隨著GSM網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)量不斷增長(zhǎng)，各大運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)都具有相當(dāng)規(guī)模。如何在最短時(shí)間內(nèi)提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，受到越來(lái)越多的關(guān)注。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種不可預(yù)料的問題，其中基站硬件故障、傳輸問題等，可以通過網(wǎng)絡(luò)操作維護(hù)設(shè)備(OMC)來(lái)發(fā)現(xiàn)，但是有些無(wú)線方面的問題，如并沒有導(dǎo)致嚴(yán)重掉話的上下行干擾或覆蓋不合理等現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)中難以發(fā)現(xiàn)。對(duì)這些問題，要通過路測(cè)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，做出準(zhǔn)確的判斷，同時(shí)依據(jù)測(cè)試結(jié)果，提出調(diào)整方案。這些測(cè)試數(shù)據(jù)包括：信號(hào)電平、信號(hào)質(zhì)量、信令數(shù)據(jù)等[1]。?

路測(cè)設(shè)備一般分為兩大類：第一類是掃頻儀。它是專用的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀表，可以對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)RF信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行全面精確測(cè)量，其缺點(diǎn)是價(jià)格一般比較高。第二類是參考終端和路測(cè)軟件。通過參考終端配合路測(cè)軟件取得空中接口信令消息后進(jìn)行后期處理。此類儀表的缺點(diǎn)主要有兩點(diǎn)：首先，面對(duì)目前移動(dòng)通信系統(tǒng)、設(shè)備和終端的高速發(fā)展，參考終端的開發(fā)還需進(jìn)一步完善和加強(qiáng)。其次，由于參考終端是由普通終端改進(jìn)而成，故其RF信號(hào)測(cè)量精度非常有限，使用壽命也較短。?

為了解決上述問題，筆者基于GNU Radio和USRP提出了一種GSM900M?路測(cè)儀設(shè)計(jì)方案，通過在GNU Radio?軟件平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)，得出只需一部USRP?和一臺(tái)普通PC?配合全球定位系統(tǒng)GPS?就能夠?qū)崿F(xiàn)采集信號(hào)電平、獲得信令數(shù)據(jù)等一些路測(cè)儀的基本功能，降低了設(shè)備成本以及維護(hù)和升級(jí)成本。?

1?實(shí)驗(yàn)環(huán)境?

1.1?硬件平臺(tái)——USRP?

USRP?全稱是軟件無(wú)線電通用外設(shè)，實(shí)現(xiàn)了基站的射頻前端。如圖1?所示，它由一個(gè)母板和不同的子板組成。母板包含4?個(gè)12bit /64M?抽樣率的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、4?個(gè)14bit/128M?數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC、一個(gè)百萬(wàn)門的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA?芯片和一個(gè)可編程的USB2.0?控制器。其作用包括與電腦間傳送數(shù)據(jù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、運(yùn)行用戶程序等。每個(gè)USRP?母板上可連接四個(gè)子板，其中兩個(gè)用于接收，另外兩個(gè)用于發(fā)射。RF?前端實(shí)現(xiàn)在子板上的，通過連接不同的子板，USRP?可以處理不同頻段的信號(hào)。這里USRP?連接了兩塊900 MHz的子板，實(shí)現(xiàn)了GSM無(wú)線接口。??

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圖1 USRP的系統(tǒng)框圖?(Blossom, 2004)???

傳統(tǒng)無(wú)線電處理基本上由硬件設(shè)備完成。而USRP則充分利用軟件無(wú)線電的優(yōu)點(diǎn)，把智能化程度高的信號(hào)處理（如調(diào)制解調(diào)）交給電腦上的軟件執(zhí)行，而其余按部就班的執(zhí)行簡(jiǎn)單操作，比如數(shù)字上下變頻、抽樣和內(nèi)插等，交給USRP上的FPGA處理。既保證了無(wú)線電信號(hào)處理的速度，又有利于創(chuàng)造新型無(wú)線設(shè)備，尤其是降低創(chuàng)新所面臨的開發(fā)難度。?

1.2?軟件平臺(tái)?

1.2.1 GNU Radio[2]?

GNU Radio?是一個(gè)通過最小程度結(jié)合硬件（主要是USRP），用軟件定義無(wú)線電波發(fā)射和接收方式，搭建無(wú)線電通信系統(tǒng)的開源軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)在那些高性能的無(wú)線電設(shè)備中所遇到的數(shù)字調(diào)制問題將變成軟件問題。GNU Radio的編程基于Python腳本語(yǔ)言和C++的混合方式。C++被用于編寫各種信號(hào)處理模塊。Python?被用來(lái)編寫連接各個(gè)block?成為完整的信號(hào)處理流程的腳本graph[3]。?

1.2.2 Airprobe[4]?

Airprobe?是一個(gè)開源項(xiàng)目，目標(biāo)是要建立一個(gè)對(duì)GSM（以及可能以后的3G）移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)的空中接口分析工具。通過開發(fā)Airprobe，可以實(shí)現(xiàn)在某一固定GSM?頻點(diǎn)上通過USRP?對(duì)下行鏈路BCCH?信道進(jìn)行一段時(shí)間的靜態(tài)偵聽，在偵聽結(jié)束后對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，把環(huán)境中BCCH信道上的所有信息解析出來(lái)，最終得到環(huán)境中主小區(qū)基站工作頻點(diǎn)、鄰小區(qū)工作頻點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)識(shí)別和配置參數(shù)等信息。?

2?基于GNU Radio和USRP的路測(cè)儀實(shí)現(xiàn)

首先，打開所有設(shè)備后，運(yùn)行腳本./usrp_fft.py，它是基于GNU Radio?開發(fā)的軟件頻譜儀，由于選擇要測(cè)試的運(yùn)營(yíng)商GSM900M?網(wǎng)絡(luò)所使用的頻段的下行頻率是954~960M?共6M?帶寬，因此設(shè)定軟件頻譜儀的中心頻率為957M，抽取率為8（由于采用的是52M?晶振，USRP默認(rèn)采樣率為52M，設(shè)置抽取率為8?使其可以降采樣率到52/8=6.5M，既能夠完全覆蓋所要測(cè)試的頻段又能降低過高速率數(shù)字信號(hào)對(duì)CPU?和存儲(chǔ)器產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)），就能夠看到非常明顯的200 kHz?寬度的GSM?信號(hào)，從而得到信號(hào)最強(qiáng)的頻點(diǎn)為當(dāng)前位置主小區(qū)所使用的頻點(diǎn)。所觀察到的GSM?頻譜如圖2?所示。??

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