淺析GSM上層協(xié)議及其在測(cè)試中的應(yīng)用

摘要　介紹了GSM上層協(xié)議中各個(gè)層的主要功能和GSM射頻指標(biāo)的測(cè)試方法，包括發(fā)射機(jī)相位誤差和頻率誤差測(cè)試，發(fā)射機(jī)載波峰值功率與突發(fā)脈沖定時(shí)測(cè)試，接收機(jī)參考靈敏度測(cè)試。

關(guān)鍵詞　GSM　上層協(xié)議　發(fā)射機(jī)測(cè)試　接收機(jī)測(cè)試

1、GSM上層協(xié)議

　　GSM協(xié)議的設(shè)計(jì)本身參照了OSI(開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型)，對(duì)協(xié)議棧的分層是按功能平面進(jìn)行的，一層疊在一層上面。最底層完成信息在兩個(gè)遠(yuǎn)距離實(shí)體之間的物理傳輸，要依賴物理介質(zhì)。在每一層中，各實(shí)體通過(guò)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(duì)它下一層提供的服務(wù)的增強(qiáng)。層與層間實(shí)體的信息交換是通過(guò)業(yè)務(wù)接入點(diǎn)的一系列原語(yǔ)進(jìn)行的。信息交換的路由功能是通過(guò)PD(Protocol Discriminator，協(xié)議鑒別器)和TI(Transaction Identifier，事務(wù)標(biāo)識(shí)符)實(shí)現(xiàn)的。信息流穿過(guò)不同實(shí)體間接口處的參考點(diǎn)的交換規(guī)則，稱為信令協(xié)議。

　　圖1表示了GSM數(shù)字移動(dòng)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(dòng)臺(tái)開(kāi)始，順次接入系統(tǒng)的各種地面設(shè)施；縱向?qū)��?yīng)于各個(gè)功能層面，從最低的傳輸層開(kāi)始，逐步到各種高層面。


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

　　1.1　無(wú)線資源管理層

　　無(wú)線資源管理層的作用是在呼叫期間建立和釋放移動(dòng)臺(tái)和MSC(移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心)之間的穩(wěn)定連接。

　　無(wú)線資源管理層的功能主要由移動(dòng)臺(tái)和BSC(基站控制器)完成。另外，由于切換過(guò)程的責(zé)任完成位于無(wú)線資源管理層內(nèi)，因此MSC內(nèi)實(shí)現(xiàn)的一部分功能也屬于無(wú)線資源管理層。

　　無(wú)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(dòng)臺(tái)兩個(gè)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(dòng)臺(tái)申請(qǐng)初始化的原因有三個(gè)：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(qǐng)求，發(fā)送短消息請(qǐng)求)。

　　(2)尋呼功能

　　有三種模式，正常尋呼模式、完全尋呼模式、擴(kuò)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(dòng)臺(tái)和與合作網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)點(diǎn)之間攜帶用戶信息的方式，包括：無(wú)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(shí)，切換程序用于完全地修改分配給MS(移動(dòng)臺(tái))的信道。

　　(5)無(wú)線資源管理對(duì)話釋放功能

　　(6)負(fù)載管理功能

　　公用信道上的負(fù)載、業(yè)務(wù)信道上的負(fù)載、通用負(fù)載。

　　(7)SACCH(慢速隨路信道)功能

　　●無(wú)線傳輸控制：在下行鏈路方向上，攜帶與功率控制和定時(shí)超前有關(guān)的命令；在上行鏈路方向上，攜帶測(cè)量報(bào)告以及移動(dòng)臺(tái)的相應(yīng)應(yīng)答。

　　●短信息。

　　●通用信息：監(jiān)視測(cè)量過(guò)程的參數(shù)(監(jiān)視的頻率表，BSIC鑒別，BCCH頻率指示)；控制無(wú)線鏈路失敗監(jiān)測(cè)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(dāng)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(dòng)臺(tái)同步的移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)的信息、小區(qū)識(shí)別碼、報(bào)文安排和內(nèi)容。

　　1.2　移動(dòng)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(wú)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(dòng)終接呼叫路由、移動(dòng)起始呼叫建立、移動(dòng)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(wú)條件呼叫轉(zhuǎn)發(fā)、所有基本業(yè)務(wù)忙時(shí)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(dòng)起始短消息、移動(dòng)終接短消息。

　　移動(dòng)終接呼叫建立程序見(jiàn)圖2。


圖2　移動(dòng)終接呼叫建立程序

2、GSM射頻指標(biāo)的測(cè)試方法

　　GSM射頻測(cè)試的連接圖參見(jiàn)圖3。


圖3　GSM射頻測(cè)試的連接圖

　　2.1　發(fā)射機(jī)測(cè)試

　　2.1.1　相位誤差和頻率誤差

　　(1)定義

　　發(fā)射機(jī)的相位誤差和頻率誤差是指測(cè)得的實(shí)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(gè)突發(fā)脈沖的RMS相位誤差都不應(yīng)超過(guò)5°。

　　●每一個(gè)突發(fā)脈沖的有用部分的相位最大峰值誤差不超過(guò)20°。

　　(3)測(cè)試方法

　　測(cè)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(jī)載波峰值功率與突發(fā)脈沖定時(shí)

　　(1)定義

　　發(fā)射機(jī)載波峰值功率是指發(fā)射機(jī)載頻功率在一個(gè)突發(fā)脈沖的有用信息比特時(shí)間上的平均值。突發(fā)脈沖定時(shí)是指MS接收和發(fā)送之間的時(shí)間間隙。在時(shí)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(gè)脈沖周期后發(fā)射信號(hào)。

　　(2)一致性要求

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

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

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

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

　　(3)測(cè)試方法

　　測(cè)試方法分電路交換模式和GPRS模式兩種方式。

　　2.2　接收機(jī)測(cè)試

　　2.2.1　參考靈敏度

　　(1)定義

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

　　(2)一致性要求(見(jiàn)表1)

表1　MS參考靈敏度要求


　　(3)測(cè)試方法

　　測(cè)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(yǔ)

　　在實(shí)際測(cè)試中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)GPRS附著不上，測(cè)試中途斷連等問(wèn)題，為了明確原因有必要在運(yùn)行射頻測(cè)試的同時(shí)開(kāi)啟無(wú)線信令檢測(cè)程序。在實(shí)際測(cè)試中應(yīng)用這種方法，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)很容易檢測(cè)是移動(dòng)臺(tái)問(wèn)題還是測(cè)試儀表出錯(cuò)，取得了比較好的效果。同時(shí)從信令方面也加深了對(duì)于無(wú)線射頻測(cè)試的理解。以后的測(cè)試工作還很多，此種測(cè)試方法還需在今后的工作中不斷地完善和改進(jìn)。