鐵路專用GSM-R系統終端設備接收機射頻指標測試方法研究

耿常健

（國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041）

技術研究

鐵路專用GSM-R系統終端設備接收機射頻指標測試方法研究

耿常健

（國家無線電監測中心檢測中心，北京 100041）

本文研究了工作在885MHz-889MHz頻段的鐵路專用GSM-R系統終端設備的接收機射頻指標測試方法。

GSM-R；系統模擬器；ARFCN（絕對射頻頻道號）

1 引言

GSM-R（鐵路專用移動通信系統）是專門為滿足鐵路應用而開發的數字無線通信系統，可以提供無線列控信息傳輸、應急通信和組呼通信等業務，滿足鐵路生產中的通信需求。

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（移動臺發，基站收），下行930-934MHz（基站發，移動臺收），共4MH頻率帶寬。雙工收發頻率間隔45MHz，相鄰頻道間隔為200kHz。共有21個載頻。頻道序號從999-1019，扣除低端999和高端1019作為隔離保護，實際可用頻道19個。

3 功率等級

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

表1 GMSK調制下GSM-R終端不同功率等級發射機最大輸出功率

4 接收機性能

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的壞幀指示性能用來測量接收機在DTX（非連續發射）操作條件下的有效性。BFI（壞幀指示）測量是基于對輸入為隨機數據調制的載頻上全速率話音信道（TCH/FS）、半速率話音信道（TCH/HS）中對沒有被檢測出的壞幀數目進行計數來實現的。

4.1.2 測試方法

4.1.2.1 初始配置

測試初始配置如下：

⊙ 系統模擬器建立與GSM-R終端的通信，射頻頻道號在ARFCN（絕對射頻頻道號）的中端（跳頻模式），GSM-R終端應答，功率控制級設為最大。

⊙ 系統模擬器指令GSM-R終端完成業務信道的環回，同時將BFI信息傳給系統模擬器。

4.1.2.2 測試步驟

a）系統模擬器模擬一個處于DTX工作模式的基站子系統。在不發射信號期間，系統模擬器以比參考靈敏度高11dB的電平發射一個用隨機數據調制的載頻。SACCH（慢速隨路控制信道）以比參考靈敏度高20dB的電平正常發射，攜帶有效信息的SID（靜寂描述幀）按正確時間間隔以比參考靈敏度高20dB的電平發射，在SACCH和SID幀發射期間，隨機數據不連續。

b）系統模擬器持續發射TCH/FS信息幀的最小樣本數并檢查GSM-R終端環回信號的壞幀指示（BFI）。在系統模擬器發送SID幀期間系統模擬器記錄BFI未置1的幀數。

c）將全速率業務信道改為半速率業務信道，重復a至b項。

4.2 參考靈敏度

4.2.1 定義

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

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滿足以下要求：

2級3級GSM-R終端：-104dBm

4級5級GSM-R終端：-102dBm

⊙ 系統模擬器建立與GSM-R終端通信，業務信道的射頻頻道號為中間信道。系統模擬器指令GSM-R終端工作于最大功率控制級。

⊙ 系統模擬器在TCH（業務信道）上輸出標準測試信號C1。

⊙ 系統模擬器指令GSM-R終端完成業務信道的環回，同時幀擦除事件傳給系統模擬器。

4.2.2.2 測試步驟

a）系統模擬器的衰落功能設為TU（平坦城市）高。

b）系統模擬器設置信號的幅度為相應的參考靈敏度電平。

c）系統模擬器將它發給GSM-R終端的信號數據與經GSM-R終端解調和譯碼后環回的信號作比較，檢查幀擦除指示。

d）系統模擬器檢查Ⅱ類連續比特最小樣本數序列，判定II類比特殘余比特差錯事件的數目，這些比特取自BFI置0的幀。

e）系統模擬器檢查Ib類連續比特最小樣本數序列，判定Ib類比特殘余比特差錯事件的數目，這些比特取自BFI置0的幀。

f）系統模擬器檢查連續幀的最小樣本數序列，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。

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

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

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保持在規定的容限內時具有規定調制信號的RF輸入信號電平的范圍。

