（信号与信息处理专业论文）tdscdma网络测试仪——业务分析模块研究与实现.pdf

分类号t n 9 1 5 密级 重庆邮电大学硕士学位论文 论文题目! 旦：s g 旦丛圈丝塑达尘! 二二二 些釜盆盘搓迭盟壅生塞盟 英文题目r e s e a r c h a n d i m p l e m e n t a t i o n o ft r a f f i c a n a l y s i s m o d u l ei nt d - s c d m an e t w o r k 旦垦! y 圣星! 指导教师垂期垒熬蕉 学科专业焦量鱼焦! 鱼熊墨 论文提交日期2 q q 2 ：2 1论文答辩日期2 衄卫正l 论文评阅人拍盎教授 生玺鳖副丝控 答辩委员会主席柏森教授 2 0 0 7 年5月1 0日 重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 对于移动通信运营商来说，随着中国加入w t o 以及运营商之问竞争 的加剧，网络的质量已经成了决定其命运的根本要素。网络优化正成为移 动通信运营商未来的工作重点。移动通信网络优化同时也正在成为通信制 造业的一个新的赢利点。网络测试仪能够从接口的信令中提取无线网络层 中与无线资源管理有关的参数、与移动管理有关的参数，和与呼叫管理有 关的参数，对这些网络参数进行统计处理后，得到基站子系统的完备的统 计数据，这些数据对制定无线网络资源优化措施提供数据支持，有利于解 决网络优化工作中网络覆盖，信道拥塞，无线参数设置等不合理等问题。 本文是在t d s c d m a 移动通信网信令分析仪研制工作实践中完成的， 主要研究内容是该仪表软件部分一个重要组成模块业务分析模块。该 模块的实现与应用能够反映网络状况，体现网络性能指标，起到直接的测 量评估作用，并能指出网络问题所在。本文首先对第三代移动通信系统作 了简要概述，然后在此基础上，对t d s c d m a 网络测试仪的功能和软件 部分的开发流程做了概要性描述。信令测试仪的软件实现方法采用模块 化、多线程和动态链接库技术。主控模块作为中央控制部件，根据从各接 口读取的数据和用户的操作请求，控制和调用其他功能模块，完成程序中 线程的调度。然后作者对业务分析模型做了分析和研究，尤其是对关键性 能指标( k p i ) 做了详细的分析和研究。第五章作者重点介绍了业务分析 模块的详细设计方案，具体包括设计流程、接口设计、参数设置等。论文 最后还在现有条件下用大唐试验数据对该模块的实际运行效果进行了测 试，并对测试结果进行了简要分析。文章结尾并对该分析仪的市场前景、 推广价值和进一步开发的设想进行了探讨。 关键词：t d s c d m a ，信令分析仪表，业务分析，k p i 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ee n t r yo fw t o ，t h eq u a l i t yo ft h en e t w o r kh a sb e e nt h ee s s e n c e f o rt h en e t w o r kc a r r i e r sa n dn e t w o r ko p t i m i z a t i o nh a s b e e nt h ef o c u sf o rt h e i r f u t u r e m e a n w h i l e ，w i r e l e s st e l e c o m m u n i c a t i o no p t i m i z a t i o nh a sb e c o m et h e p r o f i tk e yi nt e l e c o m m u n i c a t i o nm a n u f a c t u r ei n d u s t r y n e t w o r ka n a l y z e ri s a b l et oc o l l e c td a t ai nw i r e l e s sn e t w o r kl a y e rr e l a t e dt or a d i or e s o u r c e m a n a g e m e n ta sw e l la sc a l lc o n t r 0 1 a f t e rd e a l i n gw i t ht h ep a r a m e t e r si nt h e d a t a ，s t a t i s t i cd a t ao fb a s es t a t i o ns u b s y s t e mc a nb eo b t a i n e d ，w h i c hp r o v i d e s d a t as u p p o r tf o rd r a f t i n gt h es c h e m eo fn e t w o r kr e s o u r c eo p t i m i z a t i o na n d s e t t l e ss o m e p r o b l e m ss u c ha sn e t w o r ko v e r l a y i n g ，c h a n n e lb l o c k i n ga n dr a d i o p a r a m e t e r sc o n f