鐵路專用GSM-R系統(tǒng)終端設(shè)備接收機(jī)射頻指標(biāo)測試方法研究

耿常健

（國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041）

技術(shù)研究

鐵路專用GSM-R系統(tǒng)終端設(shè)備接收機(jī)射頻指標(biāo)測試方法研究

耿常健

（國家無線電監(jiān)測中心檢測中心，北京 100041）

本文研究了工作在885MHz-889MHz頻段的鐵路專用GSM-R系統(tǒng)終端設(shè)備的接收機(jī)射頻指標(biāo)測試方法。

GSM-R；系統(tǒng)模擬器；ARFCN（絕對(duì)射頻頻道號(hào)）

1 引言

GSM-R（鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)）是專門為滿足鐵路應(yīng)用而開發(fā)的數(shù)字無線通信系統(tǒng)，可以提供無線列控信息傳輸、應(yīng)急通信和組呼通信等業(yè)務(wù)，滿足鐵路生產(chǎn)中的通信需求。

2 頻率和信道資源

GSM-R采用無線資源中GSM900MHz工作頻段，上行885-889MHz（移動(dòng)臺(tái)發(fā)，基站收），下行930-934MHz（基站發(fā)，移動(dòng)臺(tái)收），共4MH頻率帶寬。雙工收發(fā)頻率間隔45MHz，相鄰頻道間隔為200kHz。共有21個(gè)載頻。頻道序號(hào)從999-1019，扣除低端999和高端1019作為隔離保護(hù)，實(shí)際可用頻道19個(gè)。

3 功率等級(jí)

GSM-R終端根據(jù)其支持的最大功率等級(jí)（2，3，4，5級(jí)）依次劃分為2，3，4，5級(jí)終端。GSM-R終端功率等級(jí)劃分如表1所示。

表1 GMSK調(diào)制下GSM-R終端不同功率等級(jí)發(fā)射機(jī)最大輸出功率

4 接收機(jī)性能

4.1 壞幀指示性能

4.1.1 定義

全速率話音信道、半速率話音信道接收機(jī)的壞幀指示性能用來測量接收機(jī)在DTX（非連續(xù)發(fā)射）操作條件下的有效性。BFI（壞幀指示）測量是基于對(duì)輸入為隨機(jī)數(shù)據(jù)調(diào)制的載頻上全速率話音信道（TCH/FS）、半速率話音信道（TCH/HS）中對(duì)沒有被檢測出的壞幀數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

4.1.2 測試方法

4.1.2.1 初始配置

測試初始配置如下：

⊙ 系統(tǒng)模擬器建立與GSM-R終端的通信，射頻頻道號(hào)在ARFCN（絕對(duì)射頻頻道號(hào)）的中端（跳頻模式），GSM-R終端應(yīng)答，功率控制級(jí)設(shè)為最大。

⊙ 系統(tǒng)模擬器指令GSM-R終端完成業(yè)務(wù)信道的環(huán)回，同時(shí)將BFI信息傳給系統(tǒng)模擬器。

4.1.2.2 測試步驟

a）系統(tǒng)模擬器模擬一個(gè)處于DTX工作模式的基站子系統(tǒng)。在不發(fā)射信號(hào)期間，系統(tǒng)模擬器以比參考靈敏度高11dB的電平發(fā)射一個(gè)用隨機(jī)數(shù)據(jù)調(diào)制的載頻。SACCH（慢速隨路控制信道）以比參考靈敏度高20dB的電平正常發(fā)射，攜帶有效信息的SID（靜寂描述幀）按正確時(shí)間間隔以比參考靈敏度高20dB的電平發(fā)射，在SACCH和SID幀發(fā)射期間，隨機(jī)數(shù)據(jù)不連續(xù)。

b）系統(tǒng)模擬器持續(xù)發(fā)射TCH/FS信息幀的最小樣本數(shù)并檢查GSM-R終端環(huán)回信號(hào)的壞幀指示（BFI）。在系統(tǒng)模擬器發(fā)送SID幀期間系統(tǒng)模擬器記錄BFI未置1的幀數(shù)。

c）將全速率業(yè)務(wù)信道改為半速率業(yè)務(wù)信道，重復(fù)a至b項(xiàng)。

4.2 參考靈敏度

4.2.1 定義

參考靈敏度是指在達(dá)到規(guī)定的BER（誤碼率）或FER（幀擦除率）條件下GSM-R終端接收機(jī)的輸入電平。

4.2.2 測試方法

4.2.2.1 初始配置

測試初始配置如下：

⊙ GSM-R終端的參考靈敏度電平應(yīng)滿足以下要求：

2級(jí)3級(jí)GSM-R終端：-104dBm

4級(jí)5級(jí)GSM-R終端：-102dBm

⊙ 系統(tǒng)模擬器建立與GSM-R終端通信，業(yè)務(wù)信道的射頻頻道號(hào)為中間信道。系統(tǒng)模擬器指令GSM-R終端工作于最大功率控制級(jí)。

