淺析GSM上層協(xié)議及其在測試中的應(yīng)用

摘要介紹了GSM上層協(xié)議中各個層的主要功能和GSM射頻指標的測試方法，包括發(fā)射機相位誤差和頻率誤差測試，發(fā)射機載波峰值功率與突發(fā)脈沖定時測試，接收機參考靈敏度測試。

關(guān)鍵詞GSM上層協(xié)議發(fā)射機測試　接收機測試

1、GSM上層協(xié)議

GSM協(xié)議的設(shè)計本身參照了OSI(開放系統(tǒng)互聯(lián)模型)，對協(xié)議棧的分層是按功能平面進行的，一層疊在一層上面。最底層完成信息在兩個遠距離實體之間的物理傳輸，要依賴物理介質(zhì)。在每一層中，各實體通過交換信息，協(xié)同工作以提供上一層需要的服務(wù)，這些服務(wù)是對它下一層提供的服務(wù)的增強。層與層間實體的信息交換是通過業(yè)務(wù)接入點的一系列原語進行的。信息交換的路由功能是通過PD(ProtocolDiscriminator，協(xié)議鑒別器)和TI(TransactionIdentifier，事務(wù)標識符)實現(xiàn)的。信息流穿過不同實體間接口處的參考點的交換規(guī)則，稱為信令協(xié)議。

圖1表示了GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)的信令結(jié)構(gòu)，橫向是根據(jù)物理的設(shè)置，從最左邊移動臺開始，順次接入系統(tǒng)的各種地面設(shè)施；縱向?qū)?yīng)于各個功能層面，從最低的傳輸層開始，逐步到各種高層面。

圖1  GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)的信令結(jié)構(gòu)

1.1無線資源管理層

無線資源管理層的作用是在呼叫期間建立和釋放移動臺和MSC(移動業(yè)務(wù)交換中心)之間的穩(wěn)定連接。

無線資源管理層的功能主要由移動臺和BSC(基站控制器)完成。另外，由于切換過程的責任完成位于無線資源管理層內(nèi)，因此MSC內(nèi)實現(xiàn)的一部分功能也屬于無線資源管理層。

無線資源管理層的子功能如下：

(1)初始化功能

接入和初始分配，移動臺兩個主要狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的功能，即從“空閑”模式到“專用”模式。移動臺申請初始化的原因有三個：執(zhí)行小區(qū)位置更新、應(yīng)答一次尋呼、建立呼叫(包括附加業(yè)務(wù)請求，發(fā)送短消息請求)。

(2)尋呼功能

有三種模式，正常尋呼模式、完全尋呼模式、擴展尋呼模式。

(3)傳輸模式與加密模式管理功能

用GSM傳輸連在移動臺和與合作網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)點之間攜帶用戶信息的方式，包括：無線信道模式、加密模式、非連續(xù)傳輸模式。

(4)切換執(zhí)行功能

在小區(qū)改變時，切換程序用于完全地修改分配給MS(移動臺)的信道。

(5)無線資源管理對話釋放功能

(6)負載管理功能

公用信道上的負載、業(yè)務(wù)信道上的負載、通用負載。

(7)SACCH(慢速隨路信道)功能

●無線傳輸控制：在下行鏈路方向上，攜帶與功率控制和定時超前有關(guān)的命令；在上行鏈路方向上，攜帶測量報告以及移動臺的相應(yīng)應(yīng)答。

●短信息。

●通用信息：監(jiān)視測量過程的參數(shù)(監(jiān)視的頻率表，BSIC鑒別，BCCH頻率指示)；控制無線鏈路失敗監(jiān)測的參數(shù)；上行鏈路不連續(xù)傳輸應(yīng)用的要求；與規(guī)范的當前狀態(tài)不直接相關(guān)的其他信息。

(8)頻率重定義功能

用于改變與其它移動臺同步的移動臺使用的跳頻信道的頻率特性，以適應(yīng)小區(qū)頻率表的變化。

(9)通用信息廣播功能

小區(qū)選擇信息、空閑模式功能的信息、接入所需的信息、專用模式移動臺的信息、小區(qū)識別碼、報文安排和內(nèi)容。

1.2移動性和安全性管理層

(1)位置管理和小區(qū)選擇

(2)位置區(qū)劃分和結(jié)構(gòu)