i g u r a t i o n t h i sp a p e ri sc o m p l e t e di nt h ed e v e l o p m e n to ft d - s c d m an e t w o r k a n a l y z e ra n df o c u s e so no n eo ft h ef u n c t i o n a lm o d u l e s 一t r a f f i ca n a l y z i n g i n t h eb e g i n n i n go ft h ep a p e r , t h ea u t h o rg e n e r a l l ys u m m a r i z e st h es y s t e mo ft h e 3 gn e t w o r kw h i c hi st h ef u n d a m e n t a lo ft h en e x tc h a p t e r s t h ef o l l o w i n gi sa b r i e fi n t r o d u c t i o nt ot h es t r u c t u r ea n dp r o c e d u r eo ft h en e t w o r ka n a l y z e r i n t h i sp a r t ，t h ea u t h o rp r e s e n t st h em a i nf u n c t i o n a lm o d u l e sa n dt h ek e ym e t h o d t od e v e l o pt h ea n a l y z e r a f t e rag e n e r a lo v e r v i e wo ft h en e t w o r ka n a l y z e r , c h a p t e r4e m b o d i e st h em a i ni n d i c a t o r so ft h en e t w o r ko p t i m i z a t i o n - - k p ii n n e t w o r ka n a l y z e r i nt h en e x tc h a p t e r , t h ea u t h o rp u t sf o r w a r dt h em e t h o do f r e a l i z i n gt h em o d u l eo ft r a f f i ca n a l y s i sm o d u l ei nd e t a i l t h ep r o c e d u r eo ft h e p l a n ，t h ei n t e r f a c ed e s i g n i n ga n dp a r a m e t e r sc o n f i g u r a t i o n i n p a r t i c u l a r f u n c t i o n sa r ea l s od e s c r i b e d i nt h ee n do ft h ec h a p t e r , t h ea u t h o rt e s t st h e m o d u l ew i t hl i m i t e dd a t af r o md a t a n ge x p e r i m e n t a lf i e l da n dr e s u l ts h o w s t h a tt h em o d u l ei sf e a s i b l e t h el a s tc h a p t e ri sab r i e fa s s u m p t i o nt ot h e o u t l o o kt h en e t w o r ka n a l y z e r k e yw o r d s ：t d s c d m a ，n e t w o r ka n a l y z e r , n e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，k p i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆 整血太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：前次 签字r 期： 如d 7 年岁月工l 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完伞了解重庆整电太堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部j 或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆壑生太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、“：编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 彳廷 签字同期： 如0 7 年f 月列同 导师签名： 签字同期：。