Mérési útmutató amobil infokommunikáció laboratórium 1. méréseihez GSM I. Mérés helye: Hálózati rendszerek és Szolgáltatások Tanszék Mobil Kommunikáció és Kvantumtechnológiák Laboratórium I.B.113. Összeállította: Balázs Ferenc, Dr. Imre Sándor, egyetemi tanár Frissítette: Németh Zoltán, Jakó Zoltán, PhD hallgató Utolsó módosítás: 2014. január 15.
1 Bevezetés Napjainkban a 2. generációs mobil rendszerek már a világ bármely országában megtalálhatók. GSM szabványú mobiltelefon hálózatot manapság a világ összes mobilszolgáltatója üzemeltet, és várhatóan még hosszú ideig üzemeltetni is fog. Ennek következtében folyamatosan szükség van az elkészülő mobil készülékek tesztelésére, azonban éles körülményekközött, az állandóan változó tényezők miatt ez nem lehetséges. Emiatt szükség vanolyan teszt készülékekre, amik képesek mindig ugyanolyan körülményeket teremtve, megbízható eredményeket szolgáltatni. Ezen a mérésen olyan Teszt berendezéseket használunk, amelyeket ipari környezetben is a mobil készülék bemérésére használnak. Egy ilyen Teszt Set egy teljes bázisállomást emulál. A mérés célja, hogy a hallgatókat megismertessük a Magyarországon (és máshol) használatos GSM teszt készülékek kezelésével és alapvető funkcióival. Ahhoz, hogy a mérés gyorsan elvégezhetőlegyen, kérjük, olvassa el a HP 8922H kezelési útmutatójából készült rövid összefoglalót az 5. fejezetben! 2 A mérésekről általában A mérések eszköze a HP 8922H+E műszerekből álló tesztrendszer és a számítógép. A jegyzőkönyv készítéséhez pedig a Libreoffice aktuális verzióját kell használni, mely utóbbinak felhasználói szintű ismeretét feltételezzük minden egyes hallgatóról. A méréshez a Mobil Kommunikáció és Kvantumtechnológiák Laboratórium hallgatói számítógépeit kell használni, melyek a labor bejáratánál elhelyezkedő asztalon lévő fekete színű számítógépeket jelentik. A gépeken Windows 7 operációs rendszer fut. A számítógépbe való bejelentkezéshez használja a mcl / mcl felhasználónév és jelszó párost. Bejelentkezést követően a labor oldaláról nyissa meg a mérési útmutatót (vagy akár az otthon kinyomtatott példányát is használhatja). A méréshez használható jegyzőkönyv sablont is a labor weboldalán találja. 3 Mérési összeállítás A HP 8922H készülékkel mind a 900 MHz-es, mind az 1800 MHz-es sávban lehet méréseket végrehajtani. A vizsgálandó mobil készüléket közvetlenül nem lehet közvetlenül a HP 8922H teszt készülékhez csatlakoztatni, hanem szükségünk van egy HP 83220E rádiós interfész szimulátorra. Mivel a teszt berendezésnek kisméretű kijelzője van, amit nem láthat minden hallgató egyszerre, ezért a display-en megjelenő információkat egy külön monitoron lehet és érdemes figyelemmel kísérni (1. ábra). 1. ábra Mérési összeállítás