⊙ 系統(tǒng)模擬器在TCH（業(yè)務(wù)信道）上輸出標(biāo)準(zhǔn)測試信號(hào)C1。

⊙ 系統(tǒng)模擬器指令GSM-R終端完成業(yè)務(wù)信道的環(huán)回，同時(shí)幀擦除事件傳給系統(tǒng)模擬器。

4.2.2.2 測試步驟

a）系統(tǒng)模擬器的衰落功能設(shè)為TU（平坦城市）高。

b）系統(tǒng)模擬器設(shè)置信號(hào)的幅度為相應(yīng)的參考靈敏度電平。

c）系統(tǒng)模擬器將它發(fā)給GSM-R終端的信號(hào)數(shù)據(jù)與經(jīng)GSM-R終端解調(diào)和譯碼后環(huán)回的信號(hào)作比較，檢查幀擦除指示。

d）系統(tǒng)模擬器檢查Ⅱ類連續(xù)比特最小樣本數(shù)序列，判定II類比特殘余比特差錯(cuò)事件的數(shù)目，這些比特取自BFI置0的幀。

e）系統(tǒng)模擬器檢查Ib類連續(xù)比特最小樣本數(shù)序列，判定Ib類比特殘余比特差錯(cuò)事件的數(shù)目，這些比特取自BFI置0的幀。

f）系統(tǒng)模擬器檢查連續(xù)幀的最小樣本數(shù)序列，判定幀擦除事件。若無BFI置1，則表示該幀被成功接收。

g）分別在ARFCN的低端以及ARFCN的高端重做a至f項(xiàng)。

h）a項(xiàng)中系統(tǒng)模擬器衰減功能分別設(shè)置為RA（郊區(qū)）和HT（山區(qū)），重做b至f項(xiàng)。

i）a項(xiàng)中系統(tǒng)模擬器衰減功能設(shè)為靜態(tài)。指令GSM-R終端進(jìn)入跳頻模式，重做b至f項(xiàng)。信號(hào)的幅度設(shè)置為同b項(xiàng)，除有效時(shí)隙外的其它時(shí)隙電平設(shè)置為比參考靈敏度高20dB（這將間接測量鄰時(shí)隙信道抑制）。

4.3 可用接收輸入電平范圍

4.3.1 定義

可用接收輸入電平范圍指使BER或FER保持在規(guī)定的容限內(nèi)時(shí)具有規(guī)定調(diào)制信號(hào)的RF輸入信號(hào)電平的范圍。

4.3.2 測試方法

4.3.2.1 初始配置

測試初始配置如下：

⊙ 系統(tǒng)模擬器建立與GSM-R終端的通信，業(yè)務(wù)信道的射頻頻道號(hào)在ARFCN中端，功率控制級(jí)設(shè)為最大。

⊙ 系統(tǒng)模擬器在TCH/FS上輸出標(biāo)準(zhǔn)測試信號(hào)C1。

⊙ 系統(tǒng)模擬器指令GSM-R終端其業(yè)務(wù)信道環(huán)回信號(hào)幀擦除事件。

4.3.2.2 測試步驟

a）系統(tǒng)模擬器比較發(fā)給GSM-R終端的數(shù)據(jù)與經(jīng)解調(diào)和譯碼后從接收機(jī)環(huán)回的信號(hào)。系統(tǒng)模擬器通過檢驗(yàn)Ⅱ類連續(xù)比特采集的最小樣本數(shù)序列，測量Ⅱ類TCH/FS未保護(hù)比特的誤碼率（BER），記下誤差事件的數(shù)目。

b）提高接收機(jī)輸入端的有用信號(hào)幅度為73dBμV （emf），重復(fù)b項(xiàng)。

c）將接收機(jī)輸入端有用信號(hào)的幅度設(shè)為98dBμV(emf)；，重復(fù)b項(xiàng)。

d）系統(tǒng)模擬器衰落功能設(shè)為EQ50。

e）將有用信號(hào)的幅度設(shè)為比參考靈敏度電平高20dB，并且接收端的輸入為73dBμV(emf)，重復(fù)a項(xiàng)。

4.4 同信道抑制

4.4.1 定義

同信道抑制是指接收機(jī)在其標(biāo)稱頻率上存在一個(gè)無用調(diào)制信號(hào)的情況下，接收一個(gè)有用調(diào)制信號(hào)時(shí)其性能不低于給定指標(biāo)的能力。

