由於GSM（Global System for Mobile Communications）系統主要是傳送語音的訊息，相對於GPRS系統著重於資料的傳輸，裝置的品質相形之下就成為重要的考量因素，射頻的性能如果界於測試規範的邊緣，將會直接影響整體系統資料傳輸的速率。就網路端來看，行動台端如果有較佳的性能，就可善用網路端的系統資源，提昇網路的效率以及傳輸速率。

GPRS系統基礎架構

過去語音通訊是主要驅使全球無線基礎設備建立的動力。隨著無線語音服務技術的成熟，對於無線資料傳輸的服務也相對提高。GPRS系統的服務是針對GSM網路提供資料傳輸的服務，給予手機使用者有傳統數據機的資料傳輸速率。

GPRS標準規範是建構於GSM系統內，增加了通訊協定層及兩個網路端裝置。GPRS系統藉由封包交換（packet switching）、多重時槽以及新的功率控制流程，可達成快速及有效率的資料傳輸。

為何HSCSD（high speed circuit switched data）會被GPRS取代？HSCSD是首先被GSM資料傳輸系統所採用，使用超過一個以上的時槽來傳送資料，最高可達到58Kbps；HSCSD是連接導向（connection-oriented），對於即時服務應用可達到最佳的資源取得，如視訊會議等。GPRS也提供多重時槽服務，但所有的無線資源是被分享的，系統端可決定資源的分配，最高可提供全部八個時槽給一個使用者，可達到最高的傳輸速率171Kbps。(圖一)為GSM/GPRS網路架構。

《圖一　GSM/GPRS網路架構》

(圖一)說明GSM/GPRS網路各個元件，在BSC（base-station controller）增加第二個路由路徑，當BSC收到語音信號，會將這些資料送去MSC（mobile-switching center），如收到的是數據資料，就送至SGSN（serving GPRS support node）。SGSN提供GPRS網路下列功能：

資料傳送至網際網路，會從SGSN透過閘道器GGSN（gateway GPRS support node）來來回回傳送，這個閘道器端點提供下列功能：

《圖二　GPRS網路系統傳輸層》

(圖二)為GPRS系統傳輸層，根據部分OSI（Open Systems Interconnect）模式，展開成數層。第一個提出來探討的是RLC（radio link control）層，所使用的是RLP（radio link protocol）。RLP是一種複雜的通訊協定，負責處理LLC（logical link control）資料框（frames）。當資料從LLC送至RLC，會被切割成較小的資料單位，稱為radio block，資料單位如(圖三)所示。

《圖三　封包資料框示意圖》

每一個radio block都有一個唯一的號碼，TFI（temporary-frame identity），TFI包含行動台識別及時框序列號碼。Radio blocks藉由無線傳輸，通過多重路徑及多重時槽的傳輸接收端，順序會亂掉，但藉由RLP的ARQ（Automatic Repeat reQuest）通訊協定，可完整的組回成LLC時框。假使ARQ沒有時槽全部及正確的radio blocks，它會要求重新傳送遺失TFI的區塊，一直到系統時間超時。假設無線通道有雜訊或干擾訊號，這將會使得系統不斷重新傳送資料，資料傳輸速率下降。

另外，有兩層值得注意的是實體連接層（physical-link layer）及射頻層（RF layer），這兩層幾乎與GSM網路下所做的事都相同；傳送的錯誤修正（forward-error correction；FEC）、交錯（interleaving）、調變、解調、頻率選擇及其他實體層工作。在GPRS系統，增加了新的通道編碼機制（channel-coding scheme）；四種新的編碼機制，從1/2迴旋編碼（convolution coding）的CS-1，傳輸速率9.6Kbps，到CS-4無錯誤修正編碼的24.4Kbps高傳輸速率。

值得一提的是GPRS系統帶給GSM系統不同通道的利用；GSM系統，既使沒有資料被傳送，行動台與基地台共同使用一組上傳/下傳通道；在GPRS系統，行動台要傳送資料時，才會被指派於特定的時槽傳送資料，因此空閒的時槽會被其他的使用者使用。當行動台傳送資料，會先與BSC連接，提供行動台本身多重時槽等級，及將要傳送的資料大小；當傳輸的通道/時槽被授與，BSC則提供行動台一個USF（uplink state flag），對於每一個行動台及時槽，USF為一個3位元數值，被使用於指引資料的上傳，所以3個位元可以達到八個行動台單元分享一個時槽。