A HP 8922H berendezésen négy fő mérést kell a hallgatóknak lépésről lépésre, manuálisan végrehajtani. 3.1 Hívásfelépítés Mivel a Teszt készülék egy bázisállomást emulál, ezért lehetőség nyílik erről a készülékről is hívást felépíteni. Ezt azonban csak akkor lehet végrehajtani, ha a készülék ismeri a meghívandó mobil berendezésben található SIM kártya azonosítóját, azaz az IMSI számát. Ennek a megadására több lehetőség is adódik: Amennyiben tudjuk a mobil IMSI számát, akkor azt az MS Information/Signaling képernyőn a Paging IMSI ablakban lehet megadni. Ennél egyszerűbb megoldás, ha hívást kezdeményezünk a mobil készülékről. A jelzésváltás alatt a Teszt készülék megjegyzi a hívó azonosítóját. 3.2 Teljesítménymérés A vivő csúcsteljesítmény az átvitt burst hasznos része alatti vivőteljesítmény átlaga. Ezt a csúcsteljesítményt a bázisállomás 2 db-es lépésenként képes vezérelni. A 13 dbm-től 43 dbm-ig terjedő skálát 16 teljesítményvezérlési szintre (0 szint tartozik a legnagyobb teljesítményhez), ill. öt teljesítmény osztályra osztották fel 900 MHz-en az 1. táblázat szerint. 1. Táblázat Teljesítmény osztályok / Teljesítményvezérlési szintek 3.3 Bithibaarány (BER) mérés Míg analóg rendszerekben egyszerűen mérhető a vevő teljesítőképessége, addig digitális rendszerekben a beszéd-dekódoló és hibajavító eljárások miatt lehetetlen precízen meghatározni azt. Mivel még a beszéd-dekódoló előtti demodulált jelet kellene megvizsgálni, az zárt készülékben hozzáférhetetlen. Ennek elkerüléséhez a mobil készüléket visszacsatolt módba kapcsolják, ésa teszt alatt egy Pseudo Random BinarySequence-t állít elő a teszt készülék. Ezt a downlink TCH-
remodulálják helyes midamble bitekkel, korrekt keretstruktúrában. A mobil ezt demodulálja, és visszaküldi az uplinktch-en. A teszt készülék ezután a fogadott, késleltetett jelet veti össze az általa elküldött jellel,így a mérés során emiatt pár másodperces késleltetéssel kell számolni. A két jel összehasonlítása során különbözőképpen lehet a bithibavalószínűségét meghatározni,melyek közül kettővel lesz dolgunk a mérés alatt. A Bit error rate meghatározásához a készülék minden beszéd és adatbitet figyelembe vesz (Type I, TypeIa, TypeIb, Type II), míg aresidual bit error rate meghatározásához csak olyan beszédkereteket használ, ami nem minősül rossz vagy sérült keretnek (ResType I, ResTypeIa, ResTypeIb, ResType II). 4 Tesztek a GSM Mobile Station Test Software-en belül A Test software-en 16 különbözőtesztet írtak meg előre, amelyek az alábbiak: 1. MS Information 2. Hívás a bázisállomásról 3. Hívás a mobil készülékről 4. Speech Quality 5. TX In-Channel Tests 6. TX PeakPowerError 7. TX ORFS (Output RF Spectrum) due to Modulation 8. TX ORFS due to Ramping 9. RX Reference Sensitivity (TCH/FS) 10. RX Usable Input Level Range 11. RX Time basetuning Range 12. MS Quick Test 13. MS Flow Chart 14. TX RACH Test 15. CP End Call 16. Dualband Handover 5 HP 8922HGSM Test Set kezelési útmutató (rövid összefoglaló) 5.1 Bevezető Ahhoz, hogy a mérés a meghatározott időkeretek között elvégezhető legyen, minden hallgatónak szüksége van az első látásra bonyolultnak tűnő Teszt készülék előzetes megismerésére. Mivel a mérés során nem térünk ki a készülék minden funkciójára, ezért természetesen csak az alapvetőgombokat és képerőket használjuk. 5.2 Forgó gomb A Teszt készüléken egy képernyőt, csatlakozókat és gombokat lehet látni. A gombok közül a berendezés közepén található nagyméretű forgatható, megnyomható gomb a legfontosabb. A gomb forgatásával az adott képernyőn lehet a kurzor helyzetét változtatni, e gomb megnyomásával pedig a kurzor helyén lévő mezőt lehet kiválasztani (2. ábra).