4.4.2 測試方法

4.4.2.1 初始配置

測試初始配置如下：

⊙ 系統(tǒng)模擬器建立與GSM-R終端的通信，業(yè)務(wù)信道的射頻頻道號(hào)在ARFCN的中端，功率控制等級(jí)設(shè)為最大。

⊙ 系統(tǒng)模擬器在TCH/FS上輸出標(biāo)準(zhǔn)測試信號(hào)C1（有用信號(hào)）。

⊙ 系統(tǒng)模擬器指令GSM-R終端其業(yè)務(wù)信道環(huán)

回信號(hào)幀擦除事件。

4.4.2.2 測試步驟

a）除去有用信號(hào)，系統(tǒng)模擬器產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立的干擾信號(hào)I1（無用信號(hào)）。無用信號(hào)為隨機(jī)數(shù)調(diào)制的連續(xù)信號(hào)，與有用信號(hào)的比特轉(zhuǎn)換無固定關(guān)系，其電平比有用信號(hào)低9dB。有用信號(hào)和干擾信號(hào)的衰落特性為TU低。

b）系統(tǒng)模擬器比較發(fā)出的信號(hào)與經(jīng)解調(diào)和譯碼后從GSM-R終端接收機(jī)環(huán)回的信號(hào)，檢查幀擦除指示。

c）系統(tǒng)模擬器通過檢驗(yàn)TCH/FS信息連續(xù)幀II類和Ib類的最小樣本數(shù)序列，測量TCH/FS的幀擦除率，若無壞幀指示則表示該幀被成功接收。記下幀擦除事件的數(shù)目，同時(shí)判定II類和Ib類比特RBER（殘余比特誤碼率）。

d）重復(fù)a至c項(xiàng)，但a項(xiàng)中的有用信號(hào)和干擾信號(hào)均設(shè)置為TU高，跳頻信號(hào)，GSM-R終端也被系統(tǒng)模擬器指令進(jìn)入跳頻模式，在5MHz頻段內(nèi)至少要覆蓋10個(gè)頻道，跳頻段應(yīng)以在ARFCN中端的頻道為中心。

4.5 鄰信道抑制

4.5.1 定義

鄰信道抑制是指接收機(jī)在鄰信道存在無用信號(hào)的情況下，接收一個(gè)有用調(diào)制信號(hào)時(shí)，其性能不低于給定指標(biāo)的能力。它可分為兩類：一類是對(duì)相鄰射頻頻道干擾的抑制，另一類是對(duì)相鄰時(shí)隙干擾的抑制。

4.5.2 測試方法

4.5.2.1 初始配置

測試初始配置如下：

⊙ 系統(tǒng)模擬器建立與GSM-R終端的通信，業(yè)務(wù)信道的射頻頻道號(hào)在ARFCN的中端，功率控制等級(jí)設(shè)為最大。

⊙ 系統(tǒng)模擬器指令GSM-R終端其業(yè)務(wù)信道環(huán)回信號(hào)幀擦除事件。

⊙ 系統(tǒng)模擬器在TCH/FS上輸出標(biāo)準(zhǔn)測試信號(hào)C1（有用信號(hào)）。

4.5.2.2 測試步驟

a）除去有用信號(hào)，系統(tǒng)模擬器產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立的干擾信號(hào)I1（無用信號(hào)）。無用信號(hào)為連續(xù)信號(hào)，且與有用信號(hào)的比特轉(zhuǎn)換無固定關(guān)系，其電平比有用信號(hào)低9dB。無用信號(hào)的標(biāo)稱頻率比有用信號(hào)高200kHz。有用信號(hào)和無用信號(hào)的衰落特性均設(shè)為TU高。

b）系統(tǒng)模擬器比較它發(fā)出的信號(hào)數(shù)據(jù)與經(jīng)解調(diào)、譯碼后從接收機(jī)環(huán)回的信號(hào)，檢查幀擦除指示。

c）系統(tǒng)模擬器通過檢驗(yàn)連續(xù)幀的最小樣本數(shù)序列，測TCH/FS的幀擦除率，記錄幀擦除事件數(shù)。同時(shí)判定II類和Ib類比特RBER。

