由于GSM（Global System for Mobile Communications）系统主要是传送语音的讯息，相对于GPRS系统着重于数据的传输，装置的质量相形之下就成为重要的考虑因素，射频的性能如果界于测试规范的边缘，将会直接影响整体系统数据传输的速率。就网络端来看，行动台端如果有较佳的性能，就可善用网络端的系统资源，提升网络的效率以及传输速率。

GPRS系统基础架构

过去语音通讯是主要驱使全球无线基础设备建立的动力。随着无线语音服务技术的成熟，对于无线数据传输的服务也相对提高。GPRS系统的服务是针对GSM网络提供数据传输的服务，给予手机用户有传统调制解调器的数据传输速率。

GPRS标准规范是建构于GSM系统内，增加了通讯协议层及两个网络端装置。GPRS系统藉由分组交换（packet switching）、多重时槽以及新的功率控制流程，可达成快速及有效率的数据传输。

为何HSCSD（high speed circuit switched data）会被GPRS取代？HSCSD是首先被GSM数据传输系统所采用，使用超过一个以上的时槽来传送数据，最高可达到58Kbps；HSCSD是连接导向（connection-oriented），对于实时服务应用可达到最佳的资源取得，如视频会议等。GPRS也提供多重时槽服务，但所有的无线资源是被分享的，系统端可决定资源的分配，最高可提供全部八个时槽给一个用户，可达到最高的传输速率171Kbps。(图一)为GSM/GPRS网络架构。

《图一 GSM/GPRS网络架构》

(图一)说明GSM/GPRS网络各个组件，在BSC（base-station controller）增加第二个路由路径，当BSC收到语音信号，会将这些数据送去MSC（mobile-switching center），如收到的是数据数据，就送至SGSN（serving GPRS support node）。SGSN提供GPRS网络下列功能：

数据传送至因特网，会从SGSN透过网关GGSN（gateway GPRS support node）来来回回传送，这个网关端点提供下列功能：

《图二 GPRS网络系统传输层》

(图二)为GPRS系统传输层，根据部分OSI（Open Systems Interconnect）模式，展开成数层。第一个提出来探讨的是RLC（radio link control）层，所使用的是RLP（radio link protocol）。RLP是一种复杂的通讯协议，负责处理LLC（logical link control）数据框（frames）。当数据从LLC送至RLC，会被切割成较小的数据单位，称为radio block，数据单位如(图三)所示。

《图三 封包数据框示意图》

每一个radio block都有一个唯一的号码，TFI（temporary-frame identity），TFI包含行动台识别及时框序列号码。Radio blocks藉由无线传输，通过多重路径及多重时槽的传输接收端，顺序会乱掉，但藉由RLP的ARQ（Automatic Repeat reQuest）通讯协议，可完整的组回成LLC时框。假使ARQ没有时槽全部及正确的radio blocks，它会要求重新传送遗失TFI的区块，一直到系统时间超时。假设无线信道有噪声或干扰讯号，这将会使得系统不断重新传送数据，数据传输速率下降。

另外，有两层值得注意的是实体连接层（physical-link layer）及射频层（RF layer），这两层几乎与GSM网络下所做的事都相同；传送的错误修正（forward-error correction；FEC）、交错（interleaving）、调变、解调、频率选择及其他物理层工作。在GPRS系统，增加了新的信道编码机制（channel-coding scheme）；四种新的编码机制，从1/2回旋编码（convolution coding）的CS-1，传输速率9.6Kbps，到CS-4无错误修正编码的24.4Kbps高传输速率。

值得一提的是GPRS系统带给GSM系统不同信道的利用；GSM系统，既使没有数据被传送，行动台与基地台共同使用一组上传/下传信道；在GPRS系统，行动台要传送数据时，才会被指派于特定的时槽传送数据，因此空闲的时槽会被其他的用户使用。当行动台传送数据，会先与BSC连接，提供行动台本身多重时槽等级，及将要传送的数据大小；当传输的信道/时槽被授与，BSC则提供行动台一个USF（uplink state flag），对于每一个行动台及时槽，USF为一个3位数值，被使用于指引数据的上传，所以3个位可以达到八个行动台单元分享一个时槽。