贝罗年j 月叫只 ， 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 为了满足未来无线多媒体通信需求，早在1 9 8 5 年国际电联就提出了 第三代移动通信的概念，先后许多国家和地区的著名电信设备制造商提出 了十多种无线接口建议，经过充分协商和融和，最后形成了三大主流标准， 即欧洲与日本提出的w c d m a ，美国提出的c d m a 2 0 0 0 和中国提出的 t d s c d m a 。t d s c d m a 是由中国无线通信标准化组织( c w t s ) 提出并 得到i t u 通过的3 g 无线通信标准l 1 儿1 ；作为三大3 g 标准之一，t d s c d m a 在我国通信发展史上具有里程碑的意义，是整个中国通信业的重大突破。 t d s c d m a 标准系统设备由于技术上具有独特性和在我国拥有庞大 的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，核心网投入研发的有 北电、中兴、西门子、华为、普天、阿尔卡特等厂商；接入网方面有大唐、 中兴、普天、u t 、华为、西门子等厂商都在大力推动t d s c d m a 的产业 化进程。 中国的3 g 对于现在的2 g 运营商以及未来新的移动运营商提供了巨大 的市场，也提供了严峻的挑战。网络建设将是运营商所面临的首要任务。 运营商在强力扩展其移动通信网络覆盖和发展用户的过程中，为了追求速 度和用户数量，对移动通信网络的优化忽视了，用户对移动通信的投诉也 越来越多，如网络盲区、用户通话单通、掉话等用户投诉越来越多，各移 动运营商为了提高用户忠诚度和满意度，在网络建设完成后，投入了巨资 进行移动通信网络的优化工作，其首要目标是建设可运营和可管理的高效 移动通信网络，满足客户的需求。 对于移动通信运营商来说，随着中国加入w t o 以及运营商之间竞争 的加剧，网络的质量已经成了决定其命运的根本要素。网络优化正成为移 动通信运营商未来的工作重点。移动通信网络优化同时也正在成为通信制 造业的一个新的赢利点。据预测，2 0 0 4 年，中国移动通信运营商在网络优 化上的投资将达到8 1 8 亿元人民币。进入3 g 的时代，网络质量的稳定更 是话音、数据顺利传输的必要保证。网络的维护管理和优化十分重要，包 括通信质量监测、故障定位和分析、话务统计和分析、用户追踪和资源调 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 配等。 1 23 g 网络测试的需求和应用 随着3 g 的不断发展，3 g 网络规划与优化的细节问题逐渐被提到各运 营商的议事日程上。对于可能采用w c d m a 或t d s c d m a 系统体制的运 营商来说，最关心的是如何快速建设一张高性价比的移动通信网络，即有 较高的网络容量、良好的无线覆盖，可有效保证用户的多媒体业务及q o s ( 业务质量) 需求的网络。 除此之外，运营商还希望在容量、覆盖范围及业务质量三者之间寻求 最佳的平衡，因此，w c d m a t d s c d m a 系统必须采用可满足这些需求 的新技术。 对于运营商和设备厂商来说，在3 g 网络大规模部署、设备和终端大 规模生产之前，通过3 g 测试仪表测试解决不同厂家3 g 设备的互联互通问 题以及定位网络中潜在的问题是非常必要的。 在3 g 网络部署和实施的生命周期中，根据不同阶段的测试需求和应 用，3 g 铡试主要可分为：网络维护和故障诊断测试、网络优化测试。 1 2 13 g 网络维护和故障诊断测试 对网络故障进行快速诊断并降低网络中断时间是3 g 信令测试系统的 主要用途之一。当3 g 系统发生故障时，需要使用测试仪表接入关键的信 令链路监测点，并进行协议测试和分析。通常来说，3 g 网络故障主要可 分为两大类：无线接入网( u t r a n ，u n i v e r s a l t e r r e s t r i a l r a d i o a c c e s s n e t w o r k ) 侧故障或核心网( c n ，c o r e n e t w o r k ) 侧故障。由于3 g r a n 的网络结构 和协议同2 g 系统相比有了较大的变化，因此比较容易出现问题；而3 g 核 心网同2 g 系统基本相同，因此出现问题的概率相对比较小。由于i u b 和 i u 接口是3 g r a n 中最重要的测试接口，一般来说需要同时对这两个接口 进行数据采集和关联性分析。常见的3 g 网络故障主要包括：网络接入故 障、话务指标、功率控制、切换、漫游、手机终端和3 g 网络的配合等问 题。 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 2 23 g 优化测试 近年来，通过信令测试来进行无线网络优化已经越来越受到运营商的 青睐和重视。网络优化测试同故障诊断测试存在较大的差别，它具有几个 明显的特点：1 ) 它属于一种预防性维护方式，在开始网络优化时，网络 并不一定存在明显的问题；2 ) 网络优化一般不是针对某个或某几个终端 进行信令分析；3 ) 网络优化通常需要收集大量数据，然后通过对一系列 关键性能指标( k p i ) 的统计，来分析网络中存在的潜在问题。由于这些 问题可能会导致网络服务质量下降，工程师正是通过优化这些指标来不断 提高网络的服务质量。