(3)位置更新

(4)安全性管理

防止無權(quán)用戶的接入、提供有權(quán)用戶通信的保密性。

1.3通信管理層

(1)呼叫控制功能

移動終接呼叫路由、移動起始呼叫建立、移動終接呼叫建立。

(2)查詢

呼叫釋放、呼叫內(nèi)功能。

(3)附加業(yè)務(wù)管理功能

電話無條件呼叫轉(zhuǎn)發(fā)、所有基本業(yè)務(wù)忙時呼叫轉(zhuǎn)發(fā)等。

(4)短消息功能(空閑狀態(tài)和專用狀態(tài))

移動起始短消息、移動終接短消息。

移動終接呼叫建立程序見圖2。

圖2  移動終接呼叫建立程序

2、GSM射頻指標的測試方法

GSM射頻測試的連接圖參見圖3。

圖3  GSM射頻測試的連接圖

2.1發(fā)射機測試

2.1.1相位誤差和頻率誤差

(1)定義

發(fā)射機的相位誤差和頻率誤差是指測得的實際頻率、相位與理論期望的頻率、相位之差。

(2)一致性要求

●MS載波頻率誤差應(yīng)小于1×10-7。

●每一個突發(fā)脈沖的RMS相位誤差都不應(yīng)超過5°。

●每一個突發(fā)脈沖的有用部分的相位最大峰值誤差不超過20°。

(3)測試方法

測試方法分電路交換模式和GPRS模式兩種方式。

2.1.2發(fā)射機載波峰值功率與突發(fā)脈沖定時

(1)定義

發(fā)射機載波峰值功率是指發(fā)射機載頻功率在一個突發(fā)脈沖的有用信息比特時間上的平均值。突發(fā)脈沖定時是指MS接收和發(fā)送之間的時間間隙。在時間前提量為O的情況下，MS應(yīng)在接收到相應(yīng)突發(fā)脈沖后延遲3個脈沖周期后發(fā)射信號。

(2)一致性要求

●在正常條件下，MS每個頻率的各功率等級上的輸出功率應(yīng)滿足相應(yīng)的規(guī)定，根據(jù)其功率級別容限范圍為±2dB。

●MS的功率控制級應(yīng)具有與其功率級別相應(yīng)的最低功率控制級至最高功率控制級。

●MS以連續(xù)功率控制級發(fā)射的電平應(yīng)構(gòu)成一個單調(diào)序列，功率控制級之間相差2±1.5dB。

●正常突發(fā)脈沖的發(fā)射功率電平與時間的關(guān)系應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定的功率/時間包絡(luò)模板的要求。多時隙MS在同一頻率上連續(xù)發(fā)射兩個或多個時隙時，每個時隙的有用部分的發(fā)射功率電平與時間的關(guān)系應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定的功率/時間包絡(luò)模板的要求，第一個時隙的起始部分和最后一個時隙的結(jié)尾部分的發(fā)射功率電平與時間的關(guān)系應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定的功率/時間包絡(luò)模板的要求，時隙間的保護時間內(nèi)的發(fā)射功率電平不應(yīng)超過前一時隙的有用部分和后一時隙有用部分加3dB中較高的一個電平。

(3)測試方法

測試方法分電路交換模式和GPRS模式兩種方式。

2.2接收機測試

2.2.1參考靈敏度

(1)定義

參考靈敏度是指在達到規(guī)定的BER或FER條件下MS接收機最小輸入電平。

(2)一致性要求(見表1)

表1  MS參考靈敏度要求

(3)測試方法

測試方法分電路交換模式和GPRS模式兩種方式，傳播條件分為靜態(tài)和多徑條件。

3、結(jié)束語

在實際測試中經(jīng)常會出現(xiàn)GPRS附著不上，測試中途斷連等問題，為了明確原因有必要在運行射頻測試的同時開啟無線信令檢測程序。在實際測試中應(yīng)用這種方法，當出現(xiàn)問題時很容易檢測是移動臺問題還是測試儀表出錯，取得了比較好的效果。同時從信令方面也加深了對于無線射頻測試的理解。以后的測試工作還很多，此種測試方法還需在今后的工作中不斷地完善和改進。