（信号与信息处理专业论文）tdscdma网络测试仪——iub接口传输网络控制平面的研究与开发.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着第三代移动通信技术的高速发展以及3 g 在中国的即将商用，电 信运营厂商对配套通信网络测试系统及仪表设备的需求将不断增加，如何 研制出可靠性强准确性高的测试产品，使之能够在复杂多变的无线环境中 实现对网络及信令的准确监测与分析，从而有效地对网络进行维护，将是 测试设备研发机构及企业必须面对和解决的问题。本文在t d s c d m a 网 络测试仪的研究背景下，基于无线接入网相关接口协议栈的软件解决方 案，对i u b 接口传输网络控制平面的协议栈进行研究和分析。 本文首先概述了当前移动通信技术的高速发展，第三代移动通信标准 在中国指日可待的商用促进了对相关通信测试设备的极大需求，为测试产 品提供了广阔的市场空间第二章对第三代移动通信技术进行了简要介 绍，并重点分析了t d s c d m a 标准的优势，该标准具有t d d 提供非对称 业务、智能天线、联合检测、同步c d m a 和软件无线电等技术特点第三 章介绍了u t r a n 无线接入网的网络结构、功能和各接口分布，重点说明 了i u b 接口传输网络控制平面的功能以及该平面的协议栈分层结构。第四 章结合t d s c d m a 网络测试仪的软件开发，对协议分析方法进行了说明， 从软件实现盼角度描述了协议栈的分层以及数据的封装关系。第五章通过 结合协议标准，对i u b 接口传输网络控制平面的s s c o p 协议的解码方案进 行了详细说明。第六章重点描述了i u b 接口传输网络控制平面a l c a p 协 议的解码及仿真方案，从用户需求、协议分析、程序流程、代码编写、信 令交互等多角度对a l c a p 协议在测试仪中的设计进行了详细讲解。 关键词：t d s c d m a ，a l c a p ，协议，信令，解码 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 eh i g hs p e e dd e v e l o p m e n to f3 4g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g ya n dt h ea p p r o a c hc o m m e r c i a lu s eo f3 gi nc h i n a ，t h e r ew i l lb ea c o n t i n u o u sd e m a n dt oc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kt e s t i n gs y s t e ma n de q u i p m e n t f r o mt e l e c o m m u n i c a t i o nc o m p a n i e s 。t h e r e f o r e ，h o wt od e s i g na n dp r o d u c e t e s t i n gp r o d u c t sw i t hh i g hd e p e n d a b i l i t y a n dv e r a c i t y ，h o wt o p r o v i d e e f f e c t i v ea n a l y z i n gm e t h o dt om a i n t a i nt h en e t w o r ki nc o m p l i c a t e da n d v a r i a b l ee n v i r o n m e n t ，i si m p o r t a n ti s s u et h o s et e s t i n ge q u i p m e n ta g e n c ya n d c o m p a n ym u s tc o n f r o n tw i t ha n dr e s o l v e w i t ht h er e s e a r c hb a c k g r o u n do f t d s c d m an e t w o r kt e s t e r i no r d e rt op u tf o r w a r das o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o n s c h e m eo fu t r a ni n t e r f a c e ，t h i sp a p e rm a k ear e s e a r c ha n da n a l y s i st ot h e p r o t o c o ls t a c ko ft r a n s p o r tn e t w o r kc o n t r o lp l a n ei ni u bi n t e r f a c e t h i sp a r l e rf i r s td e s c r i b et h ef a s td