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立德国际以专业经验进行LTE移动通讯认证

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必维国际检验集团 香港商立德国际商品试验有限公司(BV ADT) 移动设备测试中心副总经理 李春和(Daniel Lee)
必维国际检验集团 香港商立德国际商品试验有限公司(BV ADT) 移动设备测试中心副总经理 李春和(Daniel Lee)

总部设于法国巴黎的Bureau Veritas ADT(BV ADT)国际检验集团,成立至今超过180年,提供船级检验、工业暨能源、在役设施检验、建筑设施、认证、商品、消费性产品、政府服务暨国际贸易等检验业务,在全球员工数超过52,000名,于140多国设有分支机构以及340个检验实验室,服务客户总数超过40万;并针对ITC资通讯产品提供EMC、安规、无线射频、电讯、PTCRB/GCF、WiMAX、Wi-Fi、OTA、电池、太阳能、数码电视与产品耗能等测试验证服务。

通讯设备所需的必验与选验项目

必维国际检验集团香港商立德国际商品试验有限公司(BV ADT)移动设备测试中心副总经理李春和(Daniel Lee),提到无论2G、3G或LTE的4G,移动设备的certification,可分Mandatory Scope(强制必验项目)及Voluntary Scope(选验项目)。Mandatory是当地政府进口的规定,不符合规定就无法进入海关,像出口到美国市场、南美市场需要通过FCC认证,出口到欧洲市场则需通过CE认证,而东南亚很多国家也接受CE认证转证书。

因为电信运营商已对自家网络设备投入庞大资金,需慎选产品并透过自家品牌以及电信服务网络来销售,自然衍生出更多兼容性、支持性的要求;不做Voluntary的认证,可能无法透过电信营运商来销售。目前在北美与欧洲Voluntary项目以PTCRB/GCF、CTIA/GCF OTA为主。

从2G/3G到4G LTE技术演进与使用频段

李春和先介绍从2G、3G到4G LTE的规格演进。首先2G规格有欧洲GSM,并衍生出2.5G GPRS以及2.75G EDGE,另一个2G规格则是美国CDMA2000;属于3G规格的有泛欧WCDMA、3.5G HSDPA、3.75G HDSPA及3.8G HSPA+,北美体系则有CDMA EV DO规格;属于4G规格的则有LTE(或称为3.9G)以及真正4G的LTE进阶版(LTE Advance)。

从频带来看,2G部份像美国有GSM 850/1900、CDMA BC0/1/10,均属于850、1900MHz两个频段;在欧洲则是GSM 900/1800两个频段;日本与韩国并没有GSM频段,仅有CDMA2000;至于大陆与台湾则使用GSM 900/1800,也就是900MHz与1800MHz两个频段,这两地也有CDMA2000但并不普遍。

3G部份,在美国有WCDMA band II、IV与V,CDMA EV DO则使用BC0/1/10;欧洲则使用WCDMA band I(2100MHz)/VIII(900MHz);日本与韩国使用WCDMA band I和其他频段;大陆与台湾部份则使用WCDMA band I(2100MHz)。

到4G LTE时代,每个国家?地区使用的频段数暴增,像美国使用LTE band 13/17/II/V/IV与25共六个频段;欧洲LTE则使用到band I/III/VII/VIII/20达5个频段;日本LTE使用band I/VIII/9/11/18/19/21共7个频段;韩国LTE使用band III/V/VIII三个;大陆与台湾的频段则还在计划阶段。

李春和也指出,LTE营运商对CTIA OTA要求高、传输效能好,但SAR又要小以通过FCC/CE认证,这种两相冲突的要求,相对增加了验证的时间与费用,对天线设计与电磁验证工程师而言是相当大的挑战。

目前已经公布了有36个LTE频段(25个FDD分频多工与11个TDD分时多工),到2012年Q1已有63个制造商生产347个LTE装置,目前Tier1厂商全都加入LTE,预计到2012年底Tier2厂商也会陆续加入。

FCC要求LTE装置要经过电信验证机构(TCB)审核外,尚需多加Permit But Ask(PBA)认证程序,整个流程需时至少3个月。BV ADT从2011年6月至今,已经发出10款LTE FCC证书,涵盖LTE智能手机与LTE平板电脑,这些产品所销售的北美前三大电信营运商包括AT&T、Verizon与Sprint,是目前发出LTE FCC报告最多的测试实验室。

LTE分为FDD分频多工与TDD分时多工,采QPSK、16QAM与64QAM调变技术,以OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交分频多工存取)技术达成最大300Mbps下载速率,采用SC-FDMA(Single-carrier Frequency
-Division Multiple Access,单载波分频多工)技术,最大上传速率为75Mbps;弹性选择1.4/3/5/10/15/20MHz频带,支持多重天线收发(MIMO)技术以提昇收发速率。

LTE提供五种类别的上下传速率:第一类下载?上传速度为10Mbps、5Mbps;第二类为DL 50Mbps、UL 25Mbps;第三类为DL 100Mbps、UL 50Mbps;第四类为DL 150Mbps、UL 50Mbps;第五类为DL 300Mbps、UL 75Mbps。从第二类开始追加2x2 MIMO必验项目,第五类追加4x4 MIMO必验项目。而目前LTE手机多半已达到Category 3/4(UL 100~150Mbps,DL 50Mbps)。