4 ) 对长期采集的海量数据进行自动分析，对网络 优化的工作效率也是非常重要的。 1 33 g 网络测试仪研究现状 目前市场上的3 g 测试仪表主要是针对无线部分的频谱分析仪、无线 综合测试仪、3 g 测试信号源，以及信令分析仪等，其信令分析仪主要是 针对c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 的。这些产品的国外制造商有美国的安捷伦 ( a g i l e n t ) 、泰克( t c k t r o n i e ) 等，国内主要制造商有中创信测( z c t t ) 。 国外测试仪器不但价格昂贵，而且不能及时满足特殊客户群体需求。而作 为3 g 的三大主流标准之一的t d s c d m a 系统。目前还没有相应的信令测 试仪表和相关测试方法。因此，有必要开发基于t d s c d m a 系统的3 g 移 动核心网、接入网相关接口信令监测的信令仪表，对协议栈进行解析，提 取有关参数，便于移动通信网维护人员解决t d s c d m a 网络维护、优化 工作中的实际问题。另外一方面，第三代移动通信网给运营商在业务监控、 优化和网络质量控制上提出了新的挑战，也对设备商、第三方优化厂商提 出了更高的要求。 事实上，网络优化就是对运行中的网络进行参数采集和数据分析，找 出影响网络质量的原因，采取改进措施使网络达到最佳运行状态，保证网 络资源获得最佳效益。目前的维护管理手段有两种，一是从系统的网管中 心获得运行参数，二是通过专用测量仪表采集数据，通过大量测试分析得 出优化方案来维护网络。本文将基于第二种手段进行研究分析。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 4 本文的主要研究方向和内容概要 1 4 1 本文的研究方向 第三代移动通信技术不仅带来了丰富的业务类型，更高的速率，同时 也带来了网络规划和优化的复杂性。如何评价和衡量网络性能是否达到了 设计的要求，如何最佳的规划和优化一个网络，不仅需要技术，还必须有 工具来辅助实现。业务分析是网络优化的重要手段，它对反映网络状况， 体现网络性能指标起到直接的测量评估作用，并能指出网络问题所在 t d s c d m a 信令分析仪软件部分根据模块化特点特点可以分为以下 功能模块：主控模块、数据采集模块、消息解码模块、业务分析模块、消 息过滤处理模块、呼叫合成模块。各模块主要功能将在后面章节详细介绍。 本文正是对t d s c d m a 网络测试仪其中的业务统计分析模块进行详细设 计和开发 1 4 2 研究内容概况 本文首先对第三代移动通信系统作了简要概述，然后在此基础上，对 t d s c d m a 网络测试仪的功能和软件部分的开发流程做了详细描述。信令 测试仪的实现方法采用模块化、多线程和动态链接库技术。主控模块作为 中央控制部件，根据从各接口读取的数据和用户的操作请求，控制和调用 其他功能模块，完成程序中线程的调度。然后，作者对业务分析模型做了 分析和研究，尤其是对关键性能指标k p i 做了详细的分析和研究，由此引 出了t d - s c d m a 网络测试仪业务分析模块设计的必要性。在接下来的章 节里，重点介绍了业务分析模块的详细设计方案，具体包括设计流程、接 口设计、参数设置等。 1 4 3 论文的组织结构 通过查阅大量的文献和资料，结合作者参与的国家。8 6 3 ”重大项目 “t d - s c d m a 网络测试仪的研究与实现”的软件部分研发方案和实际开展 过程，本文紧紧围绕t d - s c d m a 网络测试仪中的业务分析模块进行展开。 在分析介绍第三代移动通信的基础知识的基础上，针对t d s c d m a 网络 4 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 测试仪中的业务分析模块进行了详细研究和设计文章的具体章节安排如 下： 第一章，绪论。介绍了课题的研究背景和现状，以及论文的主要研究 内容。 第二章，第三代移动通信技术概述。介绍了第三代移动通信发展、技 术和u t r a n 基本结构，本章是后续工作的重要理论依据。 第三章，t d s c d m a 网络测试仪结构和总体设计。详细介绍了 t d s c d m a 网络测试仪的主要结构，开发流程和主要模块的功能，旨在对 t d s c d m a 网络测试仪有一个详细的了解，特别是业务分析模块在整个仪 表中的重要作用。 第四章，业务分析模型的研究。首先介绍了业务模型的具体分类，然 后根据课题的特点选取k p i 作为重点描述对象。之后详细描述了k p i 的具 体实现方式，为第五章业务分析模块的设计打下了理论基础。 第五章，业务分析模块的设计与实现。详细分析了业务分析模块实现 的目标，方案的选取，接口的定义，模块的具体实现过程和最后达到的效 果，并且结合少量数据对该模块进行了测试，为模块在整个仪表中的可行 性奠定了一定的实践基础。 第六章，总结与展望。根据对现有实现的模块在测试中出现的问题， 提出了不足，为后续模块优化作了准备。 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d s c d m a 移动通信系统接口分析 第二章t d s c d m a 移动通信系统接口分析 2 1 第三代移动通信概述 第三代移动通信系统最早由国际电信联盟i t u 于1 9 8 5 年提出，当时称 为f p l m t s 未来公共陆地移动系统【jj 。