（信号与信息处理专业论文）wcdma系统基站测量模块分析与设计.pdf

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 获得电子科技大学或其它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。 签名： j 整鱼鎏日期：加根年? 月p 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、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。本人授权电子科技大学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应遵守此规定) 签名：2 盘鱼鳖导师签名：攀 日期：幽一年。月，日 摘要 移动通信发展至今，已走过了两代，现在人们正把目光聚焦在第三代移动 通信上。第三代移动通信是能提供高速数据传输以支持多媒体业务，能实现全球 无缝漫游，能在任何时候、任何地点进行任何种类的通信。 第三代移动通信几种主要的技术体制都采用c d m a 技术。c d m a 技术拥有 众多的优点，但c d m a 系统同时存在多址干扰、远近效应及角效应。解决这些 问题的一个最有效的办法就是采用功率控制技术，而功率控制技术的实现是需 要测量来支持的。论文就围绕w c d m a 系统基站测量模块进行分析研究并完成 相应的方案设计。 论文第一章首先介绍一下移动通信的发展，接着对当今主要的三种第三代 移动通信技术体制w c d m a 、c d m a - 2 0 0 0 、t d s c d m a 做了一个较为详细的比 较，然后介绍第三代移动通信在中国的研发现状，最后说明论文课题研究的主 要工作。第二章介绍w c d m a 系统基站，主要简单介绍w c d m a 系统，指出基 站在w c d m a 通信系统中的位置并对基站做了系统分析。第三章介绍w c d m a 系统开发过程中主要使用的软件开发技术，主要是介绍用于协议软件开发的 s d l 及说明为什么用s d l 进行开发，同时介绍软件开发及软件运行所依托的嵌 入式操作系统v x w o r k s ，最后探讨s d l 与v x w o r k s 的集成运用。第四章研究与 分析w c d m a 系统基站中的测量，先说明w c d m a 系统的功率控制及测量与 功率控制的关系，接着对测量的过程包括测量发起、测量响应、测量报告、测 量失败、测量终止等过程傲了较为详细的分析，着重分析了各种不同测量报告 类型的报告，最后说明在基站内部怎么处理这些消息流程和算法，这章是对测 量模块的协议分析。第五章讨论w c d m a 系统基站中测量实现的设计方案及相 应的测试方案，先介绍方案所采用的设计思想，基站硬件、软件结构，接着介 绍实现方案模块图，然后具体说明方案设计，包括所采用的任务调度机制、通 信机制等操作系统方面的设计及s d l 具体实现方案，最后给出了相应的测试方 案。第六章为总结与展望，对课题设计所采用的设计方法和设计思想做了总结， 并对第三代移动通信的前景做了美好展望。最后为致谢、附录和个人简历。 关键字：w c d m a ，n o d eb ，s d l ，嵌入式操作系统，测量 a b s t r a c t t h ed 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 nh a sp a s tt w og e n e r a t i o n s ，n o w p e o p l ea r ef o c u s i n go nt h et h i r dg e n e r a t i o nw h i c hc a np r o v i d e sh i g hs p e e c hd a t a t r a n s m i s s i o n ，c a nr e a l i z et h eg l o b a lh o pa n dm a k ea n yk i n do f c o m m u n i c a t i o na ta n y t i m ea n da n yp l a c e a l lt h et h r e em a i ns y s t e m s ( w c d m a c d m a - 2 0 0 0 t d s c d m a 、u s et h ec d m a t e c h n o l o g yt h ec d m as y s t e m sh a v em a n yg o o dp o i n t s ，b u tm e a n w h i l em u l t i c o d e i n t e r f e r e n c e ，f a r - n e a rp r o b l e ma n da n g e re f f e c t i o ne x s i s ti nt h ec d m as y s t e m s a n dav a l i dw a yt os o l v et h e s ep r o b l e m si st h et e c h n o l o g yo f p o w e rc o n t r o l ，w h i c hi