測試儀器解決無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題

1引言

　　蜂窩移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò )結構大體可分為終端、基站、基站控制器和MSC幾大網(wǎng)元。它們之間的接口稱(chēng)之為Um，Abits，A接口。任何一個(gè)網(wǎng)元或接口出現問(wèn)題，都會(huì )導致無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )故障。各式各樣的天饋系統、直放站、塔放、五花八門(mén)的無(wú)線(xiàn)衰落環(huán)境、數量驚人的Abit2MB接口和CIC電路，以及眼花繚亂的手機終端等，使得查找無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )故障變得錯綜復雜。在這里，“準確定位、迅速打擊”說(shuō)的不是“外科手術(shù)式”軍事打擊，而是移動(dòng)通信“特種兵”（運維和網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化通信工程師）的夢(mèng)想。本文將通過(guò)幾個(gè)實(shí)際案例來(lái)說(shuō)明如何巧妙利用手頭的儀器來(lái)查找復雜的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題。

　　2裝備

　　“工欲善其事，必先利其器”。對于運維和網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化通信工程師來(lái)說(shuō)，為了解決復雜的問(wèn)題，必要的測試設備是必需的。下面的這些儀器是經(jīng)?？赡苡玫降摹把b備”。

　?。?）手機綜合測試儀RSCMU200。用于測試手機射頻和協(xié)議性能。能模擬基站，BSC，交換網(wǎng)元，可設置無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )參數，支持GSM/(E)GPRS，CDMA/EV-DO，WCDMA/HSPA信令測試。

　?。?）音頻分析儀RSUPV。用于測試手機的音頻性能。含GSM，WCDMA，CDMA手機音頻測試軟件，可以同時(shí)產(chǎn)生2路0~200kHz的單音或多音信號、同時(shí)分析2路0~250kHz的音頻信號，直接顯示音頻頻率，電平，THD，SINAD等指標。

　?。?）手持式多功能頻譜儀RSFSH。用于頻譜、天饋線(xiàn)測試和干擾查找。支持的測試項目有VSWR測試，斷點(diǎn)測試，GSM，WCDMA，CDMA信道功率測試，頻譜分析，增益測試，干擾測試等。

　?。?）路測軟件RSROMES＋掃頻儀RSTSMx。用于網(wǎng)絡(luò )覆蓋測試和干擾查找?？煽刂贫嗯_測試手機和掃頻儀測試。支持 GSM/(E)GPRS，CDMA/EV-DO，WCDMA/HSPA網(wǎng)絡(luò )，能直接輸出GSM同、鄰頻干擾小區，GSM，CDMA，WCDMA遺漏鄰小區，導頻污染數，實(shí)時(shí)Layer3消息。

　　3實(shí)際案例

　　3.1案例1

　?。?）問(wèn)題：多臺GSM手機某日早上在本地開(kāi)機后顯示“未注冊SIMCard”，而這些手機里的SIM開(kāi)之前都能正常工作。把SIM卡換到別的手機后故障依舊，但讀卡器讀取SIMCard用戶(hù)信息正常。

　?。?）分析：HLR遺漏IMSI信息，網(wǎng)絡(luò )阻斷，SIM卡問(wèn)題，都會(huì )導致注冊失敗。查找該問(wèn)題需要協(xié)調各個(gè)部門(mén)，且工作量很大。但我們巧妙地利用路測軟件ROMES和手機綜測儀CMU200，通過(guò)跟蹤手機的Layer3消息當場(chǎng)就很快地找到了故障。

　?。?）方法：把待測SIM卡放入受控于ROMES軟件的GSM測試手機中，在當前網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下開(kāi)機、嘗試注冊，實(shí)時(shí)記錄測試手機注冊失敗的 Layer3消息（見(jiàn)圖1）。連接屏蔽箱和CMU200的射頻端口，測試手機放入屏蔽箱（見(jiàn)圖2）。設置CMU200工作在GSM900頻段，不鑒權，參數為通用設置。開(kāi)機，關(guān)上屏蔽箱，此時(shí)屏蔽箱中僅存在CMU200發(fā)射的信號，手機仍然無(wú)法注冊，狀態(tài)不變，因此可以排除Abits口以上設備或參數原因。使用標準測試卡更換原SIM卡后，重復相同操作，開(kāi)機后成功注冊，ROMES實(shí)時(shí)記錄了測試手機的Layer3注冊消息（見(jiàn)圖3）。通常手機開(kāi)機注冊的過(guò)程應該是這樣的（見(jiàn)圖4）：

