GSM手機認證流程

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  GSM手機認證流程

隨著3G網路時代的來臨對應到網路頻寬需求增加，新式的電信網路正以我們難以想像的速度進展著，網路科技的日新月異促使新系統架構與無線網路通訊協定標準不斷出現，速度之快已令我們無法掌握，往往在現有系統尚未完全普及時，新一代的系統就已開發出來。

在這樣一個無線通訊系統市場變動劇烈且未來不確定的時刻，手機系統製造商與服務經營業者所面臨的最大挑戰，便是如何為他們所製造的通訊系統或是所提供之服務項目，在出貨給消費者之前就已進行足夠的測試。我們可以想像一隻手機要歷經的測試從上而下可包括：

◆ 手機應用軟體測試(Email、SMS、MMS、Game、MSN、FTP、Web Browser、PhoneBook ....)。

◆ 多媒體手機作業系統測試(WinCE、Symbian OS、Embedded Linux ....)。

◆ 通訊協定層測試(Non Access Stratum/Access Stratum：L1，L2，L3.....)。

◆ L1 Software測試及L1 Hardware測試(RF/BB)。

◆ 內部軟硬體系統整合性測試。

◆ IOT測試。

◆ Field Test測試。

以上詳細的測試項目說明會在後文一一詳述。

完整測試確保產品服務的品質

有了這些完整的測試，我們才能保證所推出的無線產品與服務具有可靠性與實用性，尤其在這麼多種系統標準迅速發展的情形下，系統製造商和服務經營業者要如何有效率地對自己的產品做「完整測試」？而測試儀器製造商又能提供何種儀器使測試順利進行？在數位無線系統隨著技術、標準、介面以及系統間運作改變而不斷發展出新系統架構、新網路技術的今日，該如何對新系統進行適當的測試以保證其能正常運作而不發生問題？說穿了，都得看通訊業界是如何定義所謂的「完整測試」了。

首先要考慮的是通訊業界所需求之測試目標為何，測試目標通常是依照產品製造商、通訊規格書(SPEC)和系統服務經營業者的需求來共同決定。對產品製造商而言，測試的目標是如何盡量降低研發成本和縮短產品商品化時間，最佳的解決之道是縮短研發週期和降低除錯的花費，而縮短研發週期最重要的方法，就是在研發過程中儘早開始進行各階段的測試，至於降低除錯的花費則是使用正確的工具有效率地儘早找出問題所在。
此外還規定需使用指定的測試系統，對各製造廠商生產的移動終端設備進行一致性測試，完全合格後，憑第三方測試機構的一致性型號的認證測試報告，附加該設備的一些技術檔案以及生產廠商的基本資訊，手機製造廠商才可以申請並獲得國際移動設備標識碼(IMEI)。

為了平衡產品品質和市場推動之間的關係，GSM終端設備的認證制度和規程發生了重大變革。由強制性的第三方全面性型號認證方式，改為由授權測試機構或生產廠商依據GSM認可論壇(GCF, Global Certification Forum)所列的標準和規則，進行最終一致性測試。由廠商作一致性測試合格聲明，並對產品品質做全面負責，這就是GCF Test的由來。茲列舉GCF Test項目包括：

◆ Cell Selection

◆ PLMN (Network) Selection

◆ Mobile Originated Call

◆ Handover

◆ Location Updating

◆ Short Message Service (SMS)

◆ Unstructured Supplementary Services Data

◆ Supplementary Services

◆ SIM Management (Security)

◆ SIM Application Toolkit (SAT)

◆ Data

◆ WAP

立足無線測試認證 切入手機軟硬體開發

時至今日，台灣GSM/GPRS網路系統已日趨複雜且更臻於完備，而且還呈現多系統共同爭搶市場的局面。此外對於行動電話、藍芽產品、無線區域網路、衛星定位系統等產品技術的研發，以及建立主、被動關鍵性零組件產業體系，提昇產品自製率，帶動半導體製程技術之提昇，同時將上述產品模組整合入PDA或Notebook PC，成為無線行動工作平台，以大幅提昇產品之附加價值。

在此之際，台灣要立足手機的軟硬體開發，以擺脫代工製造低毛利階段的窘態，無線測試認證不失為一個不錯的立足點。本文簡介了手機產品的相關測試認證過程以及測試工作的相關技術，未來有機會時將繼續為讀者探討關於測試儀器和操作的議題。


然而，產品研發通常有一定的階段性，例如軟體的測試往往必須先等硬體環境建立起來，或是底層有能模擬硬體或網路環境的相關軟體取代硬體的角色，若缺乏同時進行的可行性，研發的時間將會延長。當測試驗證階段發生問題時，還必須回到規格設計階段來重新檢視問題所在，有必要時甚至還必須回到需求分析的階段重新來過。特別要注意的是，要避免在硬體未完成除錯測試前就進行軟體開發與測試，因為硬體雖然已做好但仍可能有問題存在，導致隨後的軟體測試不完善，讓整個系統研發或軟體Performance調校重頭來過，不僅增加產品研發的時間與成本，同時也會降低市場的競爭力與時效。