e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u e ，a p p r o a c hc o m m e r c i a lu s eo f3 gs t a n d a r di nc h i n ap r o m o t e sg r e a t n e e dt ot e s t i n gp r o d u c t sa n dp r o v i d e sav e r yl a r g em a r k e t t h es e c o n dc h a p t e r i n t r o d u c e st h e3 州g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l y m e n t i o n st h ea d v a n t a g eo ft d s c d m at e c h n i q u e 、s u c h a st d dm o d e ， i n t e l l i g e n ta n t e n n a ，s - c d m aa n d s o f t w a r ew i r e l e s s t h et h i r dc h a p t e r d e s c r i b et h es t r u c t u r e ，f u n o t i o na n di n t e r f a c eo fu t r a n ，e s p e c i a l l yd e s c r i b e t h ei u bi n t e r f a c ea n di t sp r o t o c o ls t a c k t h ef o u r t hc h a p t e rs t u d yt h es o f t w a r e a n d p r o t o c o la n a l y z i n gm e t h o d s u s e di nt h e d e v e l o p m e n tp r o c e s s o f t d s c d m at e s t e r , d e s c r i b et h el a y e ro fp r o t o c o ls t a c ka n de n c a p s u l a t i o no f d a t a t h ef i f t hc h a p t e re x p l a i n st h ed e c o d es c h e m eo fs s c o pp r o t o c o li nl u b i n t e r f a c e t h es i x t hc h a p t e rf o c u s0 nt h ed e c o d ea n de m u l a t i o ns c h e m eo f i m p o r t a n ta l c a pp r o t o c o li nl u bi n t e r f a c e ，i td e s c r i b et h ed e s i g nm e t h o di n d e t a i lf r o mm u l t ip e r s p e c t i v es u c ha sd e m a n do fu s e r ，p r o t o c o la n a l y s i s ， p r o g r a m m i n gf l o w , c o d ew r i t i n ga n ds i g n a l i n gi n t e r a c t i o n k e yw o r d s ：t d s c d m a ，a l c a p , p r o t o c o l ，s i g n a l i n g ，d e c o d e 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，也不包含为获得重废 邮电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。 学位论文作者蟓钒蜂 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废邮电太堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门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整电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、汇编学位论文 ( 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：褫埤 l 签字日期：z 一奢1 7 年 6 月弓日 导师签名：弓葶治中 签字日期：1 t 叼年b 月f 日 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 通信业的飞速发展在为设备制造商及运营商带来效益的同时，也为测 试设备厂商提供了巨大的市场空间。而3 g 技术的日新月异更是让测试设 备厂商看到了美好的前景。