當行動台接收下傳訊號及解出正確的USF，它會知道在下一個上傳通道的radio block傳送資料，行動台一但完成傳送，它將會釋放時槽而且繼續USF的解譯。行動台獨立執行各個時槽的解譯與傳送，網路端使用三種配置模式（Allocation Modes）去定義有多少的radio blocks提供給行動台。

動態配置模式

在動態配置模式（Dynamic allocation mode）下，行動台會被指定時槽數量及接收每一個時槽的USF，當它解譯出與自己的USF相符，即在下一個radio blocks傳送，然後釋放通道，繼續等下一個USF到來。

固定配置模式

在固定配置模式（Fixed allocation mod）中，行動台與網路端會在固定的通道及時槽發射及接收資料與USF無關。

延伸動態配置模式

最後一種為延伸動態配置模式（extended dynamic allocation），行動台會在每一個設定的時槽尋找USF，當行動台解譯USF與被指定相同，它會傳送在被指定的時槽，這與動態配置模式類似，除了它是被第一個解譯的USF所導出。另外一個有關radio block的參數是之前所提到的TFI，行動台會接收屬於自己TFI的radio blocks。這個過程就好像到速食店用餐一樣，先領取號碼牌，當食物準備好會叫號碼牌來領取；GPRS行動台就好像速食店的顧客在等他們的號碼牌（TFI）被叫到。

GPRS測試需求與難題

在通訊工業，下一個大市場便是手機的資料傳輸。GPRS的技術已被大量的推動，由於GPRS是一個複雜的系統、裝置，這也加深了設計問題的複雜度。接下來我們將探討GPRS手機測試及測試方法。

系統供應商及手機製造業

網路供應商面臨手機市場成熟，增加的3G執照花費及低收益，意味著針對現有頻寬作最大利用變成了最急切的需求，GPRS系統恰巧可滿足這方面的需求，對於系統供應商來說，GPRS的網路性能並不是被考量的因素，而是射頻性能在較差的手機端，造成資料的重新傳送，反而降低了實際的傳輸速率。不同於GSM電話，當一組毀損的資料傳送到GPRS手機，手機端會要求重新再傳送這筆毀損的資料；它也可能會被其他高層的通訊協定，如TCP，要求重新傳送。假如這情況常常發生，使用者會得到很差的傳輸速率。

資料毀損發生的原因有很多，一個較差的接收器導致無法將正確資料解譯是一個明顯的原因。當然，一個較差的發射器及一些外界的干擾都將導致接收品質的降低，接下來的內容將探討GPRS手機的設計與量測。

從GSM到GPRS的技術瓶頸

以工業的角度來看GPRS系統是GSM的延伸，GPRS手機可以用現有的GSM量測方法來測試，更仔細的來說，應可以僅用測試GSM性能來代表GPRS手機的特性。這種看法源自於早期各界皆以為要達成GPRS功能，只需將軟體的部分改變就可以，然而，許多手機製造商發現，要達到GPRS的功能，需要修改的硬體架構將近75％，主要面臨的困難點列述於下：

上傳與下傳的時序

舊有的GSM系統，下傳與上傳的通道相差三個時槽，如(圖四)，當手機接收下傳的資料於時槽0，手機會等到相對於下傳時槽3時把資料傳回去，這意味著GSM的手機總是會有兩個時槽的間隔時間來切換接收與發射的頻率。

《圖四　GSM與GPRS系統時槽傳送資料圖》

然而GPRS系統就不像GSM系統的手機，它通常只提供一個時槽的時間去切換接收與發射的頻率，這給予手機較大的壓力去還原及鎖住不同的頻率，它也同時給予手機較少的時間去量測鄰近細胞BCH的能量大小。因此手機必須在很短的時間內，更快且精準的鎖定頻率。去驗證此種問題可用頻率誤差來檢驗本地震盪/鎖相迴路是否穩定夠快，較差的相位誤差（phase error）也將會在時槽的起頭發生，這問題必然也會引起資料的毀損。

接收不同功率的連續突波

在GSM系統中，每一下傳的時框包含一個突波的資料，且每26時框可改變手機功率；而在GPRS系統中，手機可接收多重時槽，而且每一突波與前一突波可達10dB的差別，為處理這連續的訊號接收，手機接收器的功率放大增益控制必須比GSM系統能夠快速調整及穩定。除了必須管理每一時框期間的轉變，手機必須在連續突波上升或下降的期間順利的變移，這段轉移的時間僅只34μs而不是之前GSM系統的4.615ms，如(圖五)。