后来由于i t u 预计该系统在2 0 0 0 年左 右投入商用，提供业务速率高达2 0 0 0 k b i t s ，而且该系统的一期主频段位于 2 0 0 0 m h z 频段附近，所以将其正式命名为i m t 2 0 0 0 i m t 2 0 0 0 系统包括地 面系统和卫星系统。 3 g 标准化分为核心网和无线接口两部分。i t u 最初的愿望是制定一个 统一的无线接口标准和一个公共的网络标准，但因种种原因无法实现，所 以i t u 提出了一个家族概念。核心网分别基于现有的第二代两大网络，即 g s mm a p 和a n s i 4 1 核心网来实现，而无线接口部分形成多个无线技术标 准正在不断融合和演进中。 目前i m t 2 0 0 0 中主要的无线传输标准以w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 以及 t d s c d m a 为主。另外还有两种t d m a 方式的i m t s c 和i m t f t 作为补充。 下面对三种主要的i m t 2 0 0 0 无线传输标准做简单的比较。 w c d m a 是一种直接扩频序列码分多址技术，信息速率被扩展成 3 8 4 m c h i p s ，然后在5 m h z 带宽内传送。它采用了多种技术保证q o s ，支持 同步异步基站运行模式，采用上下行闭环加外环功率控制方式，同时使用 开环和闭环发射分集方式，上下行采用四相移频键控调制( q p s k q u a t e r n a r yp h a s es h i f tk e y i n g ) ，支持t u r b o 编码及卷积码。 c d m a 2 0 0 0 是在i s 9 5c d m a 基础上提出的，它主要指c d m a 2 0 0 0 i x 和c d m a 2 0 0 0 3 x 。采用多载频码分多址方式，i x 仍然采用的i s 9 5c d m a 的无线传输方式，3 x 是1 x 的3 载波方式。c d m a 2 0 0 0 相对于i s 9 5 主要是增 加了导频，使反向可进行相干解调，相对于i s 9 5 提高信噪比2 - 3 d b 。同时 软切换使用相对门限代替绝对门限，在前向使用快速功控和发射分集，发 射也用t u r b o 码提高抗干扰能力，采用辅助信道多码传输方式提高数据速 率。 t d s c d m a 标准由中国提出，目前由于欧洲已经放弃了u t r a nt d d 方 式，所以t d - s c d m a 已经是唯一的t d d 方式的无线传输标准。t d s c d m a 采用了时分双工、上行同步、联合检测、智能天线和软件无线电等多项新 6 重庆邮电大学硕士论文第二章1 d s c d m a 移动通信系统接口分析 技术，由于采用时分技术，有利于上下行不对称业务的传输。表2 1 为三种 主要无线传输技术的比较。 表2 1三种主要无线传输技术的比较 u m t sw c d m ac d m a 2 0 0 0t d s c d m a 提出国家欧洲、日本美国、韩国中国 继承基础g s m i s 一9 5c d m ag s m 信道带宽5 m h z1 2 5 5 m h z1 6 m h z 码片速率 3 8 4 m c p s n + 1 2 2 8 8 m c p s1 2 8 m c p s 多址方式d s c d m ad s c d m a和d s c d m a m c c d m a和t d d 核心网g s m m a p a n s i 4 lg s m m a p 2 2t d s c d m a 技术特点 t d s c d m a 数字移动通信系统技术特点与标准化组织3 g p p 制订的 w c d m a 基本是一样的。t d s c d m a 由于采用了多种先进技术，所以与以 前的g s m 等移动通信方式相比具有以下的技术特点【4 】： ( 1 ) 更大的系统容量 t d s c d m a 由于自身的带宽较宽，抗衰落性能好，上下行链路实现相 干解调大幅度提高链路容量。t d s c d m a 系统采用快速功率技术使发射机 的发射功率总是处于最小的水平，从而减少了多址干扰。这些技术都提高 了系统容量，系统容量大使单用户设备成本降低，建设t d s c d m a 网络的 投资要比2 g 低。 ( 2 更多的业务种类 t d s c d m a 系统可以提供和开展的业务种类非常丰富，分为两大类： c s 域业务和p s 域业务。其中c s 域业务主要包括基本电信业务( 语音、特 服、紧急呼叫) ，补充业务，点对点短消息业务，电路型承载业务，电路 型多媒体业务，智能网业务；p s 域业务主要包括p s 域的短消息业务，移动 游戏，移动上网，视频点播，手机收发e m a i l ，智能网业务等。 ( 3 ) 更高的数据速率 具有支持多媒体业务的能力特别是支持i n t e m e t 务。现有的移动通信 7 重庆邮电大学硕士论文第二章t d s c d m a 移动通信系统接口分堑 系统主要以提供语音业务为主，一般能提供1 0 0 2 0 0 k b i t s 的数据业务， g s m 演进到最高阶段能提供3 8 4 k b i t s 的数据业务。