軟件測試中淺談手機接收性能的測試
手機作為無線通訊設備，就是要能接收和發射無線信號，筆者前一段時間寫了一篇《淺談手機發射功率》后收到一些Email，鼓勵筆者繼續寫，實在不好意思就再湊一篇《淺談手機接收性能的測試》，算是把手機接收和發射這兩部分都議了一議，當然還是淺談，還是拋磚，希望同行能夠斧正。
一、從收音機、電視機談起
我們這一代人從小接觸的是收音機，后來是電視機，現在還能想起剛開始有電視機時，家家必加高高的電視天線（那時還沒有普及有線），但電視接收效果還是有的家好，有的家不好，這時我們半大孩子一定會為了更好的看電視找原因、想辦法。通常是說把天線架的更高，原因是說有樓房或別的什么高東西遮擋了電視信號，有從影就一點一點的左右旋轉電視天線，還不行就煞有介事的說你家的電視靈敏度太低，當然家旁邊有汽車通過或天氣不好，電視上會有雪花，有時還偶爾能聽到串進來其它臺的弱小聲音，這些我們都知道，這是電視信號被干擾了。
其實手機作為無線通訊設備與收音機、電視機沒有什么本質的區別，它同樣在通信信號被遮擋或接收到幾條路徑的無線信號時，通信質量較差；被干擾后，通信質量較差；手機靈敏度太低，在有些場合也會影響通信質量；這些其實完全可以與收音機、電視機類比的，但手機作為可移動的無線通訊產品，它所遇到的無線電環境遠比收音機、電視機（這里指以前的，不是指現在車載收音機、電視機）要惡劣，比如你在高速運動的汽車上通話——會遇到多普勒效應，在一個小區內多個用戶同時通話——會受到系統內部之間的互相干擾等等。其實本文開始羅嗦半天，無非就是想說明一點，考察手機的接收性能，就是要先了解手機都會在什么樣的無線電環境下工作。
1、當手機在小區邊緣，或無線信號被建筑物或其他東西遮擋、或在一個屏蔽的空間里（如電梯間），手機只能收到弱小信號；
2、手機接收到多條無線路徑的射頻信號，這主要是同一個無線信號被城市建筑物或其他東西折射、反射過來，當這些多徑信號相位相反時，會造成合成信號的幅度快速變化，且由于這些多徑信號傳播路徑不同，會產生時延散布，這樣就形成了多徑衰落，類比電視的從影，但要比從影惡劣的多，多徑衰落對手機的通信質量影響很大，這是由于手機是移動設備，在密集的高樓大廈之間使用的幾率很大，而手機無法象電視機那樣使用定向天線來回避這個問題，當然現在cdma2000已經啟用了RAKE接收機的技術；其思想是如果不同路徑信號的延遲超過一個偽碼的碼片的時延，則在接收端可將不同的波束區別開來。將這些不同波束分別經過不同的延遲線，對齊以及合并在一起，則可達到變害為利，把原來是干擾的多徑信號變成有用信號組合在一起。這就是RAKE接收機的基本原理。
3、在運動的汽車或火車上通話，由于是在高速運動中通話，會形成的多普勒效應；
4、手機會受到同小區其他通話用戶，或其他鄰近小區通話用戶的干擾；
5、會受到附近頻段其他正在使用的無線設備的干擾；
6、會受到其他突發性干擾，如打雷、大電機的瞬時啟停等；
其實這些情況都可以用一張很好的圖畫形象表示，感興趣的可以在一些相關書籍或資料中找到。
二、如何衡量手機的接收性能
還是讓我們繼續從收音機、電視機談起，衡量收音機、電視機接收性能有一個簡單辦法，那就是把收音機、電視機放在惡劣電磁環境中去聽、去看接收效果，是否有雜音，是否有雪花，是否畫面清晰，當然這個辦法很直接，但評價有時卻很主觀，并不能很客觀的、量化的去評價收音機、電視機接收性能。為了客觀的、量化的去評價收音機、電視機的接收性能，人們把發送的模擬信號與接收端復制的模擬信號之間進行比對，用均方誤差的方法計算二者誤差程度。這個誤差其實主要是由于信號在傳輸時疊加上的噪聲所造成的（有些時候將它稱之為加性干擾或加性噪聲），后來人們研究發現這個加性干擾所造成的均方誤差，在模擬通信中最終將完全取決于接收端輸出的信號平均功率與噪聲平均功率之比（即信噪比）。因此信噪比就成為人們衡量無線模擬通信設備接收性能的主要指標。也就是，信噪比真實的反映了模擬無線接收設備對接收到的無線模擬信號的復制的程度。
拉拉雜雜羅嗦半天，說白了衡量模擬無線設備（收音機、電視機）的接收性能就是把發送的模擬信號與接收端復制的模擬信號之間進行比對，計算二指的均方誤差，僅僅是在實際測試測量中，這種方法不易實現，人們才“轉到”了信噪比上，而手機是數字通信，沒有必要這么麻煩，直接把發送的數據流和手機接收到的、解碼后的數據流進行比較，計算出誤碼率，ok，手機的接收性能就直觀準確的表述出來了。