4.3.2 測試方法

4.3.2.1 初始配置

測試初始配置如下：

⊙ 系統模擬器建立與GSM-R終端的通信，業務信道的射頻頻道號在ARFCN中端，功率控制級設為最大。

⊙ 系統模擬器在TCH/FS上輸出標準測試信號C1。

⊙ 系統模擬器指令GSM-R終端其業務信道環回信號幀擦除事件。

4.3.2.2 測試步驟

a）系統模擬器比較發給GSM-R終端的數據與經解調和譯碼后從接收機環回的信號。系統模擬器通過檢驗Ⅱ類連續比特采集的最小樣本數序列，測量Ⅱ類TCH/FS未保護比特的誤碼率（BER），記下誤差事件的數目。

b）提高接收機輸入端的有用信號幅度為73dBμV （emf），重復b項。

c）將接收機輸入端有用信號的幅度設為98dBμV(emf)；，重復b項。

d）系統模擬器衰落功能設為EQ50。

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

4.4 同信道抑制

4.4.1 定義

同信道抑制是指接收機在其標稱頻率上存在一個無用調制信號的情況下，接收一個有用調制信號時其性能不低于給定指標的能力。

4.4.2 測試方法

4.4.2.1 初始配置

測試初始配置如下：

⊙ 系統模擬器建立與GSM-R終端的通信，業務信道的射頻頻道號在ARFCN的中端，功率控制等級設為最大。

⊙ 系統模擬器在TCH/FS上輸出標準測試信號C1（有用信號）。

⊙ 系統模擬器指令GSM-R終端其業務信道環

回信號幀擦除事件。

4.4.2.2 測試步驟

a）除去有用信號，系統模擬器產生一個獨立的干擾信號I1（無用信號）。無用信號為隨機數調制的連續信號，與有用信號的比特轉換無固定關系，其電平比有用信號低9dB。有用信號和干擾信號的衰落特性為TU低。

b）系統模擬器比較發出的信號與經解調和譯碼后從GSM-R終端接收機環回的信號，檢查幀擦除指示。

c）系統模擬器通過檢驗TCH/FS信息連續幀II類和Ib類的最小樣本數序列，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目，同時判定II類和Ib類比特RBER（殘余比特誤碼率）。

d）重復a至c項，但a項中的有用信號和干擾信號均設置為TU高，跳頻信號，GSM-R終端也被系統模擬器指令進入跳頻模式，在5MHz頻段內至少要覆蓋10個頻道，跳頻段應以在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在鄰信道存在無用信號的情況下，接收一個有用調制信號時，其性能不低于給定指標的能力。它可分為兩類：一類是對相鄰射頻頻道干擾的抑制，另一類是對相鄰時隙干擾的抑制。

4.5.2 測試方法

4.5.2.1 初始配置

測試初始配置如下：

⊙ 系統模擬器建立與GSM-R終端的通信，業務信道的射頻頻道號在ARFCN的中端，功率控制等級設為最大。

⊙ 系統模擬器指令GSM-R終端其業務信道環回信號幀擦除事件。

⊙ 系統模擬器在TCH/FS上輸出標準測試信號C1（有用信號）。

4.5.2.2 測試步驟

a）除去有用信號，系統模擬器產生一個獨立的干擾信號I1（無用信號）。無用信號為連續信號，且與有用信號的比特轉換無固定關系，其電平比有用信號低9dB。無用信號的標稱頻率比有用信號高200kHz。有用信號和無用信號的衰落特性均設為TU高。

b）系統模擬器比較它發出的信號數據與經解調、譯碼后從接收機環回的信號，檢查幀擦除指示。

c）系統模擬器通過檢驗連續幀的最小樣本數序列，測TCH/FS的幀擦除率，記錄幀擦除事件數。同時判定II類和Ib類比特RBER。

d）系統模擬器發送一個不需要GSM-R終端層3響應的消息，由于存在鄰信道干擾，GSM-R終端可能不能證實層2幀，每一個重發的層2幀將指示一個幀擦除事件。系統模擬器判定最小FACCH/F幀樣本數序列中的幀擦除事件。