《圖五　GPRS系統時框轉換時間》

假如接收的放大器調整的速度不夠快，這將導致資料的毀損；通常來說，問題常發生於當放大器調整至較低的增益，此時接收器會飽和，進而造成資料的毀壞及增加網路的負擔。相反的，當增益由低調整至高，將會自動增益控制（AGC）導致回旋律（slew rate）不是太慢。

發射不同的功率級的連續突波

現有的ETSI規範已定義GSM系統多重上傳時槽，功率對時間（Power versus Time）的關係，就如接收部分一樣，發射多重時槽，對於發射級也有相當大的壓力。當手機發射連續的突波，不但是對於電力的耗損，對於原本的功率放大器也增加了設計上的困難，尤其是當發射連續的突波其功率不相等時，發射器必需要能迅速的且正確的切換適當的功率，其功率差最高可達30dB，在此同時，也需去檢測射頻輸出切換所造成的頻譜（Output RF Spectrum due to switching），以避免可能發生的問題。

GPRS的發射器可以發射多重時槽，這意味著功率消耗會增加很多，這也暗示著散熱的問題必將會引響到其發射電路的設計與功能。

射頻輸出切換所造成的頻譜

射頻輸出切換所造成的頻譜是由於GSM/GPRS訊號發射時所造成的頻譜，這項測試在GPRS中也與GSM有所不同，當發射器功率上升太快，便會產生不希望有的頻譜擴散，導致對於鄰近通道的干擾；假如功率上升太慢，則會導致功率對時間的規格不通過，也會造成突波前端部分的資訊產生錯誤及對下一時槽的使用者產生干擾。

GSM單一時槽與GPRS多重時槽的射頻輸出切換所造成的頻譜相當不同，這是由於連續突波的轉移特性與單一突波的轉移特性的差別，同時也必須滿足時間對功率關係的規範。

對GPRS手機不採取測試

早先GPRS手機並不需作特別的認證測試，相關責任在手機製造商身上，造成許多早期的GPRS手機無法與網路連結，也對系統供應商推廣GPRS服務形成許多阻礙。GPRS手機測試對於提供手機產業規範的一致性有著重大的意義，如果對於GPRS手機沒有完整的測試方法，可預料的是，對於GPRS手機在資料的傳輸速率與品質上，將會大打折扣，降低消費者使用的興趣。市場評估建議網路供應商對於每一新的使用者需花費美金700元來吸引，同時也需提供新的功能與服務來保留住既有客戶。

對於WAP服務的失敗，網路供應商對於GPRS有著相當高的期待。這不僅是針對GPRS的發展，同時也是對於WCDMA提供一最好的發展平台，這將會是第一個主要為資料傳輸設計的平台，對於使用者來說也是一個經驗的參考。網路供應商希望藉GPRS展現出對行動資料傳輸的各項優勢，消除使用者對於WAP的負面看法，提供有用的服務及更高資料傳輸速率。

假如GPRS連接斷線、傳輸速率慢及不穩定，行動資料通訊將會被懷疑是否可提供具實際好處的技術，這不但是網路供應商需要考慮的，同時也是依賴網路供應商提供新的服務來增加銷售產品的手機製造商所需要關心的，為了增加使用者的信心，手機製造產業必須有測試規範來確保產品的品質。

GPRS測試方法

由於GPRS是以封包形式傳輸，無連接傳輸模式（connectionless）系統的測試將會碰到一些問題。在GSM系統，我們很容易讓手機進入連續傳送與接收的模式（只要讓手機連接至基地台），而在GPRS，手機僅在傳輸資料的時候發射或接收，因此需讓手機能夠連續的傳送及接收資料。測試上有四種方式可達成GPRS的測試，在接下來的章節我們將討論這些測試方式。

測試模式（通訊協定信號模式）

BLER測試模式

BLER測試模式是利用手機接收時檢查接收資料正確性的回報（acknowledge）所發射的訊號，加以量測，藉由手機送回來的錯誤區塊數（block error）由測試儀器加以統計，可得到GPRS接收測試規範（ETSI 11.10-14.16）的錯誤區塊率（BLER），這個測試模式是藉由網路端在每一下傳時框的PDTCH發送GPRS行動管理資訊（GMM_ INFORMATION）給手機，手機則上傳PACCH回報該訊息，並且在指定的區塊回報，這也讓測試儀器可以量測手機所發射的訊號，如