圖1失敗的位置更新消息

圖2CMU200與屏蔽箱連接測試手機

圖3成功的位置更新消息

圖4GSM手機開(kāi)機注冊流程

圖5音頻分析儀與CMU200配合測試手機音頻性能

圖6用ROMES加上TSMx來(lái)查找干擾

　　手機開(kāi)機后首先搜尋上次關(guān)機SIM卡儲存的頻率，如果無(wú)法找到，會(huì )在整個(gè)支持的GSM頻段尋找電平最強的信號，鎖定頻率后，完成同步、接收系統消息。

　　隨后手機啟動(dòng)IMSI配置程序，通知系統其進(jìn)入激活狀態(tài)。

　　手機啟動(dòng)IMSI程序有兩種方法：IMSI鑒別或TMSI和LAI鑒別。

　　當手機首次啟用新SIM卡開(kāi)機、手機轉移到了另外一個(gè)PLMN區、手機移動(dòng)到了另外一個(gè)剛復位的VLR和VLR刪除了此手機數據的時(shí)候才會(huì )使用IMSI鑒別方式，即在注冊過(guò)程中需要手機把IMSI傳送給MSC。

　　其它情況時(shí)，應該使用TMSI和LAI鑒別方法。即通過(guò)手機把上次通訊時(shí)記錄的TMSI和LAI發(fā)送到目的地VLR（即開(kāi)機所在地VLR），目的地VLR 按照原LAI查詢(xún)到初始地VLR，通過(guò)初始地VLR按照原TMSI查詢(xún)到IMSI及鑒別組信息，目的地VLR使用此鑒別組向手機發(fā)送隨機號碼鑒別，如果手機響應鑒別成功，目的地VLR按照得到的IMSI，向HLR申請得到用戶(hù)完整數據，接著(zhù)目的地VLR向手機發(fā)送認證確認消息，從而完成了注冊過(guò)程。

　　手機SIM卡把新的LAI記錄，之后即可提供通信服務(wù)。

　　對比正常和故障情況（見(jiàn)圖1，圖2，圖3），可以發(fā)現：

　　正常情況下注冊是符合規范的。任何手機為了向系統通知其準備激活，開(kāi)機后的位置更新方式應該采用“IMSI附著(zhù)”的類(lèi)型，手機鑒別的方式可按情況選用“TMSI和LAI”或“直接發(fā)送IMSI”的方式。為了保密，通常不采用“直接發(fā)送IMSI”的方式。

　　故障手機不但在開(kāi)機后位置更新方式采用了“一般位置更新”類(lèi)型，在手機鑒別方式上還選擇了“直接發(fā)送IMSI”的方式。通?！耙话阄恢酶隆鳖?lèi)型用于空閑手機從一個(gè)LAC區移動(dòng)到另一個(gè)LAC區時(shí)的位置更新，僅作LAI的更新，不需要IMSI的認證。因此，當手機開(kāi)機后如果采用了此種方式，手機就不會(huì )發(fā)送 IMSI或TMSI，目的地VLR就沒(méi)有途徑得到手機的IMSI及鑒別組信息，既無(wú)法從HLR得到手機用戶(hù)完整數據，也沒(méi)法向手機發(fā)出鑒別消息，因此目的地VLR只能通過(guò)MSC發(fā)出拒絕手機的位置更新申請的消息，拒絕的理由只是簡(jiǎn)單地歸類(lèi)為HLR查詢(xún)不到IMSI，導致手機出現“未注冊SIMCard”的現象。

　　什么導致了位置更新類(lèi)型的變化？最值得懷疑的對象就是儲存著(zhù)鑒別信息、存儲著(zhù)決定位置更新類(lèi)型的程序SIM卡。在更換了SIM卡后，注冊、通訊恢復正常。是何原因導致了原來(lái)SIM卡的設置改變？SIM卡實(shí)際就是一張存儲卡，存儲著(zhù)手機正常通訊需要的程序及信息，其內容在特定的條件下可讀、可寫(xiě)。當某個(gè)誘因出現時(shí)，就有可能誘發(fā)程序出錯。是否由于系統升級或開(kāi)通了新的PLMN導致故障發(fā)生，需要進(jìn)一步調查，但是最重要的是通過(guò)使用RS的無(wú)線(xiàn)儀表，在沒(méi)有查網(wǎng)絡(luò )端的前提下就準確地完成了定位，迅速地解決了問(wèn)題。

