【毕业学位论文】（Word原稿）第三代移动通信系统本地PTN传输网络的设计和实现-软件工程

论文编号： 硕士学位论文 （专业学位） 第三代移动通信系统本地 姓 名： 姚磊 学 号： 0821170450 所在院系： 软件学院 学科门类： 计算机科学与技术 学科专业： 软件工程 指导教师： 李宏宇 副指导教师： 李春梅 二一三年一月 A in of TN of 0821170450 u 2013 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有 权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘 要 第三代移动通信技术（ 33G），是指支持高速 17 数据传输的蜂窝移动通讯技术。 3率一般在几百 3前 3 。 第三代移动通信技术在中国正伴随着中国经济的飞速发展于 2008 年 4 月正式拉开商用的帷幕。作为实现承载无线和交换系统的重要网络，本地传输 20 网络如何成为第三代移动通信网络提供承载服务演变为迫切而重要需要又亟待解决的问题。 本文在开篇部分简要介绍了第三代移动通信技术的基础知识，在 描述移动通信 19 传输系统原理和组网结构的基础上，主要结合中国移动宁夏公司银川地区传输组网的实际情况举例，对面向第三代移动通信技术的传输组网设计和实现开展了具体、详实的分析，同时在论文中给出了新一代传输组网的解决方案和思路，针对面向第三代的传输 21 网络与传统传输网络的差异总结分析，在今后所有区域面向 3G、 4指导意义。 关键词 ： 第三代移动通信技术（ 33G） ，传输网，光网络，济大学 硕士学位论文 he 33G ), to 3G in a 3G is a of at G of is by s 008 As an to to is of on of to of to at of a of in in on in G, 4G of 3济大学 硕士学位论文 目录 目 录 第 1章 绪论 . 1 动通信技术的发展历程 . 1 一代移动通信系统 . 1 二代移动通信系统 . 1 三代移动通信系统 . 2 三代移动通信技术的发展历程 . 2 术简介及关键技术 5 . 3 通信简介 . 6 通信优点 . 7 文内容安排 . 8 第 2章 传输网基本原理和技术 . 8 . 8 . 9 由协议 . 12 . 17 . 19 FD . 21 钟同步技术 . 22 . 24 +1 和 1:1 保护 . 24 速重路由保护 . 26 第 3章 传输网络银川地区原有 构成情况 . 30 述 . 30 输网络组织及设备配置 . 33 络组织 . 33 备选型 . 34 统配置 . 34 管、公务及时钟 . 35 管系统 . 35 务通信系统 . 35 备主要技术特性及指标 . 36 900设备特性 . 36 900设备特性 . 37 同济大学 硕士学位论文 目录 第 4章 银川传输网络面向第三代移动通信技术的设计 . 39 设原则 . 39 . 42 . 42 和接口 . 46 输需求带宽 . 48 . 49 种业务对传输网络选择 . 49 . 50 夏银川 3. 53 案：新建 . 57 第 5章 银川城域网面向第三代移动通信技术的实现与 分析对比 . 60 川移动传送网需求分析 . 60 动传送网的 . 60 组传送网络 . 67 络结构 . 67 备模型建议 . 68 管、公务及时钟 . 70 备主要技术特性及指标 . 75 . 78 结 束 语 . 80 致 谢 . 81 参考文献 . 82 简历、在读期间发表的学术论文及成果 . 83 第一章 绪论 1 第 1章 绪论 移动通信技术的发展历程 移动通信系统从 20 世纪 80 年代诞生以来，到 2020 年将大体经过 5 代的发展历程，而且到 2010 年，将从第 3代过渡到第 4代 (4G)。到 4G，除 蜂窝电话系统 外，宽带 无线接入 系统、毫米波 能传输系统 (同温层平台 (统将投入使用 未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。