s t h ek e yi nc d m a s y e t e m i t si m p l e m e n t a t i o nn e e d st h es u p p o r to f m e a s u r e m e n tt h e p a p e ri sm a i n l yo nt h er e s e a r c h ，a n a l y s i sa n di m p l e m e n t a t i o no fm e a s u r e m e n ti n w c d m a s y s t e m t h ef i r s tc h a p t e rm a k e st h ei n t r o d u c t i o no fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nd e v e l o p m e n t a n dt h em a i nt h r e es y s t e m sw c d m a , t d - - s c d m & c d m a - 2 0 0 0i nt h et h i r dm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mt h es e c o n dm a k eu sf a m i l i a rw i t ht h es t r u c t u r eo fw c d m a s y s t e ma n dp o i m so u tt h ep l a c ew h e r et h eb a s es t a t i o ni si nt h es y s t e m t h et h i r d f o c u s e so nt h es o f t w a r ed e v e l p i n gt e c h n o l o g yi nw c d m a s y s t e m ，w h i c ha r es d l a n dt h ev x w o r k sw h i c hi st h ee m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e mt h ef o u r t hm a k e s r e s e a r c ha n da n a l y s i so ft h em e a s u r e m e n t ，a n a l y z i n gt h em e a s u r e m e n ti n i t i a t i o n ，t h e m e a s u r e m e n t r e s p o n s e ，t h e m e a s u r e m e n t r e p o r t , t h e m e a s u r e m e n tf a i l u r e ，t h e m e a s u r e m e n tt e r m i n a t i o np r o c e d u r e ，f o c u s i n go nt e l l i n gt h er e p o r tc h a r a c t e r i s t i c st h e f i f t hi s p r o j e c tp a r t ，t e l l i n gt h em e a s u r e m e n ti m p l e m e n t a t i o np r o j e c ta n dt e s t i n g p r o j e c t ，i n t r o d u c i n gt h er e a l i z i n gi d e aa n dh a r d w a r es t r u c t u r e ，s o f t w a r es t r u c t u r eo f t h e b a s es t a t i o n ，o f f e r i n gt h ed e t a i l e dp r o j e c ti nt h ee n d t h es i x t hi st h es u m m a r yo f t h e p a p e rt h el a s tp r e s e n t st h ea c k n o w l e d g e ，a t t a c h m e n ta n dr e s u m e k e y w o r d s ：w c d m a , n o d eb ，s d l ，e m b e d d e do p e r a t i o ns y s t e m ，m e a s u r e m e n t 电子科技大学硕士论文 1 1 移动通信的发展 第一章绪论 移动通信可以说从无线电发明之日就产生了。 线通信实验就是在固定站与一艘拖船之间进行的。 二十世纪七十年代中期以后的事。 现代的移动通信发展至今，主要走过了两代， 研制阶段，部分厂家已经推出实验产品。 1 8 9 7 年，马可尼所完成的无 而蜂窝移动通信的发展是在 而第三代现在正处于紧张的 第一阶段是模拟蜂窝移动通信网。时间是七十年代中期至八十年代中期。 1 9 7 8 年，美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统c a m p s ) 。