而第三代移动通信的业 务能力将比第二代有明显的改进，支持话音数据和多媒体业务，并且可根 据需要提供宽带。第三代移动通信无线传输技术满足以下三种要求：即快 速移动环境最高速率达1 4 4 k b i t s ，室外到室内或步行环境最高速率达 3 8 4 k b i t s ，室内环境最高速率达2 m b i t s 。 ( 4 ) 更好的无线传输 无线信道是一种较恶劣的通信介质，由于它的特性难以预测，因此一 般根据实际测量的数据以统计的方法来表征无线信道的模型。通常认为其 具有莱斯或瑞利特性，其中瑞利衰落信道是最恶劣的移动无线信道，要在 衰落信道中实现良好的性能，采用分集技术非常关键。在t d s c d m a 中仿 真结果表明衰落信道情况下发射分集可以改善性能l2 d b ，因此通过采用 发射分集技术可以更有效地保证无线传输的质量。 在无线传输中频率选择性衰落和多径是一种普遍现象。t d s c d m a 是 宽带信号，带宽是5 m h z 。宽带信号可以更好地抗频率选择性衰落，保证 传输性能。另外，如果发射信号带宽比信道的相干带宽更宽，那么接收机 就能分离多径分量，由于t d s c d m a 的带宽更宽，因此它具有更好的多径 接收处理能力。 ( 5 ) 更高的语音质量 采用a m r 语音编码技术，语音传输速率最高达到1 2 2 k b i t s ( r 9 9 版 本) 。t d s c d m a 的带宽达到5 m h z 使得其具有更大的扩频因子，从而带 来更大的处理增益，同时宽带使其具有更强的多径分辨能力，改善r a k e 接收机性能。另外，t d s c d m a 采用发射分集技术有效改善下行链路的接 收性能，并通过交织编码技术和卷积编码技术来有效保证传输误码率。通 过采用这些技术使得t d s c d m a 网络语音质量接近固定网的语音质量。 ( 6 ) 更低的传送功率 t d - s c d m a 采用c d m a 技术通过扩频将窄带信号转换为宽带信号后 再进行发射。由于带宽达到5 m h z ，使得其扩频因子可以更高带来更大的 接收机处理增益，具有更高的接收灵敏度，终端需要的发射功率可以很低。 另外通过采用快速功率控制技术可以降低发射功率，软切换提高提高业务 信道接收增益也可以降低终端发射功率的要求，一方面可降低对电池的要 求，另一方面减小对人身体影响。 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d - s c d m a 移动通信系统接口分析 2 3t d s c d m a 接口分析 t d s c d m a 数字移动通信系统网络结构与标准化组织3 g p p 制订的 u m t s 网络结构是一样的。u m t s 与第二代移动通信系统在逻辑结构方面 基本相同。如果从功能上看，可以分成一些不同功能的子网主要包括核 心网( c n ) 和无线接入网( u m t s ) 两部分。核心网主要处理u m t s 内部 所有的语音呼叫、数据连接和交换，以及与外部其他网络的连接和路由选 择。无线接入网完成所有与无线相关的功能。这两个子网与用户终端设备 ( u e u s e r e q u i p m e n t ) 一起构成了完整的u m t s ，其系统结构和接口如图 2 1 所示： 核心网c n iu，一i u 叽圳 r n sr n s f 眦j i i 盯 。， l f z 飞- 弋 划划 划划 。7 f 图2 1t d s c d m a 移动通信网的组成和接口 c n 和u t r a n 之间是l u 接口，同g s m 的a 接口一样，i u 也是一个 开放接口，它将系统分成用于无线通信的u t r a n 和负责处理交换、路由 和业务控制的核心网两部分，一个核心网可以和几个无线网络控制器 ( r n c ，r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 相连，而任何一个r n c 和核心网之间 的i u 接口可以分成三个域：电路交换域( 1 u c s ) 、分组交换域( i u p s ) 和广播域( i u b c ) 。 ， i u b 接口是r n c 与n o d eb 之间的接口，用来传输r n c 和n o d eb 之 9 重庆邮电大学硕士论文第二章t d s c d m a 移动通信系统接旦逝 间的信令及无线接口的数据。i u b 接口主要功能为管理i u b 接口的传输资 源、n o d cb 逻辑操作维护、传输操作维护信令、系统信息管理、专用信道 控制、公共信道控制和定时以及同步管理。 i u r 接口是两个r n c 之间的逻辑接口，用来传送r n c 之间的控制信 令和用户数据。i u r 接口也是一个开放接口，它的主要功能是支持具体的 r n c 之间的移动性、支持公共信道业务、支持专用信道业务和支持系统管 理过程。 u u 接口位于u t r a n 与用户设备( u e ) 之间，也叫作无线接口。 2 3 1u t r a n 结构描述 u t r a n 由若干个通过i u 接口连接到c n 的无线网络子系统( r n s ， r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m ) 组成。