另一方面，系統服務經營業者所要求的測試目標，莫過於希望能提供客戶可靠的網路和高品質高頻寬服務，進而提高獲利率。因此系統服務經營業者不僅要對網路上的新增服務功能做離線測試，還必須不斷地針對已經在提供的服務項目進行線上服務品質監測，包括不同移動速率下的連線品質，高干擾高雜訊環境下的通話品質及都會鄉村地區的高低負載話務測試...等。

就無線移動通訊產品開發週期來看，我們以一隻手機的開發過程為九個月為例，如圖1所示。前三個月HM1、HM2階段代表工程師研讀Software SPEC系統規格，並開始規劃進度，甚至已經開始在PC上採用發展軟體實作一部份成果。到了第四個月至第八個月階段(TMP1+A或TMP1+B或TMP1+C)，此時手邊已經有實際的Hardware平台，因此工程師可以將所開發通訊協定軟體放到硬體上測試看看是否如預期，此時必須要經過許多IOT測試，當有問題必須進行除錯(Debug)，到了TMP2的階段已經到了開發流程的後段部分，此時必須經歷許多Software Testing直到全部通過為止，最後會到Operator端進行Field Test，以驗證與不同系統業者端連線的測試。此外，GSM/GPRS手機必須通過FTA測試，才可以拿到國際移動設備標識碼(IMEI)，甚至必要時會將手機送往第三者專門認證機構作GCF Test。

在產品開發週期中，我們可以看到林林總總的測試佔了產品開發生命週期相當大的部分，往往在開發過程中就需要做內部測試(Pre ITA，ITA)，這與一般人以為測試是到軟硬體都開發全部完成才開始做內部測試有極大的差異。

測試流程與測試項目

一般而言，行動電話手機實際的測試流程不外乎下面幾個過程：

◆ 測試案例分析和測試案例(Test Case)撰寫。

◆ 測試排程規劃。

◆ 測試事前規劃(包括資源分配，系統架構建置，測試工具使用)。

◆ 依照Test Plan進行測試。

◆ 問題分析與錯誤回報。

◆ 專案控管與後續處理。
既然測試是如此重要，產品製造廠商和系統服務經營業者目前做了哪些項目的測試，來驗證其產品的可靠性與品質呢？我們知道為了維持通訊系統與網路的使用品質，測試就必須隨著不同的階段而不斷地進行，如製造商在研發時進行產品的除錯測試，而服務業者在營運過程中則必須進行線上監測，一旦發現問題即馬上向製造商反應以尋求改善，如此才能確保通訊服務的品質。

一般而言，產品製造商所做的測試可分為三個階段：第一階段是測試個別元件的分項功能，目的是驗證單一元件在整個通訊系統或網路所擔任的功能，然後再進行元件組合裝配以及軟硬體(Application/Software Protocol/Hardware)搭配的整合性測試，經由反覆的測試，可確保各部元件組合後可正常發揮其功能，且沒有互相干擾或影響等問題發生。最後在系統完全建立後再一次進行反覆的測試，以確認各部軟硬體元件的功能。

待產品出廠後，產品製造商和系統服務經營業者通常會再做系統效能測試和線上運作的監測。其目的在於檢視評估效能和維持最佳服務品質需求，系統效能測試主要目的是量測系統的可負載程度，如單位時間傳輸量(Throughput)及系統使用效率(話務量)；而線上監測則是監控和維修使用中的網路(包括基地台、基地台控制和後端核心網路)，使其正常運作以確保服務品質。

GSM標準的發展和國際GSM手機認證

GSM(全球移動通信系統)是由歐盟國家聯合發展的一種蜂巢式移動通訊系統。歐洲電信標準委員會(ETSI)早在1992年就制訂完成了一系列的GSM標準，同年GSM在歐盟國家開始商用化，為滿足用戶不斷增長的業務需求，GSM標準因不提供Packet Switch功能，目前慢慢逐漸被GPRS標準取代，但在過程中，GSM不斷推出新的功能和服務，諸如WAP上網服務、來電顯示、Dual Mode雙模手機...等。

為維護GSM網路運營者、設備製造商和用戶的共同利益，各國的系統運營者和製造商共同發起成立了GSM MoU組織，該組織主要作用就是協調各方利益，共同推動GSM在全球的發展，台灣的GSM服務系統業者都是GSM MoU組織的會員。

GSM手機作為用戶直接使用的終端設備產品，其品質好壞直接影響到用戶權益和廣大GSM發展。為保証手機品質，GSM MoU組織制訂了嚴格的手機型號認證管理制度。概括說，對手機廠家而言，必須至少滿足以下兩個條件，才能生產GSM手機：

◆ 開發的GSM手機必須通過FTA(全面型號認證)測試，該測試是依據歐洲電信標準委員會(ETSI)制訂的GSM系列標準中專門的移動設備端一致性測試規範——GSM 11.10進行的。該標準共1500頁，根據不同手機支援的功能不同，需要進行300~500項嚴格的測試，這些測試都必須採用指定的測試儀器(價值大約5000萬台幣)進行，一次完整的測試需要100~200工作小時，測試的費用也是驚人的。祇有通過了FTA測試，被測手機才能算稱為GSM手機。

