浅析GSM上层协议及其在测试中的应用

摘要介绍了GSM上层协议中各个层的主要功能和GSM射频指标的测试方法，包括发射机相位误差和频率误差测试，发射机载波峰值功率与突发脉冲定时测试，接收机参考灵敏度测试。

关键词GSM上层协议发射机测试　接收机测试

1、GSM上层协议

GSM协议的设计本身参照了OSI(开放系统互联模型)，对协议栈的分层是按功能平面进行的，一层叠在一层上面。最底层完成信息在两个远距离实体之间的物理传输，要依赖物理介质。在每一层中，各实体通过交换信息，协同工作以提供上一层需要的服务，这些服务是对它下一层提供的服务的增强。层与层间实体的信息交换是通过业务接入点的一系列原语进行的。信息交换的路由功能是通过PD(ProtocolDiscriminator，协议鉴别器)和TI(TransactionIdentifier，事务标识符)实现的。信息流穿过不同实体间接口处的参考点的交换规则，称为信令协议。

图1表示了GSM数字移动通信系统的信令结构，横向是根据物理的设置，从最左边移动台开始，顺次接入系统的各种地面设施；纵向对应于各个功能层面，从最低的传输层开始，逐步到各种高层面。

图1  GSM数字移动通信系统的信令结构

1.1无线资源管理层

无线资源管理层的作用是在呼叫期间建立和释放移动台和MSC(移动业务交换中心)之间的稳定连接。

无线资源管理层的功能主要由移动台和BSC(基站控制器)完成。另外，由于切换过程的责任完成位于无线资源管理层内，因此MSC内实现的一部分功能也属于无线资源管理层。

无线资源管理层的子功能如下：

(1)初始化功能

接入和初始分配，移动台两个主要状态之间转换的功能，即从“空闲”模式到“专用”模式。移动台申请初始化的原因有三个：执行小区位置更新、应答一次寻呼、建立呼叫(包括附加业务请求，发送短消息请求)。

(2)寻呼功能

有三种模式，正常寻呼模式、完全寻呼模式、扩展寻呼模式。

(3)传输模式与加密模式管理功能

用GSM传输连在移动台和与合作网络的互联点之间携带用户信息的方式，包括：无线信道模式、加密模式、非连续传输模式。

(4)切换执行功能

在小区改变时，切换程序用于完全地修改分配给MS(移动台)的信道。

(5)无线资源管理对话释放功能

(6)负载管理功能

公用信道上的负载、业务信道上的负载、通用负载。

(7)SACCH(慢速随路信道)功能

●无线传输控制：在下行链路方向上，携带与功率控制和定时超前有关的命令；在上行链路方向上，携带测量报告以及移动台的相应应答。

●短信息。

●通用信息：监视测量过程的参数(监视的频率表，BSIC鉴别，BCCH频率指示)；控制无线链路失败监测的参数；上行链路不连续传输应用的要求；与规范的当前状态不直接相关的其他信息。

(8)频率重定义功能

用于改变与其它移动台同步的移动台使用的跳频信道的频率特性，以适应小区频率表的变化。

(9)通用信息广播功能

小区选择信息、空闲模式功能的信息、接入所需的信息、专用模式移动台的信息、小区识别码、报文安排和内容。

1.2移动性和安全性管理层

(1)位置管理和小区选择

(2)位置区划分和结构

(3)位置更新

(4)安全性管理

防止无权用户的接入、提供有权用户通信的保密性。

1.3通信管理层

(1)呼叫控制功能

移动终接呼叫路由、移动起始呼叫建立、移动终接呼叫建立。

(2)查询

呼叫释放、呼叫内功能。

(3)附加业务管理功能

电话无条件呼叫转发、所有基本业务忙时呼叫转发等。

(4)短消息功能(空闲状态和专用状态)

移动起始短消息、移动终接短消息。

移动终接呼叫建立程序见图2。

图2  移动终接呼叫建立程序

2、GSM射频指标的测试方法

GSM射频测试的连接图参见图3。

图3  GSM射频测试的连接图

2.1发射机测试

2.1.1相位误差和频率误差

(1)定义

发射机的相位误差和频率误差是指测得的实际频率、相位与理论期望的频率、相位之差。

(2)一致性要求

●MS载波频率误差应小于1×10-7。

●每一个突发脉冲的RMS相位误差都不应超过5°。

●每一个突发脉冲的有用部分的相位最大峰值误差不超过20°。

(3)测试方法

测试方法分电路交换模式和GPRS模式两种方式。

2.1.2发射机载波峰值功率与突发脉冲定时

(1)定义

发射机载波峰值功率是指发射机载频功率在一个突发脉冲的有用信息比特时间上的平均值。突发脉冲定时是指MS接收和发送之间的时间间隙。在时间前提量为O的情况下，MS应在接收到相应突发脉冲后延迟3个脉冲周期后发射信号。

(2)一致性要求

●在正常条件下，MS每个频率的各功率等级上的输出功率应满足相应的规定，根据其功率级别容限范围为±2dB。

●MS的功率控制级应具有与其功率级别相应的最低功率控制级至最高功率控制级。

●MS以连续功率控制级发射的电平应构成一个单调序列，功率控制级之间相差2±1.5dB。

●正常突发脉冲的发射功率电平与时间的关系应满足相关规定的功率/时间包络模板的要求。多时隙MS在同一频率上连续发射两个或多个时隙时，每个时隙的有用部分的发射功率电平与时间的关系应满足相关规定的功率/时间包络模板的要求，第一个时隙的起始部分和最后一个时隙的结尾部分的发射功率电平与时间的关系应满足相关规定的功率/时间包络模板的要求，时隙间的保护时间内的发射功率电平不应超过前一时隙的有用部分和后一时隙有用部分加3dB中较高的一个电平。

(3)测试方法

测试方法分电路交换模式和GPRS模式两种方式。

2.2接收机测试

2.2.1参考灵敏度

(1)定义

参考灵敏度是指在达到规定的BER或FER条件下MS接收机最小输入电平。

(2)一致性要求(见表1)

表1  MS参考灵敏度要求

(3)测试方法

测试方法分电路交换模式和GPRS模式两种方式，传播条件分为静态和多径条件。

3、结束语

在实际测试中经常会出现GPRS附着不上，测试中途断连等问题，为了明确原因有必要在运行射频测试的同时开启无线信令检测程序。在实际测试中应用这种方法，当出现问题时很容易检测是移动台问题还是测试仪表出错，取得了比较好的效果。同时从信令方面也加深了对于无线射频测试的理解。以后的测试工作还很多，此种测试方法还需在今后的工作中不断地完善和改进。