其中一个r n s 包含一个r n c 和一个或多 个n o d e b ，而n o d e b 通过i u b 接口与r n c 相连接。 l 、1 u 接口的支持能力 c n 和u t r a n 之间是i u 接口，i u 也是一个开放接口，它将系统分成 用于无线通信的u t r a n 和负责处理交换、路由和业务控制的核心网两部 分，一个核心网可以和几个r n c ( 无线网络控制器) 相连，而任何一个 r n c 和核心网之间的i u 接口可以分成三个域：电路交换域( i u c s ) 、分 组交换域( i u p s ) 和广播域( 1 u b c ) 。i u 接口的主要功能为：无线接入承 载的建立、维护和释放过程；系统内切换、系统间切换和服务无线资源子 系统( s r n s ，s e r v i n g r a d i o n e t w o r ks y b s y s t e m ) 重定位过程；小区广播服 务过程；与特定u e 无关的一系列通用过程；为了用户特定信令管理，每 个u e 在协议等级上的分离过程；u e 和c n 之间n a s 信令消息的传递过 程：从c n 到u t r a n 请求的位置服务和从u r a n 到c n 的位置信息的传 递过程以及提供几个u e 同时接入到多个c n 域和分组数据流的资源预留 机制等。 2 、i u r 接口的功能 i u r 接口是两个r n c 之间的逻辑接口，用来传送r n c 之间的控制信 令和用户数据。i u r 接口也是一个开放接口，它的主要功能如下： ( 1 ) 传输网络的管理； ( 2 )公共传输信道的业务管理，包含公共传输信道的资源准备和寻 呼功能； 0 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d s c d m a 移动通信系统接口分析 ( 3 ) 专用传输信道的业务管理，也含无线链路的建立增加删除和测 量报告等功能； ( 4 ) 下行共享传输信道和t d d 上行共享传输信道的业务管理，包 含天线链路的建立、增加、删除和容量分配等功能； 。 ( 5 ) 公共和专用测量对象的测量报告 3 、i u b 接口能力 i u b 接口是r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ，无线网络控制器) 与n o d e b 之间的接口，用来传输r n c 和n o d eb 之间的信令及无线接口的数据， 主要功能有以下几点： ( 1 ) 与信令相关的无线应用； ( 2 ) i u b 的d c h 数据流： ( 3 ) i u br a c h 数据流： ( 4 ) i u b f a c h 数据流； ( 5 ) i u bd s c h 数据流； ( 6 ) i u bu s c h 数据流和i u bp c h 数据流。 2 3 2 无线接口总体描述 无线接口的协议结构如图2 2 重庆邮电大学硕士论文第二章t d - $ c d m a 移动通信系统接口坌衍 图2 2 无线接口协议结构 无线接口分为三个协议层：物理层( l 1 ) 、数据链路层( l 2 ) 、和网络 层( l 3 ) 。l 2 被进一步分为媒体接入层( m a c 。m e d i a a c c e s sc o n t r 0 1 ) 、无 线链路控制层( r l c 。r a d i ol i n kc o n t r 0 1 ) 、分组数据会聚协议层( p d c p , p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 ) 和广播多点传送控制层( b m c ， b r o a d c a s t m u l t i c a s tc o n t r 0 1 ) 。 l 3 和r l c 分为控制平面和用户平面，p d c p 和b m c 仅位于用户平面。 在控制面l 3 被分为几个子层。位于最底的子层被称为无线资源控制层 ( r r c ) ，它属于接入层，终止于u t r a n 。r r c 之上的子层提供“复制避 免( d u p l i c a t i o na v o i d a n c e ) ”功能，它终止于c n ，向高层提高非接入层业 务。高层信令如移动管理( m m ，m o b i l i t y m a n a g e m e n t ) 和呼叫控制( c c 。c a l l c o n t r 0 1 ) 属于非接入层。 r l c 子层提供与无线传输技术紧密相关的自动重复请求( a r q ) 功能。 r l c 在控制平面和用户平面上没有差别。 图2 2 中的方框代表对应协议的一个实体。同层之间的业务接入点 ( s a p s ，s e r v i c ea c c e s sp o i n t ) 用圆圈在层与层之间的接口处标识。位于 m a c 和物理层之间的业务接入点提供传输信道。位于r l c 和m a c 之间 的业务接入点提供逻辑信道。在控制面里，复制避免和高层( 移动管理， 1 2 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d s c d m a 移动通信系统接旦坌堑 呼叫管理) 之间的接口被定义为通用控制、通知和专用控制业务接入点 从图2 2 中可以看到：在r r c 和r l c 、r r c 和m a c 、r r c 和l 1 、 r r c 和p d c p 以及r r c 和b m c 之间存在连接。