当行动台接收下传讯号及解出正确的USF，它会知道在下一个上传信道的radio block传送数据，行动台一但完成传送，它将会释放时槽而且继续USF的解译。行动台独立执行各个时槽的解译与传送，网络端使用三种配置模式（Allocation Modes）去定义有多少的radio blocks提供给行动台。

动态配置模式

在动态配置模式（Dynamic allocation mode）下，行动台会被指定时槽数量及接收每一个时槽的USF，当它解译出与自己的USF相符，即在下一个radio blocks传送，然后释放信道，继续等下一个USF到来。

固定配置模式

在固定配置模式（Fixed allocation mod）中，行动台与网络端会在固定的信道及时槽发射及接收数据与USF无关。

延伸动态配置模式

最后一种为延伸动态配置模式（extended dynamic allocation），行动台会在每一个设定的时槽寻找USF，当行动台解译USF与被指定相同，它会传送在被指定的时槽，这与动态配置模式类似，除了它是被第一个解译的USF所导出。另外一个有关radio block的参数是之前所提到的TFI，行动台会接收属于自己TFI的radio blocks。这个过程就好像到快餐店用餐一样，先领取号码牌，当食物准备好会叫号码牌来领取；GPRS行动台就好像快餐店的顾客在等他们的号码牌（TFI）被叫到。

GPRS测试需求与难题

在通讯工业，下一个大市场便是手机的数据传输。GPRS的技术已被大量的推动，由于GPRS是一个复杂的系统、装置，这也加深了设计问题的复杂度。接下来我们将探讨GPRS手机测试及测试方法。

系统供货商及手机制造业

网络供货商面临手机市场成熟，增加的3G执照花费及低收益，意味着针对现有带宽作最大利用变成了最急切的需求，GPRS系统恰巧可满足这方面的需求，对于系统供货商来说，GPRS的网络性能并不是被考虑的因素，而是射频性能在较差的手机端，造成数据的重新传送，反而降低了实际的传输速率。不同于GSM电话，当一组毁损的数据传送到GPRS手机，手机端会要求重新再传送这笔毁损的数据；它也可能会被其他高层的通讯协议，如TCP，要求重新传送。假如这情况常常发生，用户会得到很差的传输速率。

数据毁损发生的原因有很多，一个较差的接收器导致无法将正确数据解译是一个明显的原因。当然，一个较差的发射器及一些外界的干扰都将导致接收质量的降低，接下来的内容将探讨GPRS手机的设计与量测。

从GSM到GPRS的技术瓶颈

以工业的角度来看GPRS系统是GSM的延伸，GPRS手机可以用现有的GSM量测方法来测试，更仔细的来说，应可以仅用测试GSM性能来代表GPRS手机的特性。这种看法源自于早期各界皆以为要达成GPRS功能，只需将软件的部分改变就可以，然而，许多手机制造商发现，要达到GPRS的功能，需要修改的硬件架构将近75％，主要面临的困难点列述于下：

上传与下传的时序

旧有的GSM系统，下传与上传的信道相差三个时槽，如(图四)，当手机接收下传的数据于时槽0，手机会等到相对于下传时槽3时把数据传回去，这意味着GSM的手机总是会有两个时槽的间隔时间来切换接收与发射的频率。

《图四 GSM与GPRS系统时槽传送数据图》

然而GPRS系统就不像GSM系统的手机，它通常只提供一个时槽的时间去切换接收与发射的频率，这给予手机较大的压力去还原及锁住不同的频率，它也同时给予手机较少的时间去量测邻近细胞BCH的能量大小。因此手机必须在很短的时间内，更快且精准的锁定频率。去验证此种问题可用频率误差来检验本地震荡/锁相回路是否稳定够快，较差的相位误差（phase error）也将会在时槽的起头发生，这问题必然也会引起数据的毁损。

接收不同功率的连续突波

在GSM系统中，每一下传的时框包含一个突波的数据，且每26时框可改变手机功率；而在GPRS系统中，手机可接收多重时槽，而且每一突波与前一突波可达10dB的差别，为处理这连续的讯号接收，手机接收器的功率放大增益控制必须比GSM系统能够快速调整及稳定。除了必须管理每一时框期间的转变，手机必须在连续突波上升或下降的期间顺利的变移，这段转移的时间仅只34μs而不是之前GSM系统的4.615ms，如(图五)。

