铁路专用GSM-R系统终端设备接收机射频指标测试方法研究

耿常健

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

技术研究

铁路专用GSM-R系统终端设备接收机射频指标测试方法研究

耿常健

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

本文研究了工作在885MHz-889MHz频段的铁路专用GSM-R系统终端设备的接收机射频指标测试方法。

GSM-R；系统模拟器；ARFCN（绝对射频频道号）

1 引言

GSM-R（铁路专用移动通信系统）是专门为满足铁路应用而开发的数字无线通信系统，可以提供无线列控信息传输、应急通信和组呼通信等业务，满足铁路生产中的通信需求。

2 频率和信道资源

GSM-R采用无线资源中GSM900MHz工作频段，上行885-889MHz（移动台发，基站收），下行930-934MHz（基站发，移动台收），共4MH频率带宽。双工收发频率间隔45MHz，相邻频道间隔为200kHz。共有21个载频。频道序号从999-1019，扣除低端999和高端1019作为隔离保护，实际可用频道19个。

3 功率等级

GSM-R终端根据其支持的最大功率等级（2，3，4，5级）依次划分为2，3，4，5级终端。GSM-R终端功率等级划分如表1所示。

表1 GMSK调制下GSM-R终端不同功率等级发射机最大输出功率

4 接收机性能

4.1 坏帧指示性能

4.1.1 定义

全速率话音信道、半速率话音信道接收机的坏帧指示性能用来测量接收机在DTX（非连续发射）操作条件下的有效性。BFI（坏帧指示）测量是基于对输入为随机数据调制的载频上全速率话音信道（TCH/FS）、半速率话音信道（TCH/HS）中对没有被检测出的坏帧数目进行计数来实现的。

4.1.2 测试方法

4.1.2.1 初始配置

测试初始配置如下：

⊙ 系统模拟器建立与GSM-R终端的通信，射频频道号在ARFCN（绝对射频频道号）的中端（跳频模式），GSM-R终端应答，功率控制级设为最大。

⊙ 系统模拟器指令GSM-R终端完成业务信道的环回，同时将BFI信息传给系统模拟器。

4.1.2.2 测试步骤

a）系统模拟器模拟一个处于DTX工作模式的基站子系统。在不发射信号期间，系统模拟器以比参考灵敏度高11dB的电平发射一个用随机数据调制的载频。SACCH（慢速随路控制信道）以比参考灵敏度高20dB的电平正常发射，携带有效信息的SID（静寂描述帧）按正确时间间隔以比参考灵敏度高20dB的电平发射，在SACCH和SID帧发射期间，随机数据不连续。

b）系统模拟器持续发射TCH/FS信息帧的最小样本数并检查GSM-R终端环回信号的坏帧指示（BFI）。在系统模拟器发送SID帧期间系统模拟器记录BFI未置1的帧数。

c）将全速率业务信道改为半速率业务信道，重复a至b项。

4.2 参考灵敏度

4.2.1 定义

参考灵敏度是指在达到规定的BER（误码率）或FER（帧擦除率）条件下GSM-R终端接收机的输入电平。

4.2.2 测试方法

4.2.2.1 初始配置

测试初始配置如下：

⊙ GSM-R终端的参考灵敏度电平应满足以下要求：

2级3级GSM-R终端：-104dBm

4级5级GSM-R终端：-102dBm

⊙ 系统模拟器建立与GSM-R终端通信，业务信道的射频频道号为中间信道。系统模拟器指令GSM-R终端工作于最大功率控制级。

⊙ 系统模拟器在TCH（业务信道）上输出标准测试信号C1。

⊙ 系统模拟器指令GSM-R终端完成业务信道的环回，同时帧擦除事件传给系统模拟器。

4.2.2.2 测试步骤

a）系统模拟器的衰落功能设为TU（平坦城市）高。

b）系统模拟器设置信号的幅度为相应的参考灵敏度电平。

c）系统模拟器将它发给GSM-R终端的信号数据与经GSM-R终端解调和译码后环回的信号作比较，检查帧擦除指示。

d）系统模拟器检查Ⅱ类连续比特最小样本数序列，判定II类比特残余比特差错事件的数目，这些比特取自BFI置0的帧。

e）系统模拟器检查Ib类连续比特最小样本数序列，判定Ib类比特残余比特差错事件的数目，这些比特取自BFI置0的帧。

f）系统模拟器检查连续帧的最小样本数序列，判定帧擦除事件。若无BFI置1，则表示该帧被成功接收。

g）分别在ARFCN的低端以及ARFCN的高端重做a至f项。

h）a项中系统模拟器衰减功能分别设置为RA（郊区）和HT（山区），重做b至f项。

i）a项中系统模拟器衰减功能设为静态。指令GSM-R终端进入跳频模式，重做b至f项。信号的幅度设置为同b项，除有效时隙外的其它时隙电平设置为比参考灵敏度高20dB（这将间接测量邻时隙信道抑制）。