目前，国内外厂商的测试仪表产品大多是针对 c d m a 和w c d m a 两大标准的，基于t d s c d m a 标准的成熟测试产品还 不是很多，因此，测试领域面对的挑战是t d s c d m a 测试设备相对欠缺。 对于t d s c d m a 终端测试，市场上还缺少支持t d s c d m a 的协议一致性 测试仪、射频一致性测试系统和音频一致性测试仪，这在一定程度上将影 响t d s c d m a 手机的研发、型号批准和入网测试；对于t d s c d m a 网络 测试，目前市场上成熟的t d s c d m a 网络覆盖测试系统还不多，这将影 响t d s c d m a 网络的部署和优化由于三种标准共存，测试厂商需要提 供能支持这三个标准的测试解决方案。 随着中国t d 。s c d m a 标准的颁布，3 g 商用部署指日可待。t d s c d m a 与3 g p p 所推荐的其他3 g 标准不同，技术上的差异体现在智能天线、联 合检测、上下行链路同步、特殊帧结构等方面。另外由于t d s c d m a 是 中国提出的标准，在中国的发展也已经比较成熟。 目前，在我国3 g 测试设备的市场中，国外测试大厂占绝对优势，但 其相对较高的价格让国内用户在享受其优质的服务和高精度测试之余，盼 望着价格能有所降低。因此，对于中国测试厂商来说，是个难得的机会。 t d s c d m a 是中国提出的标准，在国内，符合t d s c d m a 标准的网络设 备、系统以及终端都已经有非常成熟的解决方案，而针对t d s c d m a 标 准进行多协议、多业务测试的配套测试设备却一直处于滞后的境地，为了 尽快填补这个空缺，各研究所和相关企业正抓紧这方面的开发研究，渴望 能够用高质量的测试仪表来填补这块市场空白。 重庆邮电大学硕士论支第一章绪论 1 2 研究目的和意义 在3 g 网络的u t r a n 无线接入网内，有i u b 。i u r 和i u 三大接口【， t d s c d m a 网络测试仪的测试主要就是针对这些接口的，仪表协议分析的 基础是要能够实现对所收到数据的解析，即解码，而解码是针对3 大接口 的所有协议栈进行的，接口内按逻辑又分成了用户平面、传输网络平面和 无线网络平面。仪表的协议模块总体就按照接口和各个接口包含的平面分 成了有机结合的几个独立部分，本文研究的对象是i u b 传输网络层的协议 栈，它的结构由低向上包含a a l 5 层、s s c o p 协议层、s s c f u n i 层、s t c 层和a l c a p 层1 2 j ，从功能上来说，该协议栈要用来实现传输网络控制面 消息的解码，比如用来建立a a l 2 连接的e r q 消息，该消息属于a l c a p 协议，但从数据的角度它是作为净菏封装在下层协议中的，因此协议栈的 分层解码就实现了数据的解封装，从而获取到对于信令分析非常关键的高 层协议信息。鉴于模块功能的重要性，以及仪表自身对协议分析完整性的 要求，说明该模块的设计和实现是必要的，有意义的。 1 3 论文结构 本文共分七章，各章的内容安排如下： 第一章介绍亍第三代移动通信测试技术的发展和研究现状，以及相关 产品的市场前景，并阐述了t d s c d m a 网络测试仪的研究目的和意义。 第二章对第三代移动通信技术进行了概述，特别介绍了t d s c d m a 系统的基本参数和技术特点，并介绍了t d s c d m a 系统的网络结构。 第三章对无线接入网u t r a n 的网络结构，接口以及功能进行了介绍 和说明，并着重强调了i u b 接口传输网络控制平面的结构和功能。 第四章从网络测试仪的角度对协议栈以及信令分析的解决方法进行 了简要说明。 第五章介绍了i u b 接口传输网络控制平面中的s s c o p 协议的解码实现 方法。 第六章介绍了l u b 接口传输网络控制平面中的核心协议a l c a p 的解 码实现方法和仿真设计方案 第七章总结了本文所做工作，并探讨了进一步的研究方向。 2 重庆邮电大学硕士论文第二章第三代移动通信系统概述 第二章第三代移动通信系统概述 2 1 第三代移动通信系统 3 g 是英文3 r dg e n e r a t i o n 的缩写，指第三代移动通信【3 1 。相对第一代 模拟制式手机( 1 g ) 和第二代g s m 、t d m a 等数字手机( 2 g ) ，第三代手机是 指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它 能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话 会议、电子商务等多种信息服务。 在3 g 系统所要实现的目标中，最核心的问题是要高效地提供不同环 境下的多媒体业务并实现包含水、陆、空的全球覆盖。因而，它要求实现 多种网络的综合：无线网与无线网的综合；移动网与固定网的综合；陆地 网与卫星网的综合等等，它同时要能适应多种业务环境，且与第二代移动 通信系统兼容，以便于平滑升级。对于通信终端而言，它面对的是多种网 络的综合系统，因而需要实现多频多模式终端。 