◆ 生產製造廠必須能夠保証對手機生產全程進行有效的品質控制，例如通過ISO9000系列品質認證。

以GSM900為例子，根據ETSI GSM 11.10的12－14章，主要規定了GSM 900移動台無線收發信機射頻、音頻指標的定義、要求及測試方法。該標準除用於手機連通偵測外，還廣泛用於仲裁測試、性能測試以及手機廠家、運營單位、和維修部門對手機進行的偵測。該標準規定的主要指標有：

發送端

◆ 相位誤差和頻率誤差。

◆ 多重路徑(Multiple-Path)與干擾條件下的頻率誤差。

◆ 發射機載頻峰值功率與突發脈衝定時。

◆ 輸出射頻頻譜。

接收端

◆ 壞幀指示性能。

◆ 參考靈敏度。

◆ 接收機適用的輸入電平範圍。

◆ 同頻道干擾。

◆ 鄰頻道干擾。

◆ 互調抑制。

◆ 阻塞與雜散響應抑制。

◆ 雜散輻射。

音頻測試

◆ 發送靈敏度／頻率響應。

◆ 發送響度評定值。

◆ 接收靈敏度／頻率響應。

◆ 接收響度評定值。

◆ 側音掩蔽評定值。

◆ 電話聲耦合損耗。

◆ 失真。

◆ 帶外信號抑制。

◆ 空閒信道噪聲。

測試軟硬體是否照SPEC定義功能完成實作
在無線軟體通訊協定部分，根據不同的通訊系統(GSM/GPRS/WCDAM)會有不同的Conformance Test被定義在相關的規格中需要優先被測試。這部分是負責測試軟硬體是否依照SPEC定義的功能被實作出來，包括：

◆ 測試名稱。

◆ 測試目的。

◆ 測試Procedure描述和訊息交換表(手機和網路端)。

◆ 測試組態設定。

◆ 預設參數和傳遞參數內容。

表1僅就GSM和GPRS部分列舉Conformance Test的測試項目，3G WCDMA部分請參考相關3GPP的規格。

IOT(Interoperability Test)確保互通性

隨著第三代行動通訊系統的逐步發展，系統服務業者即將面臨著新一輪的互聯互通工作。與部署GSM、GPRS網路相比，WCDMA網路帶來的互聯互通，無論其深度還是廣度都完全不同。以互聯互通的必要性來說，從系統服務業者的角度出發，許多新的基礎網路元件需融進網路，如處理網路管理、Security機制、計費帳務系統、客服中心的組態，更重要的是終端設備用戶對於3G業務的需求等。因此，系統服務業者成功的關鍵因素是在於多廠商環境下的IOT測試，即互聯互通。

此外，現有多數系統服務業者曾在現有2G和2.5G技術上大量投資。部署WCDMA網路帶來的新網路節點架構必須能夠與現有的GSM/GPRS網路互聯互通。

眾所週知，2G網路的互聯互通主要涉及MSC、基地台系統以及終端設備之間，其主要業務是話音業務。但隨著無線數據業務的轉載入，如2.5G和WCDMA網路中，互聯互通的範圍則完全不同。

Application function Test–測試應用程式能否正常執行

這方面測試主要是測試手機作業系統平台上的相關應用程式是否能夠正常的執行，GPRS手機關於應用程式方面的測試包括：

◆ MMI Testing(包括選單操作、時鐘設定、電話簿、MO/MT Call、行事曆、聲控、Speaker輸出...等)。

◆ WAP Testing(WAP的連線、後端WAP Gateway的界接、Email、Proxy、WML Browser test、WML Negative test、WML Performance test...等)。

◆ Bluetooth Testing(整合藍牙協定傳輸服務)。

◆ MMS Testing(多媒體簡訊服務測試，包含接收傳遞簡訊)。

◆ Packet Data UL/DL Testing(User資料上下傳測試)。

◆ SAT Testing(跟SIM有關的測試)。

◆ Java Testing(執行JAVA程式測試)。

依據不同的測試需求，必須建立不同的測試環境和撰寫不同的Test Plan。圖2為一MMS Testing環境系統建構圖。

透過內部建置好的MMS Server，MMSC/SMSC以及WAP Gateway，我們可以實際測試外部網路中某一隻手機發送MMS簡訊給另外一隻處於內部環境手機的過程，此測試乃基於WAP能夠正確無誤執行之前提。

Field Test與系統服務業者緊密相關

與系統服務業者最有關的就是Field Test，通常製造商要實地進行與Operator之間的線上測試，以得知與各家Operator實際的網路相連所產生的不同問題，以作為後續的分析與改進。表2列舉部分Field Test項目，實際情況通常視不同Operator需求和不同電信網路有所調整。

GCF Test進行最終一致性測試

在GSM剛推出之際，為了確保GSM移動通訊系統的品質和安全問題，並且要維護GSM網路用戶的切身利益，所以對各家製造廠商生產的GSM終端設備及其附屬應用程式和人機介面實行全面型號認證(FTA)制度，基本上是由第三方測試機構按照GSM 11.10終端設備技術規範規格書來進行測試審查。