4.3 可用接收输入电平范围

4.3.1 定义

可用接收输入电平范围指使BER或FER保持在规定的容限内时具有规定调制信号的RF输入信号电平的范围。

4.3.2 测试方法

4.3.2.1 初始配置

测试初始配置如下：

⊙ 系统模拟器建立与GSM-R终端的通信，业务信道的射频频道号在ARFCN中端，功率控制级设为最大。

⊙ 系统模拟器在TCH/FS上输出标准测试信号C1。

⊙ 系统模拟器指令GSM-R终端其业务信道环回信号帧擦除事件。

4.3.2.2 测试步骤

a）系统模拟器比较发给GSM-R终端的数据与经解调和译码后从接收机环回的信号。系统模拟器通过检验Ⅱ类连续比特采集的最小样本数序列，测量Ⅱ类TCH/FS未保护比特的误码率（BER），记下误差事件的数目。

b）提高接收机输入端的有用信号幅度为73dBμV （emf），重复b项。

c）将接收机输入端有用信号的幅度设为98dBμV(emf)；，重复b项。

d）系统模拟器衰落功能设为EQ50。

e）将有用信号的幅度设为比参考灵敏度电平高20dB，并且接收端的输入为73dBμV(emf)，重复a项。

4.4 同信道抑制

4.4.1 定义

同信道抑制是指接收机在其标称频率上存在一个无用调制信号的情况下，接收一个有用调制信号时其性能不低于给定指标的能力。

4.4.2 测试方法

4.4.2.1 初始配置

测试初始配置如下：

⊙ 系统模拟器建立与GSM-R终端的通信，业务信道的射频频道号在ARFCN的中端，功率控制等级设为最大。

⊙ 系统模拟器在TCH/FS上输出标准测试信号C1（有用信号）。

⊙ 系统模拟器指令GSM-R终端其业务信道环

回信号帧擦除事件。

4.4.2.2 测试步骤

a）除去有用信号，系统模拟器产生一个独立的干扰信号I1（无用信号）。无用信号为随机数调制的连续信号，与有用信号的比特转换无固定关系，其电平比有用信号低9dB。有用信号和干扰信号的衰落特性为TU低。

b）系统模拟器比较发出的信号与经解调和译码后从GSM-R终端接收机环回的信号，检查帧擦除指示。

c）系统模拟器通过检验TCH/FS信息连续帧II类和Ib类的最小样本数序列，测量TCH/FS的帧擦除率，若无坏帧指示则表示该帧被成功接收。记下帧擦除事件的数目，同时判定II类和Ib类比特RBER（残余比特误码率）。

d）重复a至c项，但a项中的有用信号和干扰信号均设置为TU高，跳频信号，GSM-R终端也被系统模拟器指令进入跳频模式，在5MHz频段内至少要覆盖10个频道，跳频段应以在ARFCN中端的频道为中心。

4.5 邻信道抑制

4.5.1 定义

邻信道抑制是指接收机在邻信道存在无用信号的情况下，接收一个有用调制信号时，其性能不低于给定指标的能力。它可分为两类：一类是对相邻射频频道干扰的抑制，另一类是对相邻时隙干扰的抑制。

4.5.2 测试方法

4.5.2.1 初始配置

测试初始配置如下：

⊙ 系统模拟器建立与GSM-R终端的通信，业务信道的射频频道号在ARFCN的中端，功率控制等级设为最大。

⊙ 系统模拟器指令GSM-R终端其业务信道环回信号帧擦除事件。

⊙ 系统模拟器在TCH/FS上输出标准测试信号C1（有用信号）。

4.5.2.2 测试步骤

a）除去有用信号，系统模拟器产生一个独立的干扰信号I1（无用信号）。无用信号为连续信号，且与有用信号的比特转换无固定关系，其电平比有用信号低9dB。无用信号的标称频率比有用信号高200kHz。有用信号和无用信号的衰落特性均设为TU高。

b）系统模拟器比较它发出的信号数据与经解调、译码后从接收机环回的信号，检查帧擦除指示。

c）系统模拟器通过检验连续帧的最小样本数序列，测TCH/FS的帧擦除率，记录帧擦除事件数。同时判定II类和Ib类比特RBER。

d）系统模拟器发送一个不需要GSM-R终端层3响应的消息，由于存在邻信道干扰，GSM-R终端可能不能证实层2帧，每一个重发的层2帧将指示一个帧擦除事件。系统模拟器判定最小FACCH/F帧样本数序列中的帧擦除事件。