为了满足未来业务的需求，相对于现在的移动通信系统，3 g 系统应 具有下列功能： 提供更大的通信容量和覆盖范围【4 】 第三代移动通信系统提出的宽带c d m a 可以使用更宽的信道或在小 区中使用更多的载频，从而可以提供更大的小区容量。由于带宽更大，还 可改善频率分集效果，从而降低衰减，为用户提供更好的统计平均结果。 频带更宽还可改善功率控制精度，迸一步抵消衰减的影响。此外，第三代 移动通信系统使用的多项新技术( 如智能天线、联合检测等) 可以提高解 调增益，增大系统的覆盖范围，在保证用户服务质量的前提下，提供更大 的通信容量。 具有可变的高速数据率 第三代移动通信系统同时支持无线接口不同的高低数据比特率。在快 速移动环境下，最高数据率达1 4 4 k b i t s 在室内环境下，最高数据率达 2 m b i t s ；在室外到室内或步行环境下，最高数据率达3 8 4 k b i t s 。这种数据 率不仅可支持普通话音，还可支持多媒体数据，可满足具有不同通信要求 的各类用户的需要通过使用可变正交扩频码可实现可变高速数据率，也 使得发射机输出功率的自适应季导以实现。 重庆邮电大学硕士论文第二章第三代移动通信系统概述 同时提供高速电路交换和分组交换业务 5 - 7 1 虽然在窄带c d m a 与g s m 移动通信业务中，也能提供电路交换和分 组交换，但两者却很难同时提供，而3 g 系统的协议层设计可以很方便地 解决这一难题。每个终端均可同时使用多种业务，因而可使用户在连接到 局域网的同时还能够接收话音呼叫，同时进行话音通信和收发数据。分组 交换所提供的与主机始终“联机”而不占用专用信道的特性，可以实现只 根据用户所传输数据的多少来付费。在专用信道上，也支持大型或比较频 繁的分组。 具有高的频谱利用率 目前，各国蜂窝移动通信已有了很大发展，但系统容量仍满足不了需 求。解决移动通信的容量问题成为当务之急，而解决系统容量的最有效途 径就是提高现有频谱的利用率。相对于2 g 系统，3 g 系统的频谱利用率有 了普遍提高，特别是我国提出的t d s c d m a 技术，由于从一开始就采用 了智能天线和多用户联合检测技术，因而可以提供比其他3 g 系统更高的 频谱利用率。 除了上述的特点，3 g 系统还有许多其他优点，如提供更加可靠的信 道编码、灵活配置的传输信道和逻辑信道、支持多种话音编码方案、为用 户提供更为灵活的接入服务等。此外，3 g 系统还继承了容易通过使用软 件无线电实现窄带c d m a 系统、话音质量高、手机功耗小等优点。 2 2t d s c d m a 系统概述 1 9 9 8 年6 月3 0 臼，经信息产业部批准，电信科学技术研究院( c a t t ) 代表中国向国际电联提交了第三代移动通信传输技术t d s c d m a 标准提 案。从而成为i m t - 2 0 0 0 的1 5 个候选方案之一。 1 9 9 9 年5 月中国无线通信标准研究组( c w t s ) 作为代表中国的区域 性标准化组织加入3 g p p 。 1 9 9 9 年1 1 月初，在赫尔辛基举行的国际电联( i t u r ) 会议上， t d s c d m a 的标准提案被写入3 ( 3 无线接口技术规范的建议中。 1 9 9 9 年1 2 月在法国尼斯的3 ( 3 p p 会议上，我国的提案被3 ( 3 p pt s ( 3 ( 技 术规范组) 和r a n ( 无线接入网) 全会所接受，正式确定将t d s c d m a 纳入到r e l e a s e 2 0 0 0 ( 后拆分为r 4 和r 5 ) 的工作计划中，并将t d s c d m a 简称为l c r t d d ( 低码片速率t d d 方案) 。 2 0 0 0 年5 月，在土耳其召开的国际电联2 0 0 0 年全会上，t d s c d m a 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章第三代移动通信系统概述 被批准为国际电联的正式标准。 2 0 0 1 年3 月，t d s c d m a 标准被3 g p p ( 第三代移动通信伙伴项目) 接纳。又因为西门子公司宣布放弃u t r at d d 的研发，转而支持 t d s c d m a 系统，t d s c d m a 因此成为当前3 g 系统中事实上唯一t d d 标准【1 1 。， 至此，t d s c d m a 不论在形式上还是在实质上，都已在国际上被广大 运营商、设备制造商所认可和接受，形成了真正的国际标准 t d - s c d m a 系统是t d m a 和c d m a 两种基本传输模式的灵活结合， 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。在3 g p p 内部，它也被称为低码片速率t d d 工作方式( 相对于 3 8 4 m h z 的u t r a t d d ) 。系统的无线接口参数见表2 1 。 表2 it d s c d m a 系统无线接口参数 空中接口规范参数参数内容 复用方式 t d d 基本带宽 i 6 m h z 每载波时隙数 1 0 ( 其中7 个时隙被用作业务时隙) 码片速率 。 