e）系統模擬器通過檢驗Ib類和II類連續幀最小樣本數序列判定II類和Ib類RBER的數目，比特數不僅僅取自已給出的無壞幀指示的幀。

f）重復b與d項，但a中I1標稱頻率應低于C1標稱頻率200kHz。

g）當I1的標稱頻率偏離C1標稱頻率400kHz，且電平高出C141dB時，重復b至e項。

4.6 互調抑制

4.6.1 定義

互調抑制是指當存在2個或多個與有用信號存在特定頻率關系的無用信號時，接收機接收有用調制信號時，其性能不低于給定指標的能力。

4.6.2 測試方法

4.6.2.1 初始條件

測試初始配置如下：

⊙ 測量代表最嚴重情形的3階互調。

⊙ 系統模擬器建立與GSM-R終端的通信，業務信道的射頻頻道號在ARFCN的中端，功率控制級設為最大。

⊙ 系統模擬器在TCH/FS上輸出標準測試信號C1。

4.6.2.2 測試步驟

a）有用信號的電平高出參考靈敏度電平4dB（見表2）。

表2 兩干擾信號電平設置

b）系統模擬器指令GSM-R終端其業務信道環回信號幀擦除事件。

c）系統模擬器同時生成一個靜態有用信號和兩個靜態干擾（無用）信號，信號間的調制無相關性。

第一個干擾信號的頻率高于標稱頻率800kHz，為靜態未調制信號。

第二個干擾信號的頻率高于標稱頻率1600kHz，為靜態隨機數調制的連續信號。

兩干擾信號電平設置見表2。

d）系統模擬器比較發出的信號數據與經解調、譯碼后從RX（接收）環回的信號，檢查幀擦除指示。

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

系統模擬器發送一個不需要GSM-R終端層3響應的消息，由于存在鄰信道干擾，GSM-R終端可能不能證實層2幀，每一個重發的層2幀將指示一個幀擦除事件。系統模擬器判定最小FACCH/F幀樣本數序列中的幀擦除事件。

e）兩個干擾信號頻率分別低于標稱頻率800kHz、1600kHz時，重復d項。

f）讓RX工作于頻道號在ARFCN的低端，重復a至d項。

g）讓RX工作于頻道號在ARFCN的高端，重復a至d項。

4.7 阻塞和雜散響應

4.7.1 定義

阻塞是指在非雜散響應或鄰頻道的頻率上，存在一個強無用信號的條件下，接收機接收有用的信號時，其性能不低于給定指標的能力。FR±45MHz頻段內（不包括FR±800kHz），在正常測試條件下允許有6個失敗點。100kHz至12.75GHz頻段內（不包括FR±45MHz），在正常測試條件下允許有24個失敗點。若失敗點連續成組，則每組頻點數不得多于3個，上述失敗點即為雜散響應點。

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ARFCN的TCH上，功率控制級設為最大。

⊙ 系統模擬器在TCH/FS上輸出標準測試信號C1（TCH頻率FR）。

⊙ 系統模擬器指令GSM-R終端其業務信道環回信號幀擦除事件。

4.7.2.2 測試步驟

a）系統模擬器同時產生一個靜態有用信號和一個靜態干擾信號，靜態有用信號電平應高出參考靈敏度4dB。

b）靜態無用信號為F B連續波信號（標準測試信號I0）F B為處于10 0k H z至12.75GH z （FR±600kHz除外）范圍內的一系列頻點上，取值詳見c項。

FR為RX的中心頻率，FB為200kHz的整數倍頻率。

c）測量信號的頻率為以下3項的組合：

1）總的頻率范圍為：

其中，距相關接收帶寬兩邊緣±100MHz范圍內的頻率除外，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，計算出的頻率必須位于100kHz-12.75GHz的頻率范圍內。

如果2）與3）的中頻率位于1）中規定的頻率范圍內不必重復測試；對于1）中規定的頻率以外，應該從距離1）定義的邊緣10MHz的頻點開始測試，以10MHz的間隔在100kHz-12.75GHz頻帶內測試。F10為接收機第一次混頻的本振頻率，IF1…IFn為n個中頻，F10,IF1,IF2…IFn應由制造廠家給定。

d）無用信號的電平設置按照表3。

表3 無用信號電平設置

e）系統模擬器對它發給GSM-R終端的數據信號與從GSM-R終端接收機環回的經解調、譯碼后的信號進行比較，并檢查幀擦除指示。

f）系統模擬器測量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，并記錄差錯事件。

如果c項中2），3），4）預計的頻率上出現測量結果失敗，那么便在±200kHz的相鄰頻道上重復測量，若這兩個頻率中任何一個失敗，那么應該測量下一個±200kHz的鄰頻道，此過程一直持續到測量出所有失敗頻率，記錄這一組連續失敗頻率的個數。

5 結束語

GSM-R技術標準與規范應包括現有的GSM相關標準以及為滿足鐵路需求而制定的應用標準，是GSM-R領域內所有技術標準、規范的集合。

[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