA-OTA 3D檢測技術簡介
台灣電子檢驗中心 
圖1
圖2
圖3
 
 

前言 :

 美國行動通訊暨網際網路協會(Cellular Telecommunications &. Internet Association, CTIA) 為一非營利性質的國際會員組織,多年來一直致力於拓展無線通訊的新領域;OTA測試計劃即為其會員組織裡的技術專家制訂用來評估手機及無線通訊裝置整體通訊品質的一套標準。OTA測試主要著重在行動設備傳輸性能和接收性能的評估,主要量測的項目有:總輻射功率、近水平局部輻射功率、整體全向靈敏度與近水平局部全向靈敏度。

主動式3D 天線場型測試:

 所謂的OTA(Over The Air)測試,是將行動設備置於RF電波暗室裡,利用基地台模擬器(Base Station Simulator, BSS)透過某種特定協議(GSM、CDMA、TDMA…等)與設備進行通訊,以評估設備的傳輸與接收性能;由於在測試期間,行動設備所輻射的能量是屬自發性的,不需再經由任何信號產生器的激發,故此測試方式又可稱為”主動式3D天線場型測試”。根據CTIA的測試規格要求,行動設備需於兩個條件下受測:自由空間(Free space)以及連接到專用的人體頭部模型(SAM)上,模擬人頭附近的講話位置。自由空間條件下的測試用於評估行動設備在沒有任何電磁波反射的情況下的性能,模擬理想狀況;而設備連接至SAM人頭模型上的測試則是模擬行動設備被用戶(User)在真實世界裡所使用情況下的性能。整個測試需於全電波暗室(Fully Anechoic Chamber, FAC)裡完成,以防止測試期間受到任何干擾或訊號反射的影響。

檢測技術方法解析:

 CTIA所制訂的測試計畫裡頭,提出了兩種可以量測行動電話終端設備輻射性能的方法,分別是:

1.圓錐截切檢測法

 圓錐截切測試法又可稱為“分散軸系統(Distributed-Axis System)”。若使用單一量測天線,則要求在待測件的θ平面上做機械式的旋轉移動。然而對於使用複合量測天線的系統,可藉由電氣方式選擇不同的天線在θ平面上做旋轉移動。頂端(0°)和底部(180°)不做量測,若每間隔15°量測擷取一次資料,則總共需要11個圓錐切割;而若每間隔30°量測擷取一次資料,則只需要5個圓錐切割。一般而言,待測件在整個量測過程中,保持固定在旋轉桌上;量測天線放置在θ角旋轉的起始位置上,然後待測件繞著軸做360°旋轉;量測天線接著移到下一個θ角,依此步驟不斷重複,直至量測結束。

2.大圓截切檢測法

 大圓截切測試法又可稱為“複合軸系統(Combined-Axis System)”。量測天線保持在固定的位置,而待測件相繼依序繞著兩個軸(θ軸與軸)做旋轉。就總輻射功率量測而言,若θ= 0°與θ= 180°這兩個位置不做量測,每間隔15°量測擷取一次資料,則需要11個大圓截切面才能涵蓋整個3D球面;而對整體全向靈敏度的量測來說,由於測試規格要求每間隔30°量測擷取一次資料,θ= 0°與θ= 180°這兩個位置同樣不做量測,所以需要5個大圓截切面才能完全量測整個3D球面。

量測參數:

 OTA測試最主要的量測指標參數即為TRP與TIS,此兩個重要的參數可以直接反應出行動終端設備於實際電信網絡使用下傳輸性能和接收性能的優劣。

3.1總輻射功率(Total Radiated Power, TRP)

 總輻射功率是衡量行動終端設備發射端(Transmitter)輻射性能的一項重要的指標參數;相對於等效全向輻射功率與傳導發射功率,量測總輻射功率不僅綜合考量到行動終端與天線搭配在一起的效能,更可清楚地由量測數據中分析終端設備於特定之行動通訊環境中之三維空間輻射特性。

 待測件的RF輻射性能是藉由在裝置周圍附近不同的位置,取樣待測裝置的輻射發射功率量測而得。其發射性能之3D特性是藉由分析空間分佈量測所得之資料整併而得。在θ和ψ軸上每隔15度量測一個資料點,這能充份完整地展現出待測件遠場輻射場型與總輻射功率的特性。在θ=0和180度的資料點不取,這說明在每個極化方向上,總共需要執行264次的量測。所有量測到的功率值將會被整合到一張三維空間的圖形裡,此即為總輻射功率3D場型量測原理。

 整體全向靈敏度是衡量行動終端設備接收端(Receiver)接收性能的一項重要的指標參數;其原理是應用適當的位元錯誤率(Bit Error Rate, BER)在空間中的量測位置,找到滿足目標BER的最小接收功率,以評估等效全向靈敏度(Effective Isotropic Sensitivity, EIS)。量測整體全向靈敏不僅考量到行動終端與天線搭配在一起的接收能力,更可清楚地由量測數據中分析終端設備於特定之行動通訊環境中之三維空間接收性能。

 待測件的接收機性能是利用位元錯誤率(Bit Error Rate, BER)或訊框消除率(Frame Erasure Rate, FER)所量測的。此測試使用適當的位元錯誤率,在每一個空間量測位置來評估等效輻射接收機靈敏度,並找到滿足目標BER的最小接收功率。待測件接收機性能之3D特性是藉由分析空間分佈量測所得之資料整併而得。在θ和ψ軸上每隔30度量測一個資料點,這能充份完整地顯現出待測件接收機靈敏度的特性。在θ=0和180度的資料點不取,這說明在每個極化方向上,總共需要執行60次的量測。所有量測到的靈敏度值將會被整合到一張三維空間的圖形裡,此即為整體全向靈敏度3D場型量測原理。

 TRP與TIS分別表示3D空間中行動設備的整體輻射形態和接收型態,而NHPRP(Near Horizontal Partial Radiated Power)和NHPIS(Near Horizontal Partial Isotropic Sensitivity)則表示小部份的輻射與接收型態。在實際的使用情形中,用戶可能於某一刻位於基地台附近,而在其它時候則遠離基地台;在用戶靠近基地台時,用戶與基地台之間的仰角可能非常大,因此有理由瞭解行動設備的整體輻射與接收型態,即量測TRP與TIS。當用戶與基地台之間有相當距離的情況下,重要的是要瞭解相對於水平面為小角度時的輻射與接收型態,因為此時的基地台相對於行動設備角度較小(根據CTIA測試計畫的規格,需量測計算仰角±30°與±45°之值),NHPRP和NHPIS即能表示這種情況下的性能。因此,藉由量測TRP、TIS以及NHPRP與NHPIS這些重要的指標參數,就能評估出行動設備在真實情況使用下的實際性能。

結語:

 雖然在CTIA CDMA Certification PMD文件裡將OTA測試歸類為自願性的認證測試,但由於其測試結果能直接反應出行動通訊設備在真實情況使用下輻射性能的好壞,故OTA測試受到愈來愈多行動設備製造商、天線終端製造商以及電信營運商的重視。

 以目前的技術發展來看,除了手機之外,筆記型電腦在無線通訊功能的發展上逐步應用手機的通訊技術,為因應WiMAX、LTE、TD-LTE、UWB、WLAN、BT、GPS、A-GPS、Digital TV等不同功能的需求,單一筆記型電腦內建天線的數量可能達數十支以上,為了確保通訊品質,其對於OTA性能的檢測要求勢必會大幅增加。

 

 
 
分類:數位終端設備/數位監視系統
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