《图五 GPRS系统时框转换时间》

假如接收的放大器调整的速度不够快，这将导致数据的毁损；通常来说，问题常发生于当放大器调整至较低的增益，此时接收器会饱和，进而造成数据的毁坏及增加网络的负担。相反的，当增益由低调整至高，将会自动增益控制（AGC）导致回旋律（slew rate）不是太慢。

发射不同的功率级的连续突波

现有的ETSI规范已定义GSM系统多重上传时槽，功率对时间（Power versus Time）的关系，就如接收部分一样，发射多重时槽，对于发射级也有相当大的压力。当手机发射连续的突波，不但是对于电力的耗损，对于原本的功率放大器也增加了设计上的困难，尤其是当发射连续的突波其功率不相等时，发射器必需要能迅速的且正确的切换适当的功率，其功率差最高可达30dB，在此同时，也需去检测射频输出切换所造成的频谱（Output RF Spectrum due to switching），以避免可能发生的问题。

GPRS的发射器可以发射多重时槽，这意味着功率消耗会增加很多，这也暗示着散热的问题必将会引响到其发射电路的设计与功能。

射频输出切换所造成的频谱

射频输出切换所造成的频谱是由于GSM/GPRS讯号发射时所造成的频谱，这项测试在GPRS中也与GSM有所不同，当发射器功率上升太快，便会产生不希望有的频谱扩散，导致对于邻近信道的干扰；假如功率上升太慢，则会导致功率对时间的规格不通过，也会造成突波前端部分的信息产生错误及对下一时槽的用户产生干扰。

GSM单一时槽与GPRS多重时槽的射频输出切换所造成的频谱相当不同，这是由于连续突波的转移特性与单一突波的转移特性的差别，同时也必须满足时间对功率关系的规范。

对GPRS手机不采取测试

早先GPRS手机并不需作特别的认证测试，相关责任在手机制造商身上，造成许多早期的GPRS手机无法与网络链接，也对系统供货商推广GPRS服务形成许多阻碍。GPRS手机测试对于提供手机产业规范的一致性有着重大的意义，如果对于GPRS手机没有完整的测试方法，可预料的是，对于GPRS手机在数据的传输速率与质量上，将会大打折扣，降低消费者使用的兴趣。市场评估建议网络供货商对于每一新的用户需花费美金700元来吸引，同时也需提供新的功能与服务来保留住既有客户。

对于WAP服务的失败，网络供货商对于GPRS有着相当高的期待。这不仅是针对GPRS的发展，同时也是对于WCDMA提供一最好的发展平台，这将会是第一个主要为数据传输设计的平台，对于用户来说也是一个经验的参考。网络供货商希望藉GPRS展现出对行动数据传输的各项优势，消除用户对于WAP的负面看法，提供有用的服务及更高数据传输速率。

假如GPRS连接断线、传输速率慢及不稳定，行动数据通讯将会被怀疑是否可提供具实际好处的技术，这不但是网络供货商需要考虑的，同时也是依赖网络供货商提供新的服务来增加销售产品的手机制造商所需要关心的，为了增加用户的信心，手机制造产业必须有测试规范来确保产品的质量。

GPRS测试方法

由于GPRS是以封包形式传输，无连接传输模式（connectionless）系统的测试将会碰到一些问题。在GSM系统，我们很容易让手机进入连续传送与接收的模式（只要让手机连接至基地台），而在GPRS，手机仅在传输数据的时候发射或接收，因此需让手机能够连续的传送及接收数据。测试上有四种方式可达成GPRS的测试，在接下来的章节我们将讨论这些测试方式。

测试模式（通讯协议信号模式）

BLER测试模式

BLER测试模式是利用手机接收时检查接收数据正确性的回报（acknowledge）所发射的讯号，加以量测，藉由手机送回来的错误区块数（block error）由测试仪器加以统计，可得到GPRS接收测试规范（ETSI 11.10-14.16）的错误区块率（BLER），这个测试模式是藉由网络端在每一下传时框的PDTCH发送GPRS行动管理信息（GMM_ INFORMATION）给手机，手机则上传PACCH回报该讯息，并且在指定的区块回报，这也让测试仪器可以量测手机所发射的讯号，如