建成了蜂窝 状移动通信系统。而其他工业化国家也相继开发出蜂窝式移动通信网。这一阶 段相对于以前的移动通信系统，最重要的突破是贝尔实验室在七十年代提出的 蜂窝网的概念。蜂窝网，即小区制，由于实现了频率复用，大大提高了系统容 量。 第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用( f d m a ) 模拟制式，语 音信为模拟调制。第一代移动通信系统的典型代表是美国的a m p s 系统( 先进 移动电话系统) 和后来的改进型系统t a c s ( 总接入通信系统) 等。 第二阶段是以g s m 和i s 9 5 为代表的数字蜂窝移动通信系统。时间是从八 十年代中期开始，至今仍处于高速发展中。模拟蜂窝网虽然取得了很大的成功， 但其频谱利用率低，业务种类受限，通话易被窃听，难以满足移动通信系统的 发展。到了八十年代中期，欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网( g s m ) 的体 系。随后，美国和日本也制订了各自的数字移动通信体制。数字移动通信网相 对于模拟移动通信网，提高了频谱利用率，支持多种业务服务，并与i s d n 等 兼容。第二代移动通信系统以传输话音和低速数据业务为目的，因此又称为窄 带数字通信系统。第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的d a m p s 系统、i s 9 5 和欧洲的g s m 系统。 第一章绪论 由于第二代移动通信以传输话音和低速数据业务为目的，从1 9 9 6 年开始， 为了解决中速数据传输问题，又出现了25 代的移动通信系统，如g p r s 和 i s 9 5 b 。移动通信现在主要提供的服务仍然是语音服务以及低速率数据服务。 由于网络的发展，数据和多媒体通信有了迅猛的发展势头，所以第三代移动通 信的目标就是宽带多媒体通信。 第三代移动通信系统是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实 现全球无缝覆盖，具有全球漫游能力， 与固定网络相兼容，并以小型便携式终 端在任何时候、任何地点进行任何种类的通信系统。第三代移动通信系统的目 标可以概括为： f 1 ) 能实现全球漫游；用户可以在整个系统甚至全球范围内漫游，且可以 在不同速率、不同运动状态下获得有质量保证的服务； ( 2 1 能提供多种业务：提供话音、可变速率的数据、活动视频非话等业务， 特别是多媒体业务； f 3 ) 能适应多种环境：可以综合现有的公众电话交换网( p s t n ) 、综合业 务数字网、无绳系统、地面移动通信系统、卫星通信系统，来提供无缝隙的覆 盖： ( 4 ) 足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和高质量的 服务。 为实现卜述目标，对其无线传输技术( r t t ：r a d i ot r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y ) 提了以下要求： a 高速传输以支持多媒体业务。 室内环境至少2 mb i f f s ： 室内外步行环境至少3 8 4 k b i t s ： 室外车辆运动中至少1 4 4 k b i f f s ； 卫星移动环境至少96 k b i t s 。 电子科技大学硕士论文 b 传输速率能够按需分配。 c 上下行链路能适应不对称需求。 1 2 三种主要技术体制比较 现在在全世界第三代移动通信系统主要有三种：w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、 t d s c d m a 。下面逐个介绍这三种第三代移动通信系统的特点。 1 2 1w c d m a 技术体制 核心网基于g s m g p r s 网络的演进，保持与g s m g p r s 网络的兼容性。 核心网络可以基于t d m 、a t m 和口技术，并向全i p 的网络结构演进。核心 网络逻辑上分为电路域和分组域两部分，分别完成电路型业务和分组型业务。 u t r a n 基于a t m 技术，统一处理语音和分组业务，并向1 p 方向发展。m a p 技术和g p r s 隧道技术是w c d m a 体制移动性管理机制的核心。空中接口采用 w c d m a ：信号带宽5 m h z ，码片速率3 8 4 m c p s ，a m r 语音编码，支持同步 异步基站运营模式，上下行闭环加外环功率控制方式，开环( s t t d 、t s t d ) 和闭环( f b t d ) 发射分集方式，导频辅助的相干解调方式，卷积码和t u r b o 码的编码方式，上行b p s k 和下行q p s k 调制方式。 1 2 2c d m a 2 0 0 0 技术体制 c d m a 2 0 0 0 体制是基于i s 9 5 的标准基础上提出的3 g 标准，目前其标准化 工作由3 g p p 2 来完成。电路域一继承2 gi s 9 5c d m a 网络，引入以w i n 为 基本架构的业务平台。分组域一一基于m o b i l ei p 技术的分组网络。