本文到此基本上把要鋪墊的東西都啰嗦的鋪墊完了，下面將著重的把GSM手機和cdma2000手機在接收方面的性能測試對比的談一下，這種對比其目的是要突出兩種體制的異同，PHS、CDMA95、WCDMA其實在根本上與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、手機誤碼率的測試方法
在談測試方法之前，首先讓我們簡單回顧GSM和cdma2000。GSM是時分、頻分多址系統，它屬于窄帶調制，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物理信道。GSM采用RPE-LTP對語音進行編碼，把語音數據分成了三類，非常重要的語音數據（Type Ia），重要的語音數據（Type Ib）和其他的語音數據（Type II），其中非常重要的語音數據和重要的語音數據都加了校驗碼，而其他語音數據沒有加任何校驗碼。GSM是第二代無線通訊的標準，后來發展到2.5代GPRS系統，數據通信能力有所提高。
cdma2000是碼分、頻分多址系統，因此也是一個自干擾系統，同時碼分技術的基礎是擴頻技術，其重要應用就是解決在出現有強烈干擾下的可靠通信問題。它是寬帶調制，帶寬1.25MHz，能有效抑制一些窄帶干擾，采用了RAKE接收機技術，能把部分多徑干擾變成有益的，它是第三代無線通訊的標準，其不僅可以進行語音通訊，而且很重視數據通訊，它比GSM標準有更多的邏輯信道。
從前文中我們知道，衡量數字通信的方法就是把發出的和收到的數據流進行比對，計算誤碼率，那么在具體測試過程中是如何實現這個過程哪？GSM標準規定GSM手機要有“環回模式（loop-back mode）”，其思想是手機要把接收到的數據流再調制后發回來，以便儀表比對數據流，計算誤碼率。GSM手機只要安轉了測試SIM卡，GSM手機的“環回模式”就會被激活，測試設備可以通過下行的SACCH給手機發出命令，使之進入“環回模式”。
cdma2000的標準也規定手機要有“環回模式”，但不是所有誤碼率都是用環回模式來測量，測試SCH的TDSO(Test Data Service Option)就不是用的環回模式，標準規定在這種模式下，測試儀表要發出已知格式和內容的數據流，手機將這些數據解調后也不再調制發出，而是直接對這些數據進行比對，計算誤禎率，另外對F-BCCH、F-CCCH等信道測試也不是采用環回模式，而是用cdma2000中一禎數據中的CRC (Cyclic Redundancy Check)位來確定誤禎率，cdma2000為什么采用這么多方法來測試誤禎率，這點主要是不同邏輯信道的特點決定的，由于篇幅所限，筆者在此不再展開討論。
GSM標準在表述手機接收質量，也就是誤碼率BER（Bit error ratio）時，除了用誤碼率這個概念外，還根據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)兩個概念，其中又把誤碼率和殘余比特誤碼率根據語音數據的性質分成了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沒有象GSM那樣搞的這么復雜，它就是用誤禎率FER (Frame Error Rate)來說事。大家都看出來了GSM和cdma2000規定的不同，本文篇幅有限不做進一步討論，但這個問題值得深究。
在開始下面的討論之前，還需聲明一句，下文為了能把問題說清楚，引用了標準中的一些規定，但規定是發展的，筆者引用的標準可能與讀者接觸的標準有些出入，幸好本文不是標準解釋，有些出入和不同，大家也都還認可。另外大家也都知道，不論GSM還是cdma2000都規定了很多不同的band，頻段的不同這就意味其指標，甚至測試方法都可能不同，下文除特別聲明外，GSM的測試都是指EGSM的測試和指標，cdma2000的測試都是指US Cellular的測試和指標。
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