1 2 8 m c h i p s 无线桢长l o m s ( 每个l o m s 的无线桢被分为2 个5 a s 子桢) 信道编码卷积编码、t u r b o 码等 数据调制q p s k 和8 p s k ( 高速率) 扩频方式q p s k 功率控制开环+ 闭环功率控制，控制步长l d b 、2 d b 或3 d b 功率控制速率2 0 0 次s 智能天线在基站端由8 个天线组成天线阵 基站间同步关系 同步 多用户检测使用 业务特性 对称和非对称 支持的核心网 g s m - m a p t d s c d m a 系统特别适合于在城市人口密集区提供高密度大容量话 音、数据和多媒体业务。系统可以单独运营，以满足e t s i u m t s 和 i t u i m t - 2 0 0 0 的要求，也可与其他无线接入技术配合使用。例如，在城市 重庆邮电大学硕士论文 第二章第三代移动通信系统概述 人口密集区，使用t d s c d m a 技术，而在非人1 ：3 密集区，。则使用g s m 、 w c d m a 或卫星通信等来实现大区或全球的覆盖。下面介绍t d s c d m a 系统的主要特点【”。 2 2 1 t d d 方式便于提供非对称业务【8 。9 】 工作在t d d 模式下的t d s c d m a 系统在周期性重复的时间周期里传 输基本t d m a 突发脉冲，通过周期性地转换传输方向，在同一载波上交替 进行上、下行链路传输。t d d 方案的优势在于系统可根据不同的业务类型 来灵活地调整链路的上、下行转换点。在传输对称业务，如话音、交互式 实时数据业务时，可选用对称的转换点位置：在传输非对称业务时，可在 非对称的转换点位置范围内选择，从而提供最佳频谱利用率和最佳业务容 量。t d d 模式的另一优势就是系统无需使用成对的频段，而可以使用f d d 系统无法使用的频段。 2 2 2 智能天线 t d s c d m a 系统的上、下行信道使用同一载频，上、下行射频信道完 全对称，从而有利于智能天线的使用。智能天线系统由一组天线阵及相连 的收发信机和先进的数字信号处理算法构成。在发送端，智能天线根据接 收到的终端到达的信号在天线阵上产生的相位差，利用先进的数字信号处 理算法提取出终端的位置信息，根据终端的位置信息。有效地产生多波束 赋形，每个波束指向一个特定终端并自动地跟踪终端移动，从而有效地减 少了同信道干扰，提高了下行容量。空间波束赋形的结果使得在保持小区 覆盖不变的情况下，可以极大地降低总的射频发射功率，一方面改善了空 间电磁环境，另一方面也降低了无线基站的成本在接收端，智能天线通 过空间选择性分集，可大大提高接收灵敏度，减少不同位置同信道用户的 干扰，有效合并多径分量，抵消多径衰落，提高上行容量。 智能天线无法解决的问题是时延超过码片宽度时产生的多径干扰和 高速移动时产生的多普勒效应造成的信道恶化。因此，在多径干扰严重的 高速移动环境下，智能天线必须和其他抗干扰的数字信号处理技术同时使 用，才可能收到最佳效果。这些数字信号处理技术包括联合检测、干扰抵 消及r a k e 接收等。 6 重庆邮电大学硕士论文第二章第三代移动通信系统概述 2 2 3 联合检测 t d s c d m a 系统是干扰受限系统系统干扰包括多径干扰、小区内多 用户干扰和小区间的干扰。这些干扰破坏了各个信道的正交性，降低了 c d m a 系统的频谱利用率。传统的r a k e 接收机技术把小区内的多用户干 扰当作噪声处理，而没有利用该干扰不同于噪声干扰的独有特性。联合检 测技术即“多用户干扰”抑制技术，是消除和减轻多用户干扰的主要技术， 它把所有用户的信号都当作有用信号处理，这样可充分利用用户信号的扩 频码、幅度、定时、延迟等信息，从而大幅度降低多径多址干扰，但同对 也存在多码道处理过于复杂和无法完全解决多址干扰等问题。将智能天线 技术和联合检测技术相结合，可获得较为理想的效果。t d s c d m a 系统采 用的低码片速率有利于各种联合检测算法的实现。 2 2 4 同步c d m a 同步c d m a 指上行链路各终端发出的信号在基站解调器处完全同步， 它通过软件及物理层设计来实现，这样可使正交扩频码的各个码道在解扩 时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步c d m a 多址技术由于 每个移动终端发射的码道信号到达基站的时间不同，造成码道非正交所带 来的干扰问题，提高了t d s c d m a 系统的容量和频谱利用率，还可简化 硬件电路，降低成本。 2 2 5 软件无线电 l 软件无线电【1 0 0 1 1 是利用数字信号处理软件实现传统上由硬件电路来 完成的无线功能的技术，通过加载不同的软件，可实现不同的硬件功能。 在t d s c d m a 系统中，软件无线电可用来实现智能天线、同步检测、载 波恢复和各种基带信号处理等功能。其优点如下： 通过软件方式，灵活完成硬件功能： 具有良好的灵活性及可编程性； 可代替昂贵的硬件电路，实现复杂的功能； 对环境的适应性好，不会老化 便于系统升级，降低用户设备费用 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章第三代移动通信系统概述 除此以外，t d s c d m a 还有许多其他优点，如便于实现由g s m 系统 的平滑过渡、能够支持各种并行承载等。 