LTE以180Khz、0.5ms为单位细切出一个ResourceBlock(RB),每一个RB具备84个ResourceElement(RE);通道带宽从1.4MHz~20MHz,分别可以细切割出6~100个RB,分配给6~100个用户同时进行语音使用,或调配较多的RB给需要高速下载上传的用户。

LTE FCC、CE验证项目简介

LTE的FCC验证项目,如FCC Part 27/22/24(LTE RF)、Part 22/24/27(2G/3G RF)、Part 15C/15E (Wi-Fi/BT RF)、Part 15B(EMC),及FCC head/body SAR(电磁波吸收率)等。美国最早开台的Verizon使用Band 13;Band 17以及Band 2/4/5为AT&T使用;Band 25(1900MHz)带宽为Sprint使用。Part 22针对850MHz频段;Part 24针对1900MHz频段;Part 27则针对LTE band 4/13/27;Part 15C是针对蓝牙(BT)、WLAN 802.11b/g验证;Part 15E则针对WLAN 802.11a做验证。

FCC SAR需要测Head SAR(RC, RT, LC, LT),受测手机以1cm距离量测手机Body SAR六个面的电波值,受测平板则距离0~5mm测五个面。李春和提到,FCC在Co-location SAR检验上,要求所有天线发送电磁波值总和小于1.6W/Kg,超过1.6W/Kg则需进一步检测考量SAR Hotspot距离的SPLSR值,若SPLSR值大于0.3代表需再进一步做全机身电磁波扫描检测,时间更繁琐。

LTE SAR每个测试点花半小时,在最差情况下会有多达960个测试点?模式,整个测试会花480小时等于将近1个月;实务上大约200个测试模式约100个小时(或5~7天)可完成LTE SAR扫描程序。另外若移动设备要支持Wi-Fi基站分享模式,则需补测DFS,整个过程大约花半年;故实务上会请客户进行LTE SAR测试时,将Wi-Fi 11a hotspot/Ad hoc关掉以节省验证时间。

欧洲CE验证部份,则需做R&TTE Article 3.1(a)、3.1(b)与3.2,像是EN301 908-1/-13针对LTE RF,EN301 908-1/-2针对WCDMA RF,EN301 511(GSM RF),EN300 328/301 893(WiFi/BT RF),EN301 489(EMC),EN50360/62311(head/body SAR)以及EN60950/EN50332(Safety)。其中EN301 511针对GSM RF(Article 3.2),做conducted spurious emission、radiated spurious emission,对平板而言大部分适用approved过的GCF Module,仅需要接上模块重新做ch 12.2 RSE检测即可。

EN 301 908-1与-2针对WCDMA RF (Article 3.2)测试项目,有Spurious emission、Power、Emission Mask与dynamic range etc,而EN301 908-2可直接引用3G GCF报告,但3G平板电脑需重测EN301 908-1;EN 301 908-1与-13针对LTE RF (Article 3.2)测试项目,同样有Spurious emission、Power、Emission、Rx ACS与Rx Blocking,EN301 908-13同样可参考LTE GCF report,但LTE平板仍需测试EN301 908-1项目。

至于EN 301 489-1与-7是针对GSM EMC检验,EN301 489-1与-24则针对UMTS/LTE做检验,-17则针对WLAN/BT(Article 3.1 b)。EN 50360针对SAR(Article 3.1 a),同样Head SAR(RC, RT, LC, LT)/EN62209-1及Body SAR /EN62209-2。LTE CE SAR因没有明确规范,可依LTE FCC SAR的测试方法,做适度删减后进行即可。

CTIA/GCF OTA与PTCRB/GCF Confomance检验

李春和指出,CTIA是由美国发起的电信?无线通讯组织,GCF(Global Certified Forum)则是由欧洲发起的全球认证论坛。OTA(Over The Air)的主要测项就是TRP(Total Radiated Power)、TIS(Total Isotropic Sensitivity)以及Intermediate Channel自我干扰的测试。

每个Band都要做高、中、低三个通道,测试模式增加成为Free Space、Head(头部左右)、Hand(右手Only)以及Head+Hand(手加头)五种,测试的技术包括GSM/GPRS/EDGE、UMTS、CDMA2000、1xRTT、EV DO,以及Wi-Fi、AGPS(GSM、WCDMA、CDMA2000)等,CTIA V3.1从2011年底公布实施。追加LTE OTA的CTIA v3.2会在2012年底或2013公布实施,而CTIA v4.0将加入MIMO的LTE OTA测试,预定2013年才会公布。

欧洲GCF OTA检验项目则相对简单。像测试项目只有TRP与TRS,同样每个频段做高、中、低三个通道测试,测试模式仅放在头的左右方,同时仅测试GSM与UMTS两种射频技术。

至于PTCRB/GCF Conformance则主要针对2G、3G与LTE射频技术与协定进行测试,SIM/USIM测试,Acoustic测试以及Application如AGPS、MMS、TTY 应用上的测试等。基本上PTCRB/GCF仅规定一个平台通过测试即可,为了增加兼容性,BV ADT至少列了两个平台来进行测试验证。

李春和总结,移动设备的通讯验证包含强制必验项目(Mandatory)与选验项目(Voluntary),无论平板电脑或移动设备均遵照相同验证规范。LTE的认证在FCC这边有很多的要求,特别是LTE SAR;Co-location SAR则需要详细评估,FCC定期更新他们测试的要求;CE SAR对LTE没有明确规范,故遵循FCC规范简化测试项目的矩阵来缩减测试时间;最后SAR、OTA以及PTCRB,是制造商应该关注的主要测试项目。


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