(图六)。

《图六 BLER测试模式图》

藉由BLER测试模式，可以提供手机发射及接收的性能，这个测试模式最大的好处是手机软件的设计并不需要有特别的功能，其他的测试模式则是需要外在的控制来产生PRBS或是手机本身能够产生数据回传（loopback）的功能，

这些在BLER模式下是不需要的，它可以缩短研发的时间。事实上，任何GPRS的手机皆可用此种模式来测量讯号。此种模式是使用GPRS手机一般通讯的射频连接控制/媒体访问控制（Radio link Control/ Medium Access Control）层的讯号来进行通讯，同时也验证了低层的通讯协议的功能。测试速度与下传的时槽数成正比。

在使用BLER来量测接收器的灵敏度时，一般定义数字通讯最低的灵敏度规格为-x dBm，意思就是说在没有错误码（或在一定的误码率）下，最小的接收功率大小，基地台仿真器可发射以下设定，来得到手机灵敏度的测试结果。

设定第二个下传突波至最低接收规格及设定第一个突波高于第二突波10dB，如此可确保手机可接收讯号信息且给予手机接收部分施与压力，为什么如此可测试接收的能力？在这种情形下，手机接收讯号必须从一个大功率调整至非常小的功率，这对手机来说，是判断其接收BLER大小的极端考虑状况，假如在手机的制造测试规格，手机应该得到BLER为零，假如不为零，可能在接收部分有一些问题存在。

相反的，也可以设定第一个突波为较低的功率，可得到自动增益控制的回旋率（slew rate）。另外的方法是可以慢慢的降低下传的功率，直到BLER增加至手机规范的最大值。

在测试规范的定义部分，在99年确立的GSM 5.05（现3GPP 45.005）规范提到GPRS手机灵敏度的基准，(表一)说明输入讯号的大小在静止状态（static conditions）下不同频段灵敏度的规范，在所有的频段下都必须小于或等于10％且须测试2000区块。除了针对BCS检测BLER外，认证测试还加上了USF（uplink state flag）的BLER测试。

ETSI测试模式

对于GPRS手机测试的需求，ETSI定义了手机特别的生产测试模式，可以藉由空气接口发射讯号，迫使手机根据下传的控制令做出反应，这些测试模式定义于1997年出版的6.2.0版的GSM 04.14第5.4节，针对GPRS有两种测试模式：ETSI测试模式A与B。测试模式A可供手机的发射部分的量测；测试模式B则可同时量测到发射与接收部分。

ETSI测试模式A是当手机连接到GSM网络之后，而GSM网络提供GPRS的服务，手机会执行GPRS参与（attach），下传的临时区块流（Temporary Block Flow；TBF）为两个射频资源实体支持LLC封包数据单位在封包数据实体信道单方向传输，该数据流会建立起来，通讯协议的讯息会藉由空气接口传送，指示手机进入测试模式A，如(图七)。

《图七 ETSI测试模式A示意图》

连接的设定如信道、时槽、编码，是根据一般传输方法，定义于GSM 04.60，手机必须产生仿真随机序列（Pseudo Random Bit Sequence），填入数据区块后，在每一时框连续地传送。

当手机在传输的状态下，测试仪器可以做发射部分的量测，以确定是否在规范的限定内，此种测试模式需要手机软件支持产生PRBS的数据，这当然也对手机软件部分的研发时间加长，且只能针对发射部分加以量测，就如之前所提到的，接收器在GPRS生产的测试是非常重要的。

ETSI测试模式B是当手机连接到GSM网络之后，而GSM网络提供GPRS的服务，手机会执行GPRS参与（attach），下传的临时区块流会建立起来，通讯协议的讯息会藉由空气接口传送，指示手机进入测试模式B，如(图八)。连接的设定如信道、时槽、编码，是根据一般传输方法，定义于GSM 04.60，测试仪器会发送下传数据区块为PRBS，数据一直传送到终止下传的TBF。当手机回送下传数据，测试仪器可比较上传与下传的数据，计算出BER，当然也可以针对上传的讯号加以量测，对量测手机发射部分。

所以ETSI测试模式B提供较ETSI测试模式A佳的测试方法，虽然在规范中提到BLER测试，BER测试确实提供较精确接收能力的量测。在ETSI规范仅对BLER有定义，而非BER测试。为了对BLER量测，有测试厂商对ETSI测试模式B加入了BLER的量测，由测试仪器计算回传数据的BLER，仪器可设定那些时槽回传，可分别针对个别时槽作检测，但测试速度与上传的时槽数成正比，测试速度慢是其缺点。