2 3t d s c d m a 系统网络结构3 】 t d s c d m a 网络由c n 、u t r a n 和u e3 个部分组成，其结构如图2 1 所示。c n 和u t r a n 之间的接口称为i u 接口，u t r a n 和u e 之间的接口 称为u u 接口，即空中接口。 图2 1t d s c d m a 网络结构【3 s 重庆邮电大学顼士论文第三章u t r a n 无线接入网结构以及接口概述 第三章u t r a n 无线接入网结构以及接口概述 3 1u t r a n 网络结构 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 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 c b ，而n o d e b 通过i u b 接 口与r n c 相连接。n o d e b 应该可以支持f d d 模式、t d d 模式或者以上2 个模式都支持。并且，对t d d 模式下的一个小区来说，应该支持码片速 率为3 8 4 m c h i p s 或1 2 9 m c h i p s 的一种。 在u t r a n 内部，r n c 之间通过i u r 接口进行信息交互，i u 和i u r 是 逻辑接口，f u r 接口可以是r n c 之间的直接物理连接，也可以通过任何合 适传输网络的虚拟连接来实现。u t r a n 内部结构如下图所示。 c x r e n c m o r k 上m上m i 鹏麟 1 1 r a n h 肫 i 敞 夕少 岐刿匕刿匕刿匕刿 图3 iu t r a n 内部结构1 1 2 l 3 2u t r a n 的f 功能和接口描述 u t r a n 的功能请见下表： 9 重鏖堕电叁堂亟主堡窒 第三章u t r a n 无线接入网结构以及接口概述 表3 1u t r a n 功能【1 2 功能概括分类 功能细分 用户数据传输功能 系统接入控制功能 无线信道的加密和解密功能 移动性管理功能 切换管理 s r n s 重定位 寻呼功能 u e 的定位 无线资源的管理和控制功能 无线资源的配置和操作 f 无线环境的测量 合并分离控制 连接的建立和释放 无线承载的分配和重分配 t d d 动态信道分配 无线协议功能 r f 功率控制 信道的编解码 初始随机接入的检测和处理 对非接入层消息的c n 域分配 t d d 的定时提前处理 l 对非接入层消息业务的特定功能 t d d 的上行同步功能 广播和多播功能 跟踪功能 流量报告功能 u t r a n 接口的通用协议模型如图3 2 所示u t r a n 分为无线网络层 和传输网络层。其中，u t r a n 的逻辑节点和他们之间的接口被定义为无 线网络层的一部分。传输网络层为用户平面传输、信令传输和特定的运行 与维护传输提供服务，而与u t r a n 特定的功能无关。其中，无线网络层 分为用户平面和控制平面，传输网络层分为传输网络用户平面和传输网络 控制平面。 1 0 重庆邮电大学硕士论文第三章u t r a n 无线接入网结构以及接口概述 r a d i o c o n t r o ip l a n e u s e rp l a n e n e h v o r k l a y e r i a p p l l ( = i a t i o n i良1 协l i p r o t3 c o li l s t r e i i m ( s ) l 一 。l lll t r a n s p o r t t r a n s p o r tn e t w o r k t r a n s p o r tn e t w o r kt r a n s p o r tn e t w o r k n e t w o r k u s e rp l a n e c o f t t f o ip l a n e u s e rp l a n e l a y e r a l c a p ( s ) s i g n a l l i n gs i g n a l l i n g d a t a b e a r e r ( s )b e a r e r ( s )b e a r e r ( s ) i p h y s i 高州 i 图3 2 u t r a n 接口的协议模型 无线网络层的控制平面包括应用协议和用于传输应用消息的信令承 载，在i u 接口上的应用协议是无线接入网络应用部分( r a n a p ) l l ”，负 责c n 和r n s 之间的信令交互在l u r 接口上的应用协议是无线网络子系 统应用部分( r n s a p ) d 4 ，负责2 个r n s 之间的信令交互。i u b 接口上的 应用协议是n o d c b 应用部分( n b a p ) i s 】，负责r n s 内部的r n c 与n o d c b 之间的信令交互在传输网络层，以上3 个接口都使用a t m 传输技术， 3 g p p 还建议可支持7 号信令的s c c p 、m t p 以及i p 等技术。无线网络层 的用户平面包括数据流和用于数据流传输的数据承载。