　　3.2案例2

　?。?）問(wèn)題：某批用于EV-DORevA無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的UIM卡插入AT后開(kāi)機不能上網(wǎng)。

　?。?）分析：HLR遺漏IMSI信息導致AT無(wú)法注冊，AT鑒權失敗，AN與AT參數協(xié)商失敗，UIM卡等問(wèn)題，都會(huì )導致AT與AN不能建立會(huì )話(huà)連接——即不能上網(wǎng)。為了快速查找問(wèn)題，我們使用了無(wú)線(xiàn)綜測儀CMU200。

　?。?）方法：一般EV-DO的AT上網(wǎng)的流程為：AT在PRL上查詢(xún)是否支持EV-DO及EV-DO的優(yōu)先頻點(diǎn)。如果支持EV-DO，AT調整頻率到EV-DO的優(yōu)先頻點(diǎn)（一般為37），開(kāi)始與AN作會(huì )話(huà)參數協(xié)商。如果會(huì )話(huà)協(xié)商成功，AN會(huì )分配一個(gè)惟一接入代號UATI給AT，AN也同時(shí)獲得了 AT提供的SessionSeed和ESN，為會(huì )話(huà)連接做準備。AT發(fā)出會(huì )話(huà)連接申請，EV-DO的AAA鑒權服務(wù)器要求AT按照CHAP協(xié)議輸入用戶(hù)名和密碼，完成接入EV-DO網(wǎng)絡(luò )的鑒權。接著(zhù)PDSN也會(huì )要求客戶(hù)按照CHAP協(xié)議輸入互聯(lián)網(wǎng)接入用戶(hù)名和密碼，完成上網(wǎng)鑒權。隨后建立PPP連接，實(shí)現上網(wǎng)功能。分析問(wèn)題需要重現故障現象。由于待測試AT不能與ROMES相連，所以無(wú)法從AT端監測。因此需要搭建一個(gè)測試環(huán)境，從AN側來(lái)確定問(wèn)題所在。我們采用了案例1中的CMU200＋屏蔽箱的方案。

　　在CMU200上設置AN的頻率為37，設置Subtype為2，支持EV-DORevA版本，下行功率-70dBm，AT開(kāi)機后發(fā)現AT與CMU200（AN）不能完成會(huì )話(huà)協(xié)商。

　　CMU200側偵測到5個(gè)為一組的功率從低到高不斷循環(huán)的信號，與CMU200ProbesperSequence的定義值5相符合，因此認為這就是AT 發(fā)出的接入試探。由此判斷AT已正常發(fā)出無(wú)線(xiàn)信號，但是由于物理層承載的協(xié)議參數無(wú)法在A(yíng)T與AN之間通過(guò)協(xié)商達成一致，導致了無(wú)法進(jìn)入Session Open狀態(tài)，從而無(wú)法建立會(huì )話(huà)連接。

　　進(jìn)一步了解得知此批UIM只能用于指定區域的固定上網(wǎng)點(diǎn)，通過(guò)設置10位（16進(jìn)制）的SectorID實(shí)現鎖定指定區域的目的。

　　按照ANSI41規范，SectorID為6位字長(cháng)（16進(jìn)制）。修改CMU200中的SectorID format為人工指定格式，并按照UIM廠(chǎng)商提供的信息輸入10位Sector ID后，AT與CMU200順利完成會(huì )話(huà)協(xié)商，成功連接。

　　到指定區域驗證，事實(shí)果然如此。

　　3.3案例3

　?。?）問(wèn)題：經(jīng)常收到某區域的GSM客戶(hù)投訴：存在單通情況。

　?。?）分析：由于單通現象出現的概率一般不高，如果需要重現故障、查找導致單通的原因需要耗費大量的人力、時(shí)間。無(wú)線(xiàn)鏈路上、下行不平衡，基站載波故障，基站基帶板件故障，BSC聲碼器故障，天饋線(xiàn)故障，無(wú)線(xiàn)干擾，基站Abits口存在環(huán)回，交換機的回音抑制器故障，BSC與MSC的A接口 CIC不對應等都會(huì )引起單通現象。因此，一般從最簡(jiǎn)單、最大可能性的測試做起，使用簡(jiǎn)潔的方法，爭取用最少的時(shí)間、最少的人力解決問(wèn)題。

