TD-SCDMA終端耗電性能測(cè)試

隨著TD-SCDMA社會(huì)化業(yè)務(wù)測(cè)試和試商用的正式啟動(dòng)，TD-SCDMA終端將逐步被更多的普通用戶使用。TD-SCDMA終端支持的業(yè)務(wù)更加豐富，用戶對(duì)TD-SCDMA通信服務(wù)質(zhì)量的期望也越高，相應(yīng)地對(duì)終端耗電性能也將提出更高的要求。

TD-SCDMA終端除支持基本的語(yǔ)音、短信以外，還支持高速數(shù)據(jù)下載和視頻電話等豐富的多媒體應(yīng)用，因此增加了復(fù)雜的物理層數(shù)字信號(hào)處理和高層協(xié)議棧軟件處理。這大大增加了終端省電的處理難度，對(duì)TD-SCDMA終端設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

TD-SCDMA終端的耗電性能測(cè)試是終端入網(wǎng)測(cè)試的一個(gè)重要測(cè)試內(nèi)容。本文將對(duì)耗電性能測(cè)試的方法以及終端如何省電展開(kāi)論述。

TD-SCDMA終端耗電測(cè)試內(nèi)容和指標(biāo)要求

為了促進(jìn)TD-SCDMA終端耗電性能的指標(biāo)優(yōu)化、進(jìn)一步提升用戶感受，在TD-SCDMA終端相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了耗電性能的指標(biāo)要求和測(cè)試方法。

衡量終端整機(jī)耗電性能的主要指標(biāo)有待機(jī)時(shí)間和通話時(shí)間。其中，通話時(shí)間可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型細(xì)分為語(yǔ)音通話時(shí)間、可視電話通話時(shí)間、FTP上傳/下載時(shí)間、流媒體業(yè)務(wù)時(shí)間等。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，TD-SCDMA終端入網(wǎng)測(cè)試要求的耗電測(cè)試項(xiàng)目是待機(jī)時(shí)間、通話時(shí)間以及可視電話通話時(shí)間。

待機(jī)時(shí)間指終端(電池電量充滿)保持空閑狀態(tài)直至電量耗盡關(guān)機(jī)的持續(xù)時(shí)間。

通話時(shí)間指終端(電池電量充滿)保持某種業(yè)務(wù)通話狀態(tài)直至電量耗盡關(guān)機(jī)的持續(xù)時(shí)間。

TD-SCDMA終端耗電性能指標(biāo)要求如表1所示。需要注意的是，標(biāo)準(zhǔn)中提出的僅僅是最低要求，我們提倡終端的耗電性能優(yōu)于這個(gè)最低要求。另外，因?yàn)殡p模雙待機(jī)終端的TD-SCDMA和GSM兩個(gè)模式能夠同時(shí)工作，待機(jī)電流相對(duì)單模終端會(huì)有所提高，所以待機(jī)指標(biāo)要求相對(duì)降低。對(duì)于雙待機(jī)終端，在進(jìn)行TD-SCDMA模式的耗電性能測(cè)試時(shí)要求GSM模式一直處于待機(jī)狀態(tài)。

TD-SCDMA終端耗電性能測(cè)試方法

待機(jī)時(shí)間和通話時(shí)間的測(cè)試方法有兩種：直接測(cè)量和間接測(cè)量。

直接測(cè)量即直接記錄終端維持在空閑狀態(tài)或通話狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。直接測(cè)量方法簡(jiǎn)單，對(duì)測(cè)試儀表要求較低，測(cè)試結(jié)果直觀，能夠反映終端整機(jī)(包括電池)的耗電性能，缺點(diǎn)是不便深入分析，且耗時(shí)耗力。

間接測(cè)量是分別測(cè)量終端待機(jī)耗電電流和通話時(shí)耗電電流，然后根據(jù)終端電池的容量折算出待機(jī)時(shí)間和通話時(shí)間。間接測(cè)量方法的關(guān)鍵在于要保證電流測(cè)量的精度和準(zhǔn)確度，故間接測(cè)量對(duì)測(cè)試儀表精確度要求較高，優(yōu)點(diǎn)是省時(shí)高效，并可以排除終端電池性能的影響，能從耗電電流大小和電流質(zhì)量來(lái)反映終端的耗電性能，有利于深入分析不同終端耗電性能差異的原因。我國(guó)的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用間接測(cè)量的方法。