(圖六)。

《圖六　BLER測試模式圖》

藉由BLER測試模式，可以提供手機發射及接收的性能，這個測試模式最大的好處是手機軟體的設計並不需要有特別的功能，其他的測試模式則是需要外在的控制來產生PRBS或是手機本身能夠產生資料回傳（loopback）的功能，

這些在BLER模式下是不需要的，它可以縮短研發的時間。事實上，任何GPRS的手機皆可用此種模式來測量訊號。此種模式是使用GPRS手機一般通訊的射頻連接控制/媒體存取控制（Radio link Control/ Medium Access Control）層的訊號來進行通訊，同時也驗證了低層的通訊協定的功能。測試速度與下傳的時槽數成正比。

在使用BLER來量測接收器的靈敏度時，一般定義數位通訊最低的靈敏度規格為-x dBm，意思就是說在沒有錯誤碼（或在一定的誤碼率）下，最小的接收功率大小，基地台模擬器可發射以下設定，來得到手機靈敏度的測試結果。

設定第二個下傳突波至最低接收規格及設定第一個突波高於第二突波10dB，如此可確保手機可接收訊號資訊且給予手機接收部分施與壓力，為什麼如此可測試接收的能力？在這種情形下，手機接收訊號必須從一個大功率調整至非常小的功率，這對手機來說，是判斷其接收BLER大小的極端考量狀況，假如在手機的製造測試規格，手機應該得到BLER為零，假如不為零，可能在接收部分有一些問題存在。

相反的，也可以設定第一個突波為較低的功率，可得到自動增益控制的回旋率（slew rate）。另外的方法是可以慢慢的降低下傳的功率，直到BLER增加至手機規範的最大值。

在測試規範的定義部分，在99年確立的GSM 5.05（現3GPP 45.005）規範提到GPRS手機靈敏度的基準，(表一)說明輸入訊號的大小在靜止狀態（static conditions）下不同頻段靈敏度的規範，在所有的頻段下都必須小於或等於10％且須測試2000區塊。除了針對BCS檢測BLER外，認證測試還加上了USF（uplink state flag）的BLER測試。

ETSI測試模式

對於GPRS手機測試的需求，ETSI定義了手機特別的生產測試模式，可以藉由空氣介面發射訊號，迫使手機根據下傳的控制令做出反應，這些測試模式定義於1997年出版的6.2.0版的GSM 04.14第5.4節，針對GPRS有兩種測試模式：ETSI測試模式A與B。測試模式A可供手機的發射部分的量測；測試模式B則可同時量測到發射與接收部分。

ETSI測試模式A是當手機連接到GSM網路之後，而GSM網路提供GPRS的服務，手機會執行GPRS參與（attach），下傳的臨時區塊流（Temporary Block Flow；TBF）為兩個射頻資源實體支援LLC封包資料單位在封包資料實體通道單方向傳輸，該資料流會建立起來，通訊協定的訊息會藉由空氣介面傳送，指示手機進入測試模式A，如(圖七)。

《圖七　ETSI測試模式A示意圖》

連接的設定如通道、時槽、編碼，是根據一般傳輸方法，定義於GSM 04.60，手機必須產生模擬隨機序列（Pseudo Random Bit Sequence），填入資料區塊後，在每一時框連續地傳送。

當手機在傳輸的狀態下，測試儀器可以做發射部分的量測，以確定是否在規範的限定內，此種測試模式需要手機軟體支持產生PRBS的資料，這當然也對手機軟體部分的研發時間加長，且只能針對發射部分加以量測，就如之前所提到的，接收器在GPRS生產的測試是非常重要的。

ETSI測試模式B是當手機連接到GSM網路之後，而GSM網路提供GPRS的服務，手機會執行GPRS參與（attach），下傳的臨時區塊流會建立起來，通訊協定的訊息會藉由空氣介面傳送，指示手機進入測試模式B，如(圖八)。連接的設定如通道、時槽、編碼，是根據一般傳輸方法，定義於GSM 04.60，測試儀器會發送下傳資料區塊為PRBS，資料一直傳送到終止下傳的TBF。當手機回送下傳資料，測試儀器可比較上傳與下傳的資料，計算出BER，當然也可以針對上傳的訊號加以量測，對量測手機發射部分。