　?。?）方法

　　分析問(wèn)題發(fā)現，出現投訴的區域分屬不同的基站覆蓋區域，但是卻同屬一個(gè)BSC，因此某個(gè)基站的無(wú)線(xiàn)、硬件故障的可能性不大。因此，排查的主要對象落在了手機、區域干擾和BSC，MSC上。

　　最容易實(shí)施的是檢測投訴客戶(hù)手機。在此案例中，更換手機后測試多次仍然存在此故障，可確定不是手機原因。如果懷疑是手機引起的單通，則可以使用 RS的音頻分析儀UPV測試手機音頻收發(fā)電路。如圖5所示，在CMU200與手機建立連接后，運行UPV的手機音頻測試軟件，可以自動(dòng)得到手機的音頻發(fā)送響度（SLR）、接收響度（RLR）及頻率響應曲線(xiàn)等量化指標，從而驗證手機的音頻電路。

　　既然此案例已經(jīng)確定問(wèn)題在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，接著(zhù)可以先查找是否存在區域干擾。使用ROMES軟件控制掃頻儀TSMx在問(wèn)題區域查找是否存在同、鄰頻干擾（見(jiàn)圖6），查找結果為無(wú)干擾。

　　然后就需要作最耗費時(shí)間和精力的CIC測試。通常需要一個(gè)工程師從交換側把A接口鎖剩兩個(gè)CIC（保留1路控制信令鏈路），另外兩個(gè)射頻工程師負責撥號、接通、人工說(shuō)話(huà)、人工接聽(tīng)、人耳監聽(tīng)是否存在單通。如果存在單通，此時(shí)即可定位此兩個(gè)CIC存在問(wèn)題，接著(zhù)測試下兩個(gè)CIC，如此往復，鎖定有問(wèn)題的 CIC后即可排除故障。但是，CIC的數量非常龐大，并且為了不影響用戶(hù)使用，只能深夜進(jìn)行，需要耗費非常多的時(shí)間和精力。

　　如果能巧妙利用ROMES路測軟件，就可以節省人力和時(shí)間。方法是：使用ROMES軟件控制兩臺測試手機，一臺測試手機A的麥克風(fēng)線(xiàn)路連接到了 PC的聲卡音頻輸出端，另一臺測試手機B耳機線(xiàn)路連接到了自帶小型功放的臺式音箱的音頻輸入端，PC循環(huán)播放一段音樂(lè )通過(guò)音頻線(xiàn)路送到A的音頻接收端，手機A受 ROMES控制，自動(dòng)循環(huán)撥通B手機，呼叫經(jīng)過(guò)基站，然后到BSC，接著(zhù)連接到交換機，交換機會(huì )分配鎖剩的兩個(gè)CIC與BSC連接，建立通話(huà)。音樂(lè )因此也送到了自動(dòng)接聽(tīng)的測試手機B的耳機線(xiàn)路上，同時(shí)也送到了音箱的音頻輸入端，這時(shí)音箱即會(huì )播放PC播放的音樂(lè )。工程師只需要聆聽(tīng)音箱是否正常發(fā)聲，即可判斷此兩個(gè)CIC是否存在問(wèn)題。如果正常，關(guān)閉這兩個(gè)CIC，打開(kāi)下兩個(gè)CIC，繼續檢查。由此往復，整個(gè)過(guò)程只需要一個(gè)工程師連續操作。交換工程師如果使用了一個(gè)自動(dòng)鎖定、自動(dòng)解鎖的程序，測試CIC效率更會(huì )得到極大的提高。

　　采用這一改進(jìn)方法，只使用了約1h即找到了存在硬件故障的CIC電路，鎖定此CIC后順利解決了單通問(wèn)題。

　　按照上述案例方法，還可舉一反三地變換出各種符合實(shí)際情況的測試方案。如果能巧妙利用測試儀表靈活、方便、多功能的特性，就可以幫助我們快速、準確、有效地定位移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )故障、巧妙解決復雜網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題。