e）系统模拟器通过检验Ib类和II类连续帧最小样本数序列判定II类和Ib类RBER的数目，比特数不仅仅取自已给出的无坏帧指示的帧。

f）重复b与d项，但a中I1标称频率应低于C1标称频率200kHz。

g）当I1的标称频率偏离C1标称频率400kHz，且电平高出C141dB时，重复b至e项。

4.6 互调抑制

4.6.1 定义

互调抑制是指当存在2个或多个与有用信号存在特定频率关系的无用信号时，接收机接收有用调制信号时，其性能不低于给定指标的能力。

4.6.2 测试方法

4.6.2.1 初始条件

测试初始配置如下：

⊙ 测量代表最严重情形的3阶互调。

⊙ 系统模拟器建立与GSM-R终端的通信，业务信道的射频频道号在ARFCN的中端，功率控制级设为最大。

⊙ 系统模拟器在TCH/FS上输出标准测试信号C1。

4.6.2.2 测试步骤

a）有用信号的电平高出参考灵敏度电平4dB（见表2）。

表2 两干扰信号电平设置

b）系统模拟器指令GSM-R终端其业务信道环回信号帧擦除事件。

c）系统模拟器同时生成一个静态有用信号和两个静态干扰（无用）信号，信号间的调制无相关性。

第一个干扰信号的频率高于标称频率800kHz，为静态未调制信号。

第二个干扰信号的频率高于标称频率1600kHz，为静态随机数调制的连续信号。

两干扰信号电平设置见表2。

d）系统模拟器比较发出的信号数据与经解调、译码后从RX（接收）环回的信号，检查帧擦除指示。

系统模拟器通过检验连续比特（取自无帧擦除指示的那些帧）的最小样本数序列，测II类比特RBER，记录误差事件的数目。

系统模拟器发送一个不需要GSM-R终端层3响应的消息，由于存在邻信道干扰，GSM-R终端可能不能证实层2帧，每一个重发的层2帧将指示一个帧擦除事件。系统模拟器判定最小FACCH/F帧样本数序列中的帧擦除事件。

e）两个干扰信号频率分别低于标称频率800kHz、1600kHz时，重复d项。

f）让RX工作于频道号在ARFCN的低端，重复a至d项。

g）让RX工作于频道号在ARFCN的高端，重复a至d项。

4.7 阻塞和杂散响应

4.7.1 定义

阻塞是指在非杂散响应或邻频道的频率上，存在一个强无用信号的条件下，接收机接收有用的信号时，其性能不低于给定指标的能力。FR±45MHz频段内（不包括FR±800kHz），在正常测试条件下允许有6个失败点。100kHz至12.75GHz频段内（不包括FR±45MHz），在正常测试条件下允许有24个失败点。若失败点连续成组，则每组频点数不得多于3个，上述失败点即为杂散响应点。

4.7.2 测试方法

4.7.2.1 初始条件

测试初始配置如下：

⊙ 除非BCCH（广播控制信道）频率表为空，系统模拟器按一般呼叫建立过程建立与GSM-R终端的通信，在GSM-R终端支持的任意一个ARFCN的TCH上，功率控制级设为最大。

⊙ 系统模拟器在TCH/FS上输出标准测试信号C1（TCH频率FR）。

⊙ 系统模拟器指令GSM-R终端其业务信道环回信号帧擦除事件。

4.7.2.2 测试步骤

a）系统模拟器同时产生一个静态有用信号和一个静态干扰信号，静态有用信号电平应高出参考灵敏度4dB。

b）静态无用信号为F B连续波信号（标准测试信号I0）F B为处于10 0k H z至12.75GH z （FR±600kHz除外）范围内的一系列频点上，取值详见c项。

FR为RX的中心频率，FB为200kHz的整数倍频率。

c）测量信号的频率为以下3项的组合：

1）总的频率范围为：

其中，距相关接收带宽两边缘±100MHz范围内的频率除外，按200kHz的间隔取测试频率。

2）IF1，IF1+200kHz，IF1-200kHz。

3）mF10+IF1，mF10-IF1，m是≥2的正整数，计算出的频率必须位于100kHz-12.75GHz的频率范围内。

如果2）与3）的中频率位于1）中规定的频率范围内不必重复测试；对于1）中规定的频率以外，应该从距离1）定义的边缘10MHz的频点开始测试，以10MHz的间隔在100kHz-12.75GHz频带内测试。F10为接收机第一次混频的本振频率，IF1…IFn为n个中频，F10,IF1,IF2…IFn应由制造厂家给定。

d）无用信号的电平设置按照表3。

表3 无用信号电平设置

e）系统模拟器对它发给GSM-R终端的数据信号与从GSM-R终端接收机环回的经解调、译码后的信号进行比较，并检查帧擦除指示。

f）系统模拟器测量II类比特RBER的方法是检查II类的最大样本序列的连续比特，其中各比特只从没有坏帧指示的帧中提取，并记录差错事件。

如果c项中2），3），4）预计的频率上出现测量结果失败，那么便在±200kHz的相邻频道上重复测量，若这两个频率中任何一个失败，那么应该测量下一个±200kHz的邻频道，此过程一直持续到测量出所有失败频率，记录这一组连续失败频率的个数。

5 结束语

GSM-R技术标准与规范应包括现有的GSM相关标准以及为满足铁路需求而制定的应用标准，是GSM-R领域内所有技术标准、规范的集合。

[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