此外，系统性能 (如蜂窝规模和传输速率 )在很大程度上将取决于频率的高低。考虑到这些技术问题，有的系统将侧重提供高数据速率，有的系统将侧重增强机动性或扩大 覆盖范围 。 自 20世纪 70 年代末第一代模拟移动通信系统面世以来，移动通信产业一直以惊人的速度迅猛发展，已经成为带动全球经济发展的主要高科技产业之一，并对人类生活及社会发展产生了重大影响。其中， 分多址移动通信技术以其容量大、频谱利用率高、保密性强、绿色环保等诸多优点，显示出强大的生命力，引起人们的广泛关注，成为 第三代移动通信 的核心技术。 第一代移动通信系统 模拟制 式的移动通信系统，得益于 70 年代的两项关键突破：微处理器的 发明 和交换及控制链路的数字化。 G 移动通信系统，充分利用了 术实现国内范围的语音通信。 中国移动已于 2001 年 12月 31日由于市场、设备及技术的原因，关闭了该网。 第二代移动通信系统 风靡全球十几年的数字蜂窝通信系统， 80 年代末开发。 2G 是包括语音在内的全数字化系统，新技术体现在通话 质量和系统容量的提升。 第一个商业运营的 2中国移动 1992年投入商用以来， 今 2G 已经发展到了 段，截止目前拥有世界最大的2G 2G 第一章 绪论 2 第三代移 动通信系统 3G 是移动多媒体通信系统，提供的业务包括语音， 传真 ，数据，多媒体娱乐和全球无缝漫游等。 996年开始开发 3G（ 998 年）， 1998年国际电联推出 两商用标准（ 中国 2000 年推出 2001年 3月被 3源于 李世鹤 带头搞的 一个 3001 年的日本。 3G 技术提供 2准用户速率（高速移动下提供144率）。 本文以下内容将对中国移动采用的第三代移动通信技术（ 发展情况做以介绍 1 。 第 2章 第三代移动通信技术的发展历程 第三代移动通信系统最初的研究工作始于 R（ 在 1985 年晚些时候成立临时工作组，提出了未来公共陆地移动通信系统（ 当时，人们还在使用第一代的模拟移动通信网络，而对第三代移动通信系统所要达到的目标主要是实现全球无缝的移动漫游。 直至 1996年， 正式更名为 2000，即国际移动通信系统，至 1997年确定了基本要求和征求 三代移动通信才逐渐为多数人所了解，进入了制定和完成国际标准的快车道，成为国际经济和技术竞争的一个重要舞台。 第三代移动通信 系统（ 在第二 代 移动通信技术 基础上进一步演进的以宽带 术为主 ,并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统 亦即未来移动通信系统，是一代有能力彻底解决第一、二代移动通信系统主要弊端的最先进的移动通信系统。第三代移动通信系统一个突出特色就是，要在未来移动通信系统中实现个人终端用户能够在全球范围内的任何时间、任何地点，与任何人，用任意方式、高质量地完成任何信息之间的移动通信与传输。可见，第三 代移动通信十分重视个人在通信系统中的自主因素，突出了个人在通信系统中的主要地位，所以又叫未来个人通信系统。 2000年 000 和 中 我国提出的第三代移动通信 准建议被国际电联正式采纳，成为第三代移动通信标准（ 列中的重要标准之一 ，是我国百年电信史上首次完整地提出自己的标准，并成为国际标准。这也标志着我国的通信技术的发展程度已经由单纯的跟踪转到创新的阶段，是一个开创性的转变。 第一章 绪论 3 第 3章 术简介及关键技术 5 分同步码分多址） 的简称，中国提出的 第三代移动通信 标准 (简称 3G)，也是 准的三个 3G 标准中的一个，以我国 知识产权 为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。是我国 电信 史上重要的里程碑。 (相对于另两个主要 3 ，它的起步较晚，技术不够成熟。 合的寻址（多址）方式 图 术 图 术 第一章 绪论 4 1、 能天线） ,如图 2、综合利用四种技术资源分配时在不同角度上的自由度，得到可以动态调整的最优资源分配。 