无线接入 网一一以a t m 交换机为平台，提供丰富的适配层接口。空中接口采用c d m a 2 0 0 0 兼容i s 9 5 ：信号带宽n 12 5 m h z ( n = 1 ，3 ，6 ，9 ，1 2 ) ：码片速率n 1 2 2 8 8 m c p s ； 8 k 1 3 kq c e l p 或8 ke v r c 语音编码：基站需要g p s g l o n e s s 同步方式运 行；上下行闭环加外环功率控制方式；前向可以采用o t d 和s t s 发射分集方 式，提高信道的抗衰落能力，改善了前向信道的信号质量：反向采用导频辅助 的相干解调方式，提高了解调性能；采用卷积码和t u r b o 码的编码方式；上行 b p s k 和下行q p s k 调制方式。 第一章绪论 1 2 3t d s c d m a 技术体制 t d s c d m a 标准由中国无线通信标准组织c w t s 提出，目前已经融合到 了3 g p p 关于w c d m a t d d 的相关规范中。核心网基于g s m g p r s 网络的演 进，保持与g s m g p r s 网络的兼容性。核心网络可以基于t d m 、a t m 和i p 技术，并向全i p 的网络结构演进。核心网络逻辑上分为电路域和分组域两部分， 分别完成电路型业务和分组型业务。u t r a n 基于a t m 技术，统一处理语音和 分组业务，并向口方向发展。m a p 技术和g p r s 隧道技术是w c d m a 体制移 动性管理机制的核心。空中接口采用t d s c d m a 。t d s c d m a 具有“3 s ”特 点：即智能天线( s m a r ta n t e n n a ) 、同步c d m a ( s y n c h r o n o u sc d m a ) 和软 件无线电( s o f t w a r e r a d i o ) 。 t d s c d m a 采用的关键技术有：智能天线+ 联合检测、多时隙c d m a + d s c d m a 、同步c d m a 、信道编译码和交织( 与3 g p p 相同) 、接力切换等。 三种主要技术体制的对比情况如下表所示： 表11 三种主要技术体制比较 制式 w c d m ac d m a 2 0 0 0t d s c d m a 采用国家 欧洲、日本美国、韩国中国 继承基础 g s m窄带c d m ag s m 预计试用期 日本2 0 0 1 年韩国2 0 0 0 年底 同步方式 异步同步异步 码片速率 3 8 4 m c p s n 12 2 8 8 m c p s 12 8 m c p s 信号带宽 5 m h z n 12 5 m h z 1 6 m h z 空中接口 w c d m ac d m a 2 0 0 0 兼容t d s c d m a l s 9 5 核心网 g s mm a pa n s l 4 1g s mm a p 电子科技大学硕士论文 1 3 3 g 在中国 第三代移动通_ 言是移动通信发展的趋势与必然，在中国也不例外。现在在 中国，移动、联通服务商提供的主要是第二代移动通信系统。在第二移动通信 系统中国的电信设备供应商落后了，基本没什么机会跟爱立信等国外厂商竞争。 在第三代，我们正好赶上了。我们国家的3 g 研发基本上跟国外同步。现在国 内著名的电信设备厂商如中兴、华为、大唐等正在如火如荼的加紧对3 g 的研 发。 1 4 课题研究 第三代移动通信系统的研发是当今世界通信领域最炽热的课题之一，现在 国内外主要的电信设备供应商都在加紧研制第三代移动通信系统，有的己提供 了商用产品。本人有幸能够加入到国内著名的电信设备开发商的w c d m a 系统 开发队伍当中，成为3 g p p 协议软件开发中的一员。本人的课题为：w c d m a 系统基站测量模块分析与设计。测量在w c d m a 中有着极其重要的作用，它为 r n c 中的功率控制等无线资源管理提供数据采集和测试手段，可以说，没有测 量，就没有无线资源管理。测量中的关键就是对于测量事件报告的处理与应用， 对其实现采用协议软件开发技术s d l 、状态机以及嵌入式操作系统v x w o r k s 。 测量这部分的困难就在于对协议的理解，对复杂状态机的状态和状态迁移的分 析。本课题是重大工程应用开发，开发运用s d l ，融入先进的协议软件开发思 想，采用国际流行的测试工具语言t c l 进行测试，并且在整个开发过程中严格 按照c m m 开发流程进行控制。本课题对基站测量模块进行实现方案设计，并 给出相应的测试方案，并对如何把协议开发软件技术s d l 与嵌入式操作系统 v x w b r k s 结合起来进行探讨和尝试。 下一章先介绍w c d m a 系统基站。 第二章w c d m a 系统基站 第二章w c d m a 系统基站 2 1w c d m a 系统介绍 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m 、通用移动通信系统) 是采用w c d m a 空中接r 技术的第三代移动通信系统，通常也把u m t s 系统 称为w c d m a 通信系统。