传输网络控制平面 只在传输层，不包含任何无线网络层的信息它包含用于用户平面建立传 输承载( 数据承载) 所需的接入链路控制应用部分( a l c a p ) 协议和用于 a l c a p 的信令承载用户平面的数据承载和应用协议的信令承载都属于 传输网络用户平面 3 3i u b 接口协议的功能及协议栈结构 3 3 1l u b 接口协议功能 l u b 接口是r n c 与n o d c b 间的接口，是无线接入网内最重要的接口， 重庆邮电大学硕士论塞第三章u t r a n 无线接入网结构以及接1 ：3 概述 该接口及其无线协议具有以下功能。 i u b 传输资源的管理 下层的传输资源( a a l 2 连接) 由r n c 来建立和控制。 n o d e b 的逻辑o & m 逻辑o & m 是与控制逻辑资源( 信道、小区等) 相关的信令。这些逻 辑资源由r n c 管理和控制，但在物理上由n o d c b 来实现。内容主要包括 i u b 链路的管理、小区配置管理、无线网络性能测量、资源事件管理、公 共传输信道管理j 无线资源的管理和无线网络配置列表等功能。 实现特定o & m 传输 i u b 接口应该支持特定o & m 信息的传输功能。 系统信息管理 系统信息由c r n c 发送给n o d e b ，c r n c 可要求n o d e b 去自动建立和 更新与此n o d c b 相关的系统信息。系统广播信息的调度由c r n c 来进行， 调度信息总是由c r n c 发送到n o d c b 。n o d e b 根据调度信息把从c r n c 接收到的系统信息通过无线接口广播出去。 公共信道的业务管理 公共信道需要由r n c 控制，典型的如对r a c h 、d s c h 和f a c h 信道 的控制，以及对在广播控制信道上广播的信息和在寻呼信道上发送控制和 请求的信息的控制。 专用信道的业务管理 该功能包括n o d c b 主要执行的对数据流进行组合分离控制、切换的 判定、物理信道资源的分配、上下行链路功率控制、准入控制和功率及干 扰报告等。 共享信道的业务管理 共享信道由r n c 来控制，典型的是r n c 对d s c h 进行控制以及对 u s c h 的控制。主要包括信道的分配和重分配、功率控制，传输信道的管 理、动态物理信道的分配、无线链路的管理和数据传递等功能。 定时和同步管理 主要包括传输信道的同步、n o d e b 与r n c 之间的同步以及不同的r n c 之间的同步管理功能【m 17 1 。 3 3 2n o d e b 逻辑模型 图3 3 是i u b 接口中n o d e b 的逻辑模型。 重庆邮电太学堡迨窒第三章u t r a n 无线接入网结构以及接1 ：3 概述 。图3 3l u b 接口中n o d e b 的逻辑模型f 】q 该模型主要有3 个重要部分： 1 n o d e b 通信上下文 对工作在专用模式下的u e ，所需的专用或共享信道逻辑资源都包含 在对应的n o d e b 通信上、下文中。在t d d 模式下，若u e 工作在c e l lf a c h 模式，n o d e b 通信上下文也可以在已分配了u s c h 或d s c h 信道的用户中 存在。一个给定的n o d e b 中有多个n o d e b 通信上下文。 2 公共传输信道 公共传输信道是n o d e b 根据c r n c 的要求进行配置的。b c h 并不映 射到一个单一的数据端口上，它由n b a p 过程直接在n o d e b 的控制端传输。 r a c h 和f a c h 分别与一个i u b 的r a c h 数据端口和一个i u b 的f a c h 数 据端口相关联。l u b 的d s c h 数据端口和i u b 的u s c h 数据端口分别与一 条对应的d s c h u s c h 和一个n o d e b 通信上、下文相关联。 3 无线网络逻辑资源 c r n c 管理n o d e b 中的逻辑无线网络资源，它需要使用公共和专用资 源以运行无线网络因此，n o d e b 中这些资源的配置、重配置和删除都是 按c r n c 的要求进行的。如果n o d e b 的设备不完全支持c r n c 所要求的 配置请求，或某个设备出了故障，那么n o d e b 可以指明可用的公共资源。 公共资源指小区、公共物理信道和公共传输信道。 重庆邮电大学硕士论文 第三章u t r a n 无线接入网结构以及接口概述 3 3 3i u b 传输网络控制平面协议栈 a l c a p s t c s c c f u n i s s c o p a a l 5 a 刑 s t m l n 1 j - tq 2 6 3 0 2 1 1 1 j t q 2 1 5 0 2 i t u - t q 2 1 3 0 l t u - t q 2 1 l o 1 1 u ti 3 6 3 5 i t u ti 3 6 1 图3 4l u b 传输网络控制平面协议栈 如上图所示，。传输网络控制平面的协议栈从下到上由a t m 、a a l 5 、， s s c o p 、s c c f u n i 、s t c 以及a l c a p 协议所组成，整个协议栈采用a t m 方式【播”】，该协议栈所包含的协议都是标准协议。