d）系統(tǒng)模擬器發(fā)送一個(gè)不需要GSM-R終端層3響應(yīng)的消息，由于存在鄰信道干擾，GSM-R終端可能不能證實(shí)層2幀，每一個(gè)重發(fā)的層2幀將指示一個(gè)幀擦除事件。系統(tǒng)模擬器判定最小FACCH/F幀樣本數(shù)序列中的幀擦除事件。

e）系統(tǒng)模擬器通過檢驗(yàn)Ib類和II類連續(xù)幀最小樣本數(shù)序列判定II類和Ib類RBER的數(shù)目，比特?cái)?shù)不僅僅取自已給出的無壞幀指示的幀。

f）重復(fù)b與d項(xiàng)，但a中I1標(biāo)稱頻率應(yīng)低于C1標(biāo)稱頻率200kHz。

g）當(dāng)I1的標(biāo)稱頻率偏離C1標(biāo)稱頻率400kHz，且電平高出C141dB時(shí)，重復(fù)b至e項(xiàng)。

4.6 互調(diào)抑制

4.6.1 定義

互調(diào)抑制是指當(dāng)存在2個(gè)或多個(gè)與有用信號(hào)存在特定頻率關(guān)系的無用信號(hào)時(shí)，接收機(jī)接收有用調(diào)制信號(hào)時(shí)，其性能不低于給定指標(biāo)的能力。

4.6.2 測試方法

4.6.2.1 初始條件

測試初始配置如下：

⊙ 測量代表最嚴(yán)重情形的3階互調(diào)。

⊙ 系統(tǒng)模擬器建立與GSM-R終端的通信，業(yè)務(wù)信道的射頻頻道號(hào)在ARFCN的中端，功率控制級(jí)設(shè)為最大。

⊙ 系統(tǒng)模擬器在TCH/FS上輸出標(biāo)準(zhǔn)測試信號(hào)C1。

4.6.2.2 測試步驟

a）有用信號(hào)的電平高出參考靈敏度電平4dB（見表2）。

表2 兩干擾信號(hào)電平設(shè)置

b）系統(tǒng)模擬器指令GSM-R終端其業(yè)務(wù)信道環(huán)回信號(hào)幀擦除事件。

c）系統(tǒng)模擬器同時(shí)生成一個(gè)靜態(tài)有用信號(hào)和兩個(gè)靜態(tài)干擾（無用）信號(hào)，信號(hào)間的調(diào)制無相關(guān)性。

第一個(gè)干擾信號(hào)的頻率高于標(biāo)稱頻率800kHz，為靜態(tài)未調(diào)制信號(hào)。

第二個(gè)干擾信號(hào)的頻率高于標(biāo)稱頻率1600kHz，為靜態(tài)隨機(jī)數(shù)調(diào)制的連續(xù)信號(hào)。

兩干擾信號(hào)電平設(shè)置見表2。

d）系統(tǒng)模擬器比較發(fā)出的信號(hào)數(shù)據(jù)與經(jīng)解調(diào)、譯碼后從RX（接收）環(huán)回的信號(hào)，檢查幀擦除指示。

系統(tǒng)模擬器通過檢驗(yàn)連續(xù)比特（取自無幀擦除指示的那些幀）的最小樣本數(shù)序列，測II類比特RBER，記錄誤差事件的數(shù)目。

系統(tǒng)模擬器發(fā)送一個(gè)不需要GSM-R終端層3響應(yīng)的消息，由于存在鄰信道干擾，GSM-R終端可能不能證實(shí)層2幀，每一個(gè)重發(fā)的層2幀將指示一個(gè)幀擦除事件。系統(tǒng)模擬器判定最小FACCH/F幀樣本數(shù)序列中的幀擦除事件。

e）兩個(gè)干擾信號(hào)頻率分別低于標(biāo)稱頻率800kHz、1600kHz時(shí)，重復(fù)d項(xiàng)。

f）讓RX工作于頻道號(hào)在ARFCN的低端，重復(fù)a至d項(xiàng)。

g）讓RX工作于頻道號(hào)在ARFCN的高端，重復(fù)a至d項(xiàng)。

4.7 阻塞和雜散響應(yīng)

4.7.1 定義

阻塞是指在非雜散響應(yīng)或鄰頻道的頻率上，存在一個(gè)強(qiáng)無用信號(hào)的條件下，接收機(jī)接收有用的信號(hào)時(shí)，其性能不低于給定指標(biāo)的能力。FR±45MHz頻段內(nèi)（不包括FR±800kHz），在正常測試條件下允許有6個(gè)失敗點(diǎn)。100kHz至12.75GHz頻段內(nèi)（不包括FR±45MHz），在正常測試條件下允許有24個(gè)失敗點(diǎn)。若失敗點(diǎn)連續(xù)成組，則每組頻點(diǎn)數(shù)不得多于3個(gè)，上述失敗點(diǎn)即為雜散響應(yīng)點(diǎn)。