間接測(cè)量方法也有兩種：電流計(jì)方式和感應(yīng)電阻方式。

1.電流計(jì)方式

電流計(jì)方式的測(cè)試連接如圖1所示。

圖1　電流計(jì)方式的測(cè)試連接

終端裝配上相應(yīng)的假電池，通過(guò)恒壓直流電源提供所需的標(biāo)稱工作電壓，由具備求平均值功能的電流計(jì)來(lái)測(cè)量終端的耗電電流，電流計(jì)的測(cè)量精度要在100μA以上。通常較為精密的恒壓直流電源本身就具備精確測(cè)量輸出電流的功能，因此若使用這類恒壓直流電源則可以不需要使用電流計(jì)，直接從直流電源上讀取電流數(shù)值。

在這種方式的耗電性能測(cè)試系統(tǒng)中，直流電源必須在整個(gè)測(cè)試中盡量準(zhǔn)確地模擬手機(jī)電池的性能，包括電壓、電流、內(nèi)阻等。所以直流電源要求頻帶寬，具有超快速瞬態(tài)負(fù)載電流響應(yīng)，能減少瞬間大電流時(shí)的壓降，同時(shí)要求輸出阻抗可編程，能模擬電池真實(shí)阻抗。另外，必須通過(guò)直流電源的反饋端進(jìn)行電壓補(bǔ)償，以保證電壓源的輸出電壓保持為電池的標(biāo)稱電壓。

還有一點(diǎn)非常重要，為了減小測(cè)量不確定度，供電電纜以及測(cè)試夾具等的阻抗必須盡量小，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在行標(biāo)中要求測(cè)量30min內(nèi)的平均待機(jī)電流，15min內(nèi)的平均通話電流。為了滿足測(cè)試時(shí)長(zhǎng)的要求，通常需要用PC機(jī)遠(yuǎn)端控制直流電源，通過(guò)程序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間電流采集和記錄。

2.感應(yīng)電阻方式

感應(yīng)電阻方式的測(cè)試連接如圖2所示。

圖2　感應(yīng)電阻方式的測(cè)試連接

此種方式是通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電阻兩端的電壓，換算出平均待機(jī)電流和平均通話電流，測(cè)量設(shè)備可以是采用示波器或者高速數(shù)據(jù)采集卡等，要求采樣率至少5萬(wàn)次/秒，噪聲基底小于最低的ADC步進(jìn)。待機(jī)電流測(cè)量分辨率至少0.1mA，通話電流測(cè)量分辨率至少0.5mA。待機(jī)電流測(cè)量用的感應(yīng)電阻的要求是，阻值0.5ohm的高精密金屬膜電阻器，精度不小于0.1%，功率不小于0.5W。通話電流測(cè)量用的感應(yīng)電阻的要求是，阻值.1ohm的高精密金屬膜電阻器精度不小于0.1%，功率不小于2W。另外，推薦使用帶有感應(yīng)線的電阻，否則需要精確地測(cè)量電阻值，并考慮連接線纜的阻抗。

這種測(cè)試方法，要求用標(biāo)配電池給終端供電，并且電池的制造期限不應(yīng)超過(guò)3個(gè)月。將標(biāo)配電池裝入終端，終端處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，使用標(biāo)配充電器，并按照終端用戶手冊(cè)中說(shuō)明的充電方法，對(duì)終端進(jìn)行充分地充電。充電完成后，從終端中取出電池，等待1個(gè)小時(shí)后，將標(biāo)配電池重新裝入終端，電池正極與感應(yīng)電阻相連，電池負(fù)極與終端負(fù)極相連，電阻的另一端與終端正極相連。

