淺析GSM上層協(xié)議及其在測試中的應用

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，這些服務是對它下一層提供的服務的增強。層與層間實體的信息交換是通過業(yè)務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)物理的設置，從最左邊移動臺開始，順次接入系統(tǒng)的各種地面設施；縱向?qū)诟鱾€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、應答一次尋呼、建立呼叫(包括附加業(yè)務請求，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應答。

●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)傳輸應用的要求；與規(guī)范的當前狀態(tài)不直接相關的其他信息。

(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)務管理功能

電話無條件呼叫轉(zhuǎn)發(fā)、所有基本業(yè)務忙時呼叫轉(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載波頻率誤差應小于1×10-7。

●每一個突發(fā)脈沖的RMS相位誤差都不應超過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應在接收到相應突發(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滿足相應的規(guī)定，根據(jù)其功率級別容限范圍為±2dB。

●MS的功率控制級應具有與其功率級別相應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系應滿足相關規(guī)定的功率/時間包絡模板的要求。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系應滿足相關規(guī)定的功率/時間包絡模板的要求，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系應滿足相關規(guī)定的功率/時間包絡模板的要求，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。