2. ábraa forgó gomb használata 5.3 Mezők Az egyes képernyőkön négy fajta adatmező érhető el, melyek kívülről nem különböznek egymástól: 1. Alfanumerikus érték Ebbe a mezőbe neveket, címeket lehet beírni. A forgógomb megnyomásával a képernyő jobb alsó sarkában megjelennek az ABC betűi, valamint a vezérlőparancsok. Innen egy betűt ismételten a forgógomb forgatásával, ill. megnyomásával lehet kiválasztani. Ha végeztünk a karaktersorozat megadásával, akkor a mező első pozíciójában szereplő done parancsot kell választani. 2. Adat megadása Ebben a mezőben számértéket és mértékegységet lehet megadni,amit két módon lehetséges megtenni: A kijelölt mezőben a forgógomb forgatásával lehet az értéket növelni vagy csökkenteni. A kijelölt mezőbe a számbillentyűkkel lehet értéket beírni, amit azután vagy az Enter gombbal vagy egy mértékegységhez rendelt gombbal lehet elfogadtatni (pl. dbm, µv). Ilyen módon lehet mértékegységet is változtatni. 3. Választás egy listából A forgógomb megnyomása után egy görgőlista jelenik meg a kijelölt mező alatt. Ebből a listából kell egy elemet kiválasztani ismételten a forgógomb forgatásával, ill. megnyomásával. Egy ilyen mező, amely minden képernyőn megtalálható a másik képernyőt kiválasztó lista, amely mindig a jobb alsó sarokban található. 4. Aláhúzott megadás Az is előfordulhat, hogy két előre meghatározott érték közülkell egyet kiválasztani, melyek egy slash jellel (/) vannak egymástól elválasztva. Ekkor a forgógomb elfordításával az aláhúzás jelöli az aktív értéket. Megesik az is, hogy aláhúzás helyett az aktív értéket nagybetűvel, míg az inaktívat kisbetűvel jelöli a gép. 5.4 Gombok A mérés elvégzéséhez nem szükséges minden gomb ismerete,de a legfontosabb gombokról említést kell tennünk. Mint a műszeren látni lehet, a legtöbb gombhoz két megfeleltetést rendeltek a gyártók. A gomb fölé írt funkciót a kék Shift gombbal lehet kiválasztani,amire egy utalás is megjelenik a kijelző jobb felső sarkában.a Shift gombota készülék bal alsó sarkában lehet a Cancel gomb
mellett megtalálni. A további különböző gombok magyarázata a 3. ábrán illetve az azt követő szövegrészben található. 3. ábraa készülék nyomógombjai 4. CANCEL Egy tesztsorozatot pl. a Shift + Cancel kombinációval vagy az L2 -es gombhoz rendelt abort paranccsal lehet megszakítani. 5. CELL CNTL A gomb megnyomásával könnyen juthatunk a Cell Control képernyőre. A Teszt készülék bekapcsolása után is ez a képernyő jelenik először meg. 6. CELL CONFIG A bázisállomás paramétereit lehet itt állítani. 7. END CALL Ezzel a gombbal lehet egy hívást bontani. 17. MS INFO A gomb megnyomásával az MS Information/Signalling képernyőre jutunk. 19. NO Abban az esetben, ha a teszt készülék igen/nem válasz elé állít, akkor lehet ezzel a gombbal, nemmel válaszolni. 21.ORIG CALL A gomb megnyomásával lehet a bázisállomásról (HP 8922H) hívástkezdeményezni. 22.PREV A gomb megnyomásával visszatérünk az előzőképernyőhöz.
24.RCV CALL A gomb megnyomásával lehet fogadni a mobil készülékről érkező hívást. Nem szükséges a használata, ha a CellControl képernyő aktív. 30.TESTS A gomb megnyomásával a Teszt képernyőhöz jutunk. Ezzel a gombbal lehet futtatni a HP 83212B Test Software-t. 32.YES Abban az esetben, ha a teszt készülék igen/nem válasz elé állít, akkor lehet ezzel a gombbal, igennel válaszolni. 2., 27. L1, L2 Ezen gombok segítségével lehet egy képernyőn két mezőhöz könnyen eljutni, mely a képernyőn a mezőmelletti kis megjegyzésekből látszik. A tesztsorozat futása közben hasznos lehet használatuk. 6 Ellenőrző kérdések 1. Adja meg a GSM (Primary és Extended) valamint a DCS rendszerben használt uplink és downlink frekvencia tartományokat. Mekkora az egy felhasználóra kiosztott sávszélesség? 