活的上下行时隙配置 灵活的时隙上下行配置可以随时满足您打电话，上网浏览、下载文件、视频业务等的需求，保证您清晰、畅通享受 3G 业务，如图 图 时地灵活配置上下行业务 D 克服呼吸效应和远近效应 什么是呼吸效应？在 统中，当一个小区内的干扰信号很强时，基站的实际有效覆盖面积就会缩小；当一个小区的干扰信号很弱时，基站的实际有效覆盖面积就会增大。简言之，呼吸效应表现为覆盖半径随用户数目的增加而收缩。导致呼吸效应的主要原因是 统是一个自干扰系统，用户增加导致干扰增加而影响覆盖。 对于 言，通过低带宽 单时隙中采用 术提高系统容量，而通过 联合检测和智能天线技术（ 服单时隙中多个用户之间的干扰，因而产生呼吸效应的因素显著降低，因而 干扰系统），覆盖半径不像 而可认为 统没有呼吸效应。 什么是远近效应？由于手机用户在一个小区内是随机分布的，而且是经常变化的，同一手机用户可能有时处在小区的边缘，有时靠近基站。如果手机的发射第一章 绪论 5 功率按照最大通信距离设计，则当手机靠近基站时，功率必定有过剩，而且形成有害的电磁辐射。解决这个问题的方法是根据通信距离的不同，实时地调整手 机的发射功率，即功率控制。 功率控制的原则是，当信道的传播条件突然变好时，功率控制单元应在几微妙内快速响应，以防止信号突然增强而对其他用户产生附加干扰；相反当传播条件突然变坏时，功率调整的速度可以相对慢一些。也就是说，宁愿单个用户的信号质量短时间恶化，也要防止对其他众多用户都产生较大的背景干扰。 能天线（ 在 统中，基站系统通过数字信号处理技术与自适应算法，使智能天线动态地在覆盖空间中形成针对特定用户的定向波束，充分利用下行信号能量并最大程度的抑制 干扰信号。基站通过智能天线可在整个小区内跟踪终端的移动，这样终端得到的信噪比得到了极大的改善，提高业务质量。 图 能天线 第一章 绪论 6 图 D 追光灯 态信道分配（ 首先了解一下什么是信道？信道就是你打电话时占用的通信链路（线路）资源，如同你开车在马 路上行驶时，你所使用的车道、交通标志、红绿灯信号等，这些资源对于你行车是必不可少的；在 信时，信道使用频率、时隙（时间）、码字等表征所使用的无线资源。 动态信道分配，就是根据用户的需要进行实时动态的资源（频率、时隙、码字等）分配。动态信道分配的优点： 1、频带利用率高 2、无需网络规划中的信道预规划 3、可以自动适应网络中负载和干扰的变化等 动态信道分配（ 据调节速率分为：慢速 速 快速 理，并将其动态分配给用户。 务 前 种算法将根据用户移动终端反馈的干扰实时测量结果分配信道。 通信简介 光通信就是以光波为 载波 的通信。增加光路 带宽 的方法有两种 ：一是提高 光纤 的单信道传输速率；二是增加单光纤中传输的 波长 数，即波分复用技术（ 一章 绪论 7 15 事实上，光通信设备只适合在最后几公里的距离用。 通信优点 光纤通信之所以受 到人们的极大重视，这是因为和其它通信手段相比，具有无以伦比的优越性 2。 1 通信容量大 从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输 1000 亿个话路。虽然目前远远未达到如此高的传输容量，但用一根光纤同时传输 24 万个话路的试验已经取得成功，它比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出几十乃至上千倍以上。一根光纤的传输容量如此巨大，而一根光缆中可以包括几十根甚至上千根光纤，如果再加上波分复用技术把一根光纤当作几根、几十根光纤使用，其通信容量之大就更加惊人了。 由于光纤具有极低的衰耗系数（目 前商用化石英光纤已达 下），若配以适当的光发送与光接收设备，可使其中继距离达数百公里以上。这是传统的电缆（ 微波（ 50根本无法与之相比拟的。因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信。据报导，用一根光纤同时传输 24 万个话路、 100 公里无中继的试验已经取得成功。