u m t s 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结 构，包括无线接入网络( r a d i oa c c e s s n e t w o r k ，r a n ) 和核心网络( c o r e n e t w o r k ， c n ) 。其中无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，而c n 处理u m t s 系统内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。c n 从逻辑上分为电路交换域( c i r c u i ts w i t c h e dd o m a i n ，c s ) 和分组交换域( p a c k e t s w i t c h e dd o m a i n p s ) 。u t r a n 、c n 与用户设备( u s e re q u i p m e n t ，u e ) 一 起构成了整个u m t s 系统。其系统结构如图2 一l 所示。 终端接入网 图2 - 1u m t s 的系统结构 2 1 1u m t s 系统网络构成 u m t s 网络单元构成如图2 - 2 所示。 o 矽 电子科技大学硕士论文 v 鬯l u 图2 - 2u m t s 网络单元构成示意图 从图2 - 2 的u m t s 系统网络构成示意图中可以看出，u m t s 系统的网络单 元包括如下部分： 1 u e ( u s e re q u i p m e n t ) u e 是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈 模块以及应用层软件模块等；u e 通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为用 户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多 媒体、i n t c r n e t 应用( 如e m a i l 、w w w 浏览、f t p 等) 。 u e 包括两部分： m e ( t h em o b i l ee q u i p m e n t ) ，提供应用和服务。 u s i m ( t h e u m t ss u b s r i b e r m o d u l e ) ，提供用户身份识别。 2 u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa e c e s sn e t w o r k ，u m t s ) n o d eb 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，包括无线收发信机 和基带处理部件。通过标准的i u b 接口和r n c 互连，主要完成u u 接口物理层 协议的处理。 r n c 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、 无线资源管理控制等功能。具体如下： 嚣删 第二章w c d m a 系统基站 ( 1 ) 执行系统信息广播与系统接入控制功能 ( 2 ) 切换和r n c 迁移等移动性管理功能 ( 3 ) 宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。 3 c n ( c o r en e t w o r k ) c n ，即核心网络，负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。主要功 能实体如下： ( 1 ) m s c v l r m s c v l r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，它通过i uc s 接口与u t r a n 相连，通过p s t n i s d n 接口与外部网络( p s t n 、i s d n 等) 相连，通过c 仍 接口与卸j r a u c 相连，通过e 接口与其它m s c v l r 、g m s c 或s m c 相连， 通过c a p 接口与s c p 相连，通过g s 接口与s g s n 相连。m s c v l r 的主要功 能是提供c s 域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。 ( 2 ) g m s c g m s c 是w c d m a 移动网c s 域与外部网络之间的网关节点，是可选功能 节点，它通过p s t n i s d n 接口与外部网络( p s t n 、i s d n 、其它p l m n ) 相连， 通过c 接口与h l r 相连，通过c a p 接口与s c p 相连。它的主要功能是完成 v m s c 功能中的呼入呼叫的路由功能及与固定网等外部网络的网间结算功能。 ( 3 ) s g s n s g s n ( 服务g p r s 支持节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，它通 过i u _ p s 接口与u t r a n 相连，通过g n g p 接口与g g s n 相连，通过g r 接口 与i - i l 刚a u c 相连，通过g s 接口与m s c v l r ，通过c a p 接口与s c p 相连， 通过g d 接口与s m c 相连，通过g a 接口与c g 相连，通过c , n c , p 接口与s g s n 相连。