這種方式同樣要求測(cè)量30min內(nèi)的平均待機(jī)電流，15min內(nèi)的平均通話電流。為了滿足測(cè)試時(shí)長(zhǎng)的要求，通常也需要用PC機(jī)遠(yuǎn)端控制測(cè)量設(shè)備，通過(guò)程序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間電流采集和記錄。

在這兩種測(cè)試方式中，耗電性能測(cè)試時(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的選擇非常重要。測(cè)試環(huán)境分為單小區(qū)環(huán)境和多小區(qū)環(huán)境。在單小區(qū)環(huán)境下測(cè)試，因?yàn)闆](méi)有鄰小區(qū)，終端不進(jìn)行鄰小區(qū)測(cè)量，小區(qū)重選，故功耗較低，但是不能真實(shí)反應(yīng)終端在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的耗電情況。在多小區(qū)環(huán)境下，終端需要進(jìn)行鄰小區(qū)測(cè)量和上報(bào)，可以更好地模擬出終端在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的使用情況，耗電測(cè)試結(jié)果更接近用戶使用過(guò)程中的耗電性能表現(xiàn)。所以，終端耗電測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境需要在多小區(qū)環(huán)境下進(jìn)行。我國(guó)行標(biāo)中采用的就是多小區(qū)測(cè)試環(huán)境。對(duì)于TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，要求至少4個(gè)鄰小區(qū)，服務(wù)小區(qū)PCCPCHRSCP為-80dBm，DRX周期為1.28s，對(duì)于雙模終端測(cè)試需要的GSM網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是至少1個(gè)鄰小區(qū)，Paginginterval為5個(gè)multiframes。

耗電性能測(cè)試的場(chǎng)景可以分為靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，終端需要不斷地進(jìn)行小區(qū)重選、切換、位置區(qū)更新、路由區(qū)更新等，功耗要比靜止?fàn)顟B(tài)高，但是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和用戶個(gè)體行為有關(guān)，運(yùn)動(dòng)的快慢、穿越小區(qū)的數(shù)目等沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的模型，故運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量耗電性能結(jié)果差異比較大，一致性難以掌控。因此，我國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中采用的是靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量TD-SCDMA終端的耗電性能。

影響終端耗電性能的主要因素

1.終端內(nèi)在因素

(1)基帶處理芯片的耗電量;

(2)無(wú)線收發(fā)信機(jī)(射頻芯片組)的耗電量;

(3)終端顯示屏、揚(yáng)聲器、鍵盤(pán)背光燈等外圍器件的耗電量;

(4)終端的電源管理方案和省電控制措施;

(5)終端電池的性能。

2.與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相關(guān)的外在因素

(1)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。如無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況、基站交疊覆蓋區(qū)域的信號(hào)穩(wěn)定性等。終端若頻繁進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)捕獲則必然增加終端待機(jī)時(shí)的耗電量。

(2)終端的移動(dòng)情況。

(3)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值的設(shè)置。如各種登記計(jì)時(shí)器、DRX參數(shù)等。DRX決定終端在空閑狀態(tài)時(shí)醒來(lái)監(jiān)聽(tīng)尋呼信道消息的時(shí)間間隔，時(shí)間間隔大意味著終端醒來(lái)的次數(shù)就少，則終端待機(jī)時(shí)間相對(duì)就長(zhǎng)，這個(gè)參數(shù)對(duì)終端待機(jī)耗電影響比較明顯。

提高終端耗電性能建議

隨著設(shè)計(jì)方案和產(chǎn)品的逐步成熟與完善，TD-SCDMA終端耗電性能已經(jīng)有了很大提高，耗電性能測(cè)試作為終端實(shí)現(xiàn)商用前的重要測(cè)試步驟具有重要意義。在此，本文對(duì)TD-SCDMA終端耗電性能的提高作出如下建議。

(1)從終端的整體解決方案入手，努力降低核心芯片組的功耗，選取功耗低的外圍器件，合理設(shè)計(jì)整機(jī)電路結(jié)構(gòu)，并強(qiáng)化電源管理功能。

(2)進(jìn)一步提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量;優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置。