此外，已在进行的光孤子通信试验，已达到传输120 万个话路、 6000 公里无中继的水平。因此，在不久的将来实现全球无中继的光纤通信是完全可能的。 光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光 “ 泄露 ” 出去，因此其保密性能极好。 是指，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，可挠性强（弯曲半径大于 25 厘米时其性能不受影响）等。 量轻 便于施工维护便于施工维护便于施工维护便于施工维护 。光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。 制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的。因此其潜在价格是十分低廉的。 第一章 绪论 8 我们知道，任何一件事物都不会是十全十美的。 械 强度差。 备和技术。 合不灵活。 20 论文内容安排 本文主要从第三代移动通信网络的基本结构和传输网络基础知识出发，以中国移动宁夏银川传输网为范例，全面探讨分析面向第三代移动通信传输网络的组建和优化的方法和思路。 第二章介绍传输网基本原理和技术 第三章介绍传输网络在银川地区的原有构成情况 第四章介绍银川传输网络面向第三代移动通信技术的设计 第五章 银川城域网面向 第三代移动通信技术 的实现与分析对 比 最后进行了全文总结工作 第 4章 传输网基本原理和技术 目前，传输网技术主要是 分复用）技术和 组传送网）技术两种。 提供 或 10 的传输通道为主，业务类型较为单一。 基于分组传送的新一代多业务统一传送网络，能够实现对分组业务的高效传送，同时能够兼容对传统 业务的承载。 用分组包对业务进行传送，各节点设备在处理分组交换功能时并不需要同步 。由于本文介绍的面向 3G 的传输网络设计与优化 ，主要是解决城区内 间的传输问题，不涉及干线传输网络，因此将主要介绍 键技术 用真正分组内核，为适应 城域传送中对移动 2G/3G 混合第一章 绪论 9 络的特殊要求，增加了时钟定时、端到端管理、快速保护、多业务承载等功能，保证了 2G/3G/合阶段的 求覆盖能力。同时在城域网兼顾大客户专线、 们可以认为 术，而是一个面对 第 5章 协议标签交换（ 一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。 立于第二和第三层协议，诸如 提供了一种方式，将 址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。它是现有路由和交换协议的接口，如 中继、资源预留协议（ 开放最短路径优先（ 等。 在 ，数据传输发生在标签交换路径（ 。 每一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列。现今使用着一些标签分发协议，如标签分发协议（ 者建于路由协议之上的一些协议，如边界网关协议（ 为固定长度标签被插入每一个包或信元的开始处，并且可被硬件用来在两个链接间快速交换包，所以使数据的快速交换成为可能。 要设计来解决网路问题，如网路速度、可扩展性、服务质量（ 理以及流量工程，同时也 为下一代 枢网络解决宽带管理及服务请求等问题。 基本概念，包括转发等价类 标签 签分发协议 标签交换路径 转发等价类 为一种分类转发技术，将具有相同转发处理方式的分组归为一类，称为转发等价类 相同转发等价类的分组在 转发 等价类的划分方式非常灵活，可以是源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型、 的任意组合。例如，在传统的采用最长匹配算法的 同一个目的地址的所有报文就是一个转发等价类。 标签 第五章 银川城域网面向第三代移动通信技术的实现与分析对比 10 标签是一个长度固定、只具有本地意义的短标识符，用于唯一标识一个分组所属的转发等价类 某些情况下，例如要进行负载分担，对应一个 是一个标签只能代表一个 标签由报文的头部所携带，不包含拓扑信息，只具有局部意义。