r r c 通过这些接口控制 底层的配置。因此，在r r c 和每个底层( p d c p 、r l c 、m a c 和l i ) 之 间分别定义了一个独立的控制业务接入点。 2 3 3 非接入层主要功能和消息结构 非接入层属于核心网功能，它包括连接管理( c m ，c o n n e c t i o n m a n a g e m e n t ) 和移动性管理( m m ，m o b i l i t ym a n a g e m e n t ) 两个子层。按 支持的服务类型，u m t s 系统的非接入层可分为电路交换c s 和分组交换 p s 两个域。非接入层协议对u t r a n 是透明的( 即u t r a n 对其信息不进 行任何处理) ，和无线技术无关t z s j 。 m m 子层是网络层中的第二个子层，主要完成与用户的移动性相关的 一些功能，其主要功能可以表述如下： ( 1 ) 支持u e 的移动性。如向网络通知它当前位置，进行位置注册； ( 2 ) 支持u e 通信的安全性。如对用户身份进行保密和提供相应的 信息加密功能： ( 3 ) 向上层( c m 子层) 中的不同实体提供连接管理服务。包括m m 连接的建立，保持和释放，以及路由的功能。 c m 层是网络层的一个子层，主要是提供通信管理功能。按功能的不 同，它被进一步划分为4 个相对独立的功能实体：呼叫控制( c c ，c a l l c o n t r 0 1 ) 、会话管理( s m ，s e s s i o nm a n a g e m e n t ) 、附加业务( s s ，s u p p l e m e n t s e r v i c e ) 和短消息业务( s m s ，s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 。 c c 实体主要完成c s 域基本的呼叫管理功能，它是整个c m 层的核心。 s s 是电信业务的补充，基本功能是更改或增强电信业务。因此，它不 能独立存在，必须和某一个基本电信业务一起才能起作用 s m s 为u e 提供了一种机制，实现通过短消息中心再u e 和短消息实 体传递短消息。 n a s 层消息因此共分成五大类：移动性管理消息( m m ) 、呼叫控制 ( c c ) 和呼叫相关s s 消息、无线资源管理( r r 。r a d i or e s o u r c e ) 、g p r s 移动性管理消息( g m m ) 和g p r s 会话管理消息( g s m ) 2 4 j 。其中每一 大类中又可根据功能进行详细分类。具体每种消息的格式见如图2 3 。 重庆邮电大学硕士论文第二章t d - s c d m a 移动通信系统接口坌堑 图2 3n a s 消息格式 概括起来，每种消息由消息头和信息单元构成。消息头中的协议识别 符字段可以进行消息大类的判断，可以根据协议识别符编码进行识别；消 息类型字段则可以判断具体消息类型。为了实现解码函数的模块化，消息 解码函数由基本的信息单元解码函数组合而成。 具体消息由一个或多个信息单元组成，n a s 消息组成结构如表2 1 所 示。 表2 1n a s 消息组成结构 i e i信息单元o e )类型仔仕刀a格式长度 ( 信息单 元标识符) p r o t o c o lp r o t o c o imv1 2 d i s c r i m i n a t o r 协议d i s c r i m i n a t o r 协 识别符议识别符 s k i pi n d i c a t o r 跳s k i pi n d i c a t o r 跳 mv 1 ，2 跃指示跃指示 p t m s i m e s s a g et y p e 消 mv 1 r e a l l o c a t i o n 息类型 c o m p l e t em e s s a g e i d e n t i t yp t m s i 重分配完成消息 识别 对于上表，需要说明的是，信息单元的存在方式有三种。分别是：m ( m a n d a t o r y ，必选) 、0 ( o p t i o n a l ，可选) ，c ( c o n d i t i o n a l ，条件可选) 。 其中必选的信息单元必须存在于消息中，对于可选和条件可选的信息单元 可以根据信息单元识别符( i e i ，i n f o r m a t i o ne l e m e n ti d e n t i f i e r ) 的值来标识 其存在性。因此，i e l 只对可选和条件可选的信息单元有意义。 1 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章t d s c d m a 移动通信系统接口分析 所有信息单元长度单位为字节，最小长度为1 1 2 字节，最大长度不限。 信息单元格式如表2 2 所示： 表2 2 信息单元格式 格式含义i e i 存在与否l i 存在与否值存在与 否 t ( t y p e ) 类型是否否 v ( v a l u e )值 否否是 t v ( t y p ea n d 类型和值是 否 是 v a l