所以ETSI測試模式B提供較ETSI測試模式A佳的測試方法，雖然在規範中提到BLER測試，BER測試確實提供較精確接收能力的量測。在ETSI規範僅對BLER有定義，而非BER測試。為了對BLER量測，有測試廠商對ETSI測試模式B加入了BLER的量測，由測試儀器計算回傳資料的BLER，儀器可設定那些時槽回傳，可分別針對個別時槽作檢測，但測試速度與上傳的時槽數成正比，測試速度慢是其缺點。

這個測試模式同時有好處和缺點；從正面來看，它有很好的發射與接收測試的能力，但也同時需要特別的軟體來支援此種測試模式，對於手機製造商來說也增加研發時間。

《圖八　ETSI測試模式B示意圖》

BER測試是當在回傳的狀況下，可以進行BER的測試，這給予了精準的手機接收能力評估，當GPRS系統在非對稱的組態，下傳的時槽會比上傳的時槽多，在此情況下，並無法回傳所有下傳的資料，所以必須選擇特定的下傳時槽來回傳，但也會有一些問題：在AGC不同的轉變時間，從低到高或高到低，某些問題可能會不被察覺。

製造商特有的模式

這個測試模式與前面所提的非常不同，在這個測試模式，手機和儀器是分別受到控制，因此，彼此之間並無通訊協定控制，手機製造商/晶片研發必須有自己的通訊方式來控制手機，假如手機有能力發射訊號，就可以量測其發射的部分，如果手機可以與基地台的BCH同步與接收/回傳下傳的資料，如此便可量測BER，得到接收量測的結果。

在GPRS系統中，下傳功率控制是由RLC資料區塊標頭，這個資訊會讓手機預期接收的功率，這幫助手機去調整其自動增益控制，通常在這種測試模式下，所有的資料會被填入PRBS。假如使用功率降低（Power Reduction）在RLC標頭，手機會準備調整其輸入電路，其為兩個位元，如(表二)，P0為與BCCH的差別。

假如這個部分被填入了隨意的資料，手機針對這部分解碼之後，接收器會被這些值給混淆，反而BER值會升高，這個測試模式有時稱為「儀器測試模式」、「工程測試模式」、「生產測試模式」、「限制模式」或就以「測試模式」來稱呼。

這個測試模式同時有好處和缺點；從正面來看，它可以降低手機測試時間，而不用藉由RF訊號的控制，去除了手機連結GSM網路、參與GPRS網路；然而這需要特殊的軟體來控制手機，也增加了研發的時間。

以通訊協定來測試手機

假如不用通訊協定的訊號為基礎的測試模式，就需要有特殊的軟體來控制手機，同時，任何連接上的改變，都必須對手機與儀器一起來作更改，這也大大增加了研發的時間，對於不同款的手機也都必須進行研發及修改。

除此之外，GPRS手機需由通訊協定的訊號為基礎來測試，其原因在於GPRS對於訊號的管理遠高於GSM系統，GPRS系統必須處理遺失的區塊、重新傳送及相關訊號，這些訊號的管理會改變手機接收的特性與能力，使用訊號協定，更能對GPRS手機作完整的測試。

另外，換手（Handover）的能力也是GPRS關鍵的測試，如果用訊號協定來測試，將無法得到真實的換手狀況，而只是調整至另一頻率，當產生段訊時，GPRS傳送資料的狀況會比GSM的語音應用狀況更糟。

再者，使用非訊號協定的方式並不會對手機的Local Oscillator/Phase Lock Loop被實際的測試到，手機還需對鄰近細胞的BCH加以量測，而且其頻率切換的時間比起GSM來說需更快。最後，以通訊協定為基礎的測試還可以驗證手機部分的通訊協定層。

結語

上述有非常多的原因告訴大家為甚麼要測試GPRS手機，但不去測試GPRS手機卻只有一個原因－節省開銷。然而這卻是短見，短時間節省了錢，降低了測試時間，但之後隨之而來的是花更多的時間與金錢來挽回客戶。首先，客戶不會要一個性能差的GPRS手機，它們需要花更多的金錢才能得到原本的便利。其次，網路供應商也不會要一個品質差的手機在其網路上運作，降低其網路原有的傳輸速率與品質。最好的方式就是對GPRS手機有完整的測試，大部分的情況，GPRS手機的功能測試可以代表GSM手機的特性，反過來就未必為真。

對於GSM/GPRS手機生產測試的方針，可採取完整的GPRS測試項目再加上部分GSM的測試項目，是比較建議的的方式。希望本篇文章可讓讀者對GPRS的系統與量測有更近一步的認識，生產出高品質的設備，進入行動資訊的年代。（作者為安捷倫科技技術顧問）