标签的长度为 4个字节，封装结构如图 图 签的封装结构 标签共有 4个域： 20比特，标签值字段，用于转发的指针； 3比特，保留，用于试验，现在通常用做 S： 1 比特，栈底标识。 持标签的分层结构，即多重标签， S 值为 1时表明为最底层标签； 8比特，和 o 义相同。 标签与 一种连接标识符。在以太网上实现 ，标签封装在以太网帧头和 之间。标签在分组中的封装位置如图 示。 图：标签在分组中的封装位置 图 签在分组中的封装位置 标签交换路由器 标签交换路由器 络中的基本元素，所有 制单元和转发单元。 控制单元负责标签的分配、路由的选择、标签转发表的建立、标签交换 路径的建立、拆除等工作； 转发单元则依据标签转发表对收到的分组进行转发。 标签发布协议 标签发布协议是 控制协议，它相当于传统网络中的信令协议，负责签的分配以及 括专为标签发布而制定的协议，例如：第五章 银川城域网面向第三代移动通信技术的实现与分析对比 11 也包括现有协议扩展后支持标签发布的，例如： 标签交换路径 一个转发等价类在 络中经过的路径称为标签交换路径 从入口到出口的一个单向路径。 据数据传送的方向，相邻的 标签交换路径 态 动态 位于 接其它用户网络的 区域内部的 心 路由器，也可以是由 换机等升级而成的 内部的 间使用 信， 分组被打上标签后，沿着由一系列 成的标签交换路径 送，其中，入节点 称为 节点 称为 间的节 点则称为 1）、 传统路由协议（如 ）一起，在各个 为有业务需求的 2）、入节点 收分组，完成第三层功能，判定分组所属的 给分组加上标签，形成 发到中间节点 3）、 据分组上的标签以及标签转发表进行转发，不对标签分组进行任何第三层处理； 4）、在出节点 续进行后面的转发。 由此可以看出， 应用，它实际上是一种隧道技术，也是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的路由与交换技术平台。这个平台不仅支持多种高层协议与业务，而且，在一定程度上可以保证信息传输的安全性。 虽然 过对 已有协议进行扩展，也可以支持 签的分发。 第五章 银川城域网面向第三代移动通信技术的实现与分析对比 12 在 可能需要对某些路由协议进行扩展。例如，基于 用需要对 行扩展，使 够传 播 路由信息；基于 E（ 要对 议进行扩展，以携带链路状态信息 第 6章 由协议 1 间系统到中间系统的路由选择协议 （ 一种链路状态协议，属于内部网关协议。在该协议中， 由器）负责交换基于链路开销的路由信息并决定网络拓扑结构 由 协议在 议模型中属于网络层，直接运行在数据链路层上，在处理 一特性使 由协议更适用于采用 组交换技术的 送网络。 由协议报文采用统一的封装格式，报文长度可变，可扩展性强；协议报文种类 少，因此路由协议的复杂度降低，运行可靠高效。 由协议报文有以下三种类型： 1）、 文 文用于在网络节点间建立和维持邻居关系，也称为 2）、 文 链路状态报文 于交换链路状态信息。在运行 由协议的网 络中，每一个网络节点都会生成一个 含了本 网络节点的所有链路状态信息。每个网络节点收集本区域内或区域间所有的 成自己的 3）、 文 时序报文 述全部或部分 的 来同步 络中各网络节点的 护 2 放式最短路径优先（ 议是一种为基本概念包括： 议报文、链路状态通告（ 类型、邻居、邻接、 D 和 E（ 第五章 银川城域网面向第三代移动通信技术的实现与分析对比 13 支持的 五种协议报文类型为： 1）、 文：周期性发送 文， 文用来发现和维持 居关系。 2）、 文（ 文描述了本地 摘要信息，用于两台 备进行数据库同步。 3）、 文（ 文向对方请求所需的 有在双方成功开始交换 文后才会向对方发出 文。 4）、 文（ 文向对方发送其所需要的 5）、 文（ 文用来对收到的 行确认。 类型， 对路由信息的描述都是封装在 发布出去的，常用的 以下几种类型： 描述了 备的链路状态和花费，在所属的区域内传播。 描述本