4.7.2 測試方法

4.7.2.1 初始條件

測試初始配置如下：

⊙ 除非BCCH（廣播控制信道）頻率表為空，系統(tǒng)模擬器按一般呼叫建立過程建立與GSM-R終端的通信，在GSM-R終端支持的任意一個(gè)ARFCN的TCH上，功率控制級(jí)設(shè)為最大。

⊙ 系統(tǒng)模擬器在TCH/FS上輸出標(biāo)準(zhǔn)測試信號(hào)C1（TCH頻率FR）。

⊙ 系統(tǒng)模擬器指令GSM-R終端其業(yè)務(wù)信道環(huán)回信號(hào)幀擦除事件。

4.7.2.2 測試步驟

a）系統(tǒng)模擬器同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)靜態(tài)有用信號(hào)和一個(gè)靜態(tài)干擾信號(hào)，靜態(tài)有用信號(hào)電平應(yīng)高出參考靈敏度4dB。

b）靜態(tài)無用信號(hào)為F B連續(xù)波信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)測試信號(hào)I0）F B為處于10 0k H z至12.75GH z （FR±600kHz除外）范圍內(nèi)的一系列頻點(diǎn)上，取值詳見c項(xiàng)。

FR為RX的中心頻率，F(xiàn)B為200kHz的整數(shù)倍頻率。

c）測量信號(hào)的頻率為以下3項(xiàng)的組合：

1）總的頻率范圍為：

其中，距相關(guān)接收帶寬兩邊緣±100MHz范圍內(nèi)的頻率除外，按200kHz的間隔取測試頻率。

2）IF1，IF1+200kHz，IF1-200kHz。

3）mF10+IF1，mF10-IF1，m是≥2的正整數(shù)，計(jì)算出的頻率必須位于100kHz-12.75GHz的頻率范圍內(nèi)。

如果2）與3）的中頻率位于1）中規(guī)定的頻率范圍內(nèi)不必重復(fù)測試；對(duì)于1）中規(guī)定的頻率以外，應(yīng)該從距離1）定義的邊緣10MHz的頻點(diǎn)開始測試，以10MHz的間隔在100kHz-12.75GHz頻帶內(nèi)測試。F10為接收機(jī)第一次混頻的本振頻率，IF1…IFn為n個(gè)中頻，F(xiàn)10,IF1,IF2…IFn應(yīng)由制造廠家給定。

d）無用信號(hào)的電平設(shè)置按照表3。

表3 無用信號(hào)電平設(shè)置

e）系統(tǒng)模擬器對(duì)它發(fā)給GSM-R終端的數(shù)據(jù)信號(hào)與從GSM-R終端接收機(jī)環(huán)回的經(jīng)解調(diào)、譯碼后的信號(hào)進(jìn)行比較，并檢查幀擦除指示。

f）系統(tǒng)模擬器測量II類比特RBER的方法是檢查II類的最大樣本序列的連續(xù)比特，其中各比特只從沒有壞幀指示的幀中提取，并記錄差錯(cuò)事件。

如果c項(xiàng)中2），3），4）預(yù)計(jì)的頻率上出現(xiàn)測量結(jié)果失敗，那么便在±200kHz的相鄰頻道上重復(fù)測量，若這兩個(gè)頻率中任何一個(gè)失敗，那么應(yīng)該測量下一個(gè)±200kHz的鄰頻道，此過程一直持續(xù)到測量出所有失敗頻率，記錄這一組連續(xù)失敗頻率的個(gè)數(shù)。

5 結(jié)束語

GSM-R技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范應(yīng)包括現(xiàn)有的GSM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及為滿足鐵路需求而制定的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，是GSM-R領(lǐng)域內(nèi)所有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的集合。

[1] 3GPP TS 51.010-1 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network;Digital cellular telecommunications system (Phase 2+);Mobile Station (MS) conformance specification;Part 1:Conformance specification

[2] 3GPP TS 05.05 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network;Radio transmission and reception

Test Methods for Receiver of User Equipment of Global System for Mobile Communications–Railways

Geng Changjian
(The State Radio Monitoring Center Testing Center,Beijing,100041)

In this paper,the test method of the radio frequency index of receiver of the GSM-R system terminal equipment in 885MHz-889MHz frequency band is studied.

GSM-R;System Simulator;ARFCN

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.05.009

TN92

A

1672-7274（2016）05-0029-05