2. Milyen GSM burst típusokat ismer? Adja meg a NORMAL burst felépítését, milyen három dimenzióban lehet felrajzolni ezt a burst-öt (rajz!)? 3. Miben különbözik egy NORMAL és egy RACH burst (felépítés)? 4. Miben különböznek a TypeI, TypeIa, TypeIb, TypeII bitek egymástól? 5. Mi a SIM kód? Milyen hosszú az, milyen információt tárol? 6. Milyen modulációt használnak a GSM rendszerben? Hogyan állítják elő, valamint hogyan néz ki a spektrumképe ennek a modulációnak? 7 Mérési feladatok I. Beüzemelés I/1. Kapcsolja be a HP 8922HTeszt készüléket a bal alsó sarokban található gombbal, valamint a monitort! Tegye be a mérendő mobil készülékbe a Test SIM kártyát és várja meg, amíg a Test készülék bebootol! Kapcsolja be a mobilt és várja meg, amíg hálózatot megtalálja! Ekkor a mobil kijelzőjén vagy a 001 01 vagy CC001NC01jelenik meg. I/2. Bekapcsolás után a CellControl képernyő jelenik meg. Állítsa be a GSM900, aktív cellás+ felhasználási módot! Jegyezze fel a BCH csatorna számát és ennek maximális amplitúdóját, valamint a mobil készülék paramétereit! II. Teljesítménymérés II/1. Kezdeményezzen hívást mind a Test készülékről, mind a mobil készülékről! Határozza meg a mobil által maximálisan ill. (működés közben) minimális kibocsátott teljesítményt! Melyik teljesítmény osztályba tartozik a vizsgált mobil készülék? II/2. A hívás alatt változtassa meg a mobil készülékhez rendelt vizsgált csatornát, ill. időrést! Figyelje a kijelzőn az eredményeket! Mit kezdeményezet ezzel a megoldással? Milyen változásokat vett észre? II/3. Vizsgálja meg egy GSM burst viselkedését! Kapcsoljon át a PWR RAMP képernyőre! Itt a View mezőben kiválasztva vizsgálja meg a jel emelkedését, jel esését és a felső2 db
viselkedését! Hol, milyen mértékkel tér el a jel a szabványban foglaltaktól? A szabvány értékeket a mask bekapcsolásával lehet előhívni. Értelmezze a kapott eredményeket! Miért fontos ezeknek az értékeknek a betartása? II/4. Ismételje meg az előzőmérést a RACH-en! Ehhez természetesen kezdeményezzen hívást úgy, hogy a pwrramp ablak legyen bekapcsolva! Milyen eltérést vett észre és miért? Mekkora a csúcsteljesítmény? III. Bit hibaarány mérés 1. A CellControl képernyőn állítsa be a BCH számát 60-ra! 2. Váltson a BER képernyőre és válassza ki a ResTypeII-t! 3. A vizsgálandó bitek számához írjon be 8200-at! 4. Állítsa a BCH amplitúdóját -50 dbm-re! 5. Végezzen BER méréseket, a BCH amplitúdó folyamatos csökkentésével! 6. Ismételje meg a mérést ResTypeIb beállítással, 250000 bitre! 7. Változtassa meg a BCH csatorna számát és ismételje meg a méréseket! 8. A CellControl II. képernyőn változtassa meg a single beállítást hopped módúra és ismételje meg a méréseket! Az elkészült BER mérésekből vegyen fel grafikont, melynek vízszintes tengelyén a BCH csatorna amplitúdója, függőlegesen tengelyén pedig a BER értéket ábrázolja! IV. Frekvencia- és fázishiba mérés Váltson át a PhaseFrq képernyőre! Jegyezze fel és készítsen táblázatot az átlag RMS- és csúcs fázishibáról, valamint a frekvencia hibáról 30 burst után! Használja a multi burst beállítást! Vizsgálja meg az adatsorozatot is! V. Kimenő RF spektrum mérése 1. Válassza az Out RF Sp képernyőt! 2. Állítsa a frekvencia ofszetet 0 Hz-re és végezzen el egy referenciamérést, a rampref mérést! 3. Miután a készülék visszajelezte, hogy a referenciamérést befejezte, válassza a Ramping mérést és jegyezze fel a kimenő RF teljesítményt! 4. Határozza meg a sávszélességet! 5. Változtassa a frekvencia ofszetet 100, 400, 600 khz! Mit tapasztal? 6. A View ablakban állítsa be a Trace ablakot! 7. Ismételje meg a lépéseket 2-6 - ig modref, ill. modulation beállításokkal! 8 Ajánlott irodalom [1] Stüber, Gordon L: Principles of Mobile Communication,3rd ed., Springer, 2012