该协议栈中最重要的协 议是a l c a p ，它的作用是在r n c 的控制下进行用户平面a a l 2 连接的建 立，它在实际的信令流程中与n b a p 以及r a n a p 协议消息进行交互，从 而完成a a l 2 连接的建立和释放任务 1 4 重庆邮电大学硕士论文第四章t d - s c d m a 网络测试仪的协议栈开发方法概述 第四章t d s o d m a 网络测试仪的协议栈开发方法概述 4 1t d - s c d m a 网络测试仪软件总体方案n 9 。2 3 1 网络测试仪软件的基本设计概念是模块化设计1 9 1 和多线程实现。其中 模块化设计体现在软件主控模块对相关协议模块，高级功能模块进行统一 控制和调度，协议模块中各个协议采用动态链接库【2 3 1 单独实现，彼此互不 影响，优势是方便系统集成，降低软件耦合度，易于维护和升级。 4 1 1 总的数据处理流程 首先测试数据经“数据读取”过程进入内存，再经过简单的处理，如 分配i d 、合成绝对时间标签等，然后按一定格式保存在数据缓存中；缓存 中的数据经过一个粗解码过程，它对消息进行分类，并为该数据单元生成 一个索引，它包含该数据单元在缓存中的位置及其长度、类别、协议栈结 构及各层协议p d u 位置指针及长度等重要信息粗解码过程还将提取消 息数据的一些最基本的信息，结果保留在内存中或以文件形式保存在硬盘 上。数据索引与缓存中的数据一一对应，后续的处理将主要通过此索引完 成，它们包括协议解码、呼叫合成、呼叫追踪、统计分析等，其中协议解 码是基础。处理结果最后送到显示单元数据缓存区中的数据则根据要求 保存到数据文件中，相应索引也要进行更新。数据处理流程如图4 1 所示。 重庆邮电大学硕士论文第四章t d s c d m a 网络测试仪的协议栈开发方法概述 4 1 2 多线程设计 图4 i 数据处理流程 网络测试仪软件采取多线程【2 1 】的结构。除主线程外，主要的辅助线程 有：数据读取线程、粗解码线程和数据存盘线程。 软件的多线程体系结构如图4 2 所示。 图4 2 系统软件的多线程体系结构 主线程负责软件的启动、中止、响应用户输入、用户界面显示和刷新、 线程调度等。 数据读取线程负责从硬件驱动程序接收数据，为了在高速率时不丢 包，这个线程被设置为一个高优先级的线程。该线程的作用是响应硬件驱 动的消息，从硬件读取信令消息数据，把接收到的消息数据以一定的格式 存放到数据缓冲区中。 粗解码线程为数据缓冲区中的新消息，建立消息索引，并进行粗解码 和呼叫合成。处理完一条消息后，此线程向主线程发送界面显示或刷新的 消息，接着处理下一条新消息粗解码结果存放在粗解码结果缓冲区或文 件中。 数据存盘线程负责在后台把消息大缓冲区中的原始消息数据存储在 1 6 重庆邮电大学硕士论文第四章t i ) - s c d m a 网络测试仪的协议栈开发方法概述 磁盘上，用于减少内存消耗，而且用于将来的离线分析。采取的方法如下： 在内存中分配一块足够大的缓冲区，用来防止消息到来速度过快造成的消 息缓冲区溢出；昂一方面，当消息缓冲区的占用超过一定比例时，就将数 据缓冲区的内容保存至硬盘数据文件，腾出所占内存空间，此过程由数据 存盘线程在后台完成。另外，数据文件包含必要的网络配置信息；文件存 盘完成后，需要对消息索引进行相应修改，以使其指向消息数据的新位置。 4 2 软件总体功能架构 z ! j 慢j 悭j 图4 3t d $ c d m a 网络测试仪软件总体功能架构 图4 3 所示是网络测试仪软件部分功能模块的划分，当数据从硬件端 口读入以后，首先要对接收到的数据按接口和协议栈进行解码，而相关的 对数据进行统计、过滤、追踪等操作都是以准确解码作为基础。 采用面向对象的设计方法【2 0 1 ，当开发一个具体模块时，整体设计时考 虑按协议进行模块划分，比如s s c o p 协议，或者a l c a p 协议，每个协议 都是一个具体的模块类，每个模块自身要包含解码的功能，表现在软件实 1 7 重庆邮电大学硕士论寰第四章t d - s c d 网络测试仪的协议栈开发方法概述 现上，即这些类必须包含自身的解码函数。在解码的基础上，可能还要依 据协议分析的需要，在协议类中添加其他功能函数，例如获取参数函数、 获取上层p d u 函数等等。协议解码函数的编写依据的是i t u t 和3 0 p p 的协议标准，标准文档对各个协议的数据结构以及格式都做出详细和准确 地说明，解码的意思就是要准确按照这些标准格式把接收到的二进制数据 解析为相应的含义，任何数据在未解析以前都是1 0 1 0 这样的二进制数据， 如果没有协议标准做参考，是无法完成解码这个基本转义功能的，因此协 议也称为编写解码函数的“字典”。 4 3 协议分析方法 4 3 1 协议的模块化 t d s c d m a 网络测试仪的软件总体功能结构中并没有把模块按协议 分开，但在实际处理的时候，按照协议进行模块划分有很多好处，首先， 增强了协议的独立性，消除了不同协议之间不必要的耦合，有助于软件整 体的插件化；其次，使软件整体结构清晰，各个协议权责比较明确；最后， 协议模块化和协议栈本身的分层结构也达成了一致。 4 3 2 协议模块的功能 作