这个测试模式同时有好处和缺点；从正面来看，它有很好的发射与接收测试的能力，但也同时需要特别的软件来支持此种测试模式，对于手机制造商来说也增加研发时间。

《图八 ETSI测试模式B示意图》

BER测试是当在回传的状况下，可以进行BER的测试，这给予了精准的手机接收能力评估，当GPRS系统在非对称的组态，下传的时槽会比上传的时槽多，在此情况下，并无法回传所有下传的数据，所以必须选择特定的下传时槽来回传，但也会有一些问题：在AGC不同的转变时间，从低到高或高到低，某些问题可能会不被察觉。

制造商特有的模式

这个测试模式与前面所提的非常不同，在这个测试模式，手机和仪器是分别受到控制，因此，彼此之间并无通讯协议控制，手机制造商/芯片研发必须有自己的通讯方式来控制手机，假如手机有能力发射讯号，就可以量测其发射的部分，如果手机可以与基地台的BCH同步与接收/回传下传的数据，如此便可量测BER，得到接收量测的结果。

在GPRS系统中，下传功率控制是由RLC数据区块标头，这个信息会让手机预期接收的功率，这帮助手机去调整其自动增益控制，通常在这种测试模式下，所有的数据会被填入PRBS。假如使用功率降低（Power Reduction）在RLC标头，手机会准备调整其输入电路，其为两个位，如(表二)，P0为与BCCH的差别。

假如这个部分被填入了随意的数据，手机针对这部分译码之后，接收器会被这些值给混淆，反而BER值会升高，这个测试模式有时称为「仪器测试模式」、「工程测试模式」、「生产测试模式」、「限制模式」或就以「测试模式」来称呼。

这个测试模式同时有好处和缺点；从正面来看，它可以降低手机测试时间，而不用藉由RF讯号的控制，去除了手机链接GSM网络、参与GPRS网络；然而这需要特殊的软件来控制手机，也增加了研发的时间。

以通讯协议来测试手机

假如不用通讯协议的讯号为基础的测试模式，就需要有特殊的软件来控制手机，同时，任何连接上的改变，都必须对手机与仪器一起来作更改，这也大大增加了研发的时间，对于不同款的手机也都必须进行研发及修改。

除此之外，GPRS手机需由通讯协议的讯号为基础来测试，其原因在于GPRS对于讯号的管理远高于GSM系统，GPRS系统必须处理遗失的区块、重新传送及相关讯号，这些讯号的管理会改变手机接收的特性与能力，使用讯号协议，更能对GPRS手机作完整的测试。

另外，换手（Handover）的能力也是GPRS关键的测试，如果用讯号协议来测试，将无法得到真实的换手状况，而只是调整至另一频率，当产生段讯时，GPRS传送数据的状况会比GSM的语音应用状况更糟。

再者，使用非讯号协议的方式并不会对手机的Local Oscillator/Phase Lock Loop被实际的测试到，手机还需对邻近细胞的BCH加以量测，而且其频率切换的时间比起GSM来说需更快。最后，以通讯协议为基础的测试还可以验证手机部分的通讯协议层。

结语

上述有非常多的原因告诉大家为甚么要测试GPRS手机，但不去测试GPRS手机却只有一个原因－节省开销。然而这却是短见，短时间节省了钱，降低了测试时间，但之后随之而来的是花更多的时间与金钱来挽回客户。首先，客户不会要一个性能差的GPRS手机，它们需要花更多的金钱才能得到原本的便利。其次，网络供货商也不会要一个质量差的手机在其网络上运作，降低其网络原有的传输速率与质量。最好的方式就是对GPRS手机有完整的测试，大部分的情况，GPRS手机的功能测试可以代表GSM手机的特性，反过来就未必为真。

对于GSM/GPRS手机生产测试的方针，可采取完整的GPRS测试项目再加上部分GSM的测试项目，是比较建议的的方式。希望本篇文章可让读者对GPRS的系统与量测有更近一步的认识，生产出高质量的设备，进入行动信息的年代。（作者为安捷伦科技技术顾问）