s g s n 的主要功能是提供p s 域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴 权和加密等功能。 ( 4 ) g g s n 电子科技大学硕士论文 g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，通过 g n g p 接口与s g s n 相连，通过g i 接口与外部数据网络( i n t e r n e t i n t r a n e t ) 相 连。g g s n 提供数据包在w c d m a 移动网和外部数据网之间的路由和封装。 g g s n 主要功能是同外部口分组网络的接口功能，g g s n 需要提供l i e 接入外 部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，g g s n 就好象是可寻址w c d m a 移动网络中所有用户i p 的路由器，需要同外部网络交换路由信息。 ( 5 ) h l r h l r ( 归属位置寄存器) 是w c d m a 核心网c s 域和p s 域共有的功能节 点，它通过c 接口与m s c v l r 或g m s c 相连，通过g r 接口与s g s n 相连， 通过g c 接口与g g s n 相连。h l r 的主要功能是提供用户的签约信息存放、新 业务支持、增强的鉴权等功能。 4 e x t e r n a ln e t w o r k s e x t e r n a ln e t w o r k s ，即外部网络，可以分为两类： 电路交换网络( c sn e t w o r k s ) ：提供电路交换的连接，象通话服务。 s d n 和p s t n 均属于电路交换网络。 分组交换网络( p sn e t w o r k s ) ：提供数据包的连接服务，i n t e r n e t 属于分组 数据交换网络。 5 系统接口 口。 c u 接口：c u 接e l 是u s i m 卡和m e 之间的电气接口，c u 接口采用标准接 u u 接i ；2 1 ：u u 接口是w c d m a 的无线接口。u e 通过u u 接口接入到u m t s 系统的固定网络部分，可以说u u 接e l 是u m t s 系统中最重要的开放接口。 i u 接口：i u 接口是连接u t r a n 和c n 的接口。类似于g s m 系统的a 接 1 2 和g b 接口。i u 接口是一个开放的标准接口。这也使通过i u 接口相连接的 u t r a n 与c n 可以分别由不同的设备制造商提供。 第二章w c d m a 系统基站 i u r 接口：i u r 接口是连接r n c 之间的接口，i u r 接口是u m t s 系统特有的 接口，用于对r a n 中移动台的移动管理。比如在不同的r n c 之间进行软切换 时，移动台所有数据都是通过i u t 接口从正在工作的r n c 传到候选r n c 。i u r 是开放的标准接口。 l u b 接口：i u b 接口是连接n o d eb 与r n c 的接口，i u b 接口也是一个开放 的标准接口。这也使通过l u b 接口相连接的r n c 与n o d e b 可以分别由不同的 设备制造商提供。 2 2u t r a n 的基本结构 u t r a n 的结构如图2 - 3 所示。u t r a n 包含一个或几个无线网络子系统 ( r n s ) 。一个r n s 由一个无线网络控制器和一个或多个基站( n o d e b ) 组成。 r n c 与c n 之间的接口是i u 接口，n o d e b 和r n c 通过i u b 接口连接。在u t r a n 内部，无线网络控制器( r n c ) 之问通过i u r 互联，i u r 可以通过r n c 之间的 直接物理连接或通过传输网连接。r n c 用来分配和控制与之相连或相关的n o d e b 的无线资源。n o d e b 则完成i u b 接口和u u 接口之间的数据流的转换，同时 也参与一部分无线资源管理。 阁2 - 3 u t r a n 的结构 电子科技大学硕士论文 2 2 1r n c r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) ，即无线网络控制器，用于控制u t r a n 的 无线资源。它通常通过i u 接口与电路域( m s c ) 和分组域( s g s n ) 以及广播 域( b c ) 相连( 图上未标) ，在移动台和u t r a n 之间的无线资源控制( r r c ) 协议在此终止。它在逻辑上对应g s m 网络中的基站控制器( b s c ) 。控制n o d e b 的r n c 称为该n o d eb 的控制r n c ( c r n c ) ，c r n c 负责对其控制的小区 的无线资源进行管理。 如果在一个移动台与u t r a n 的连接中用到了超过一个r n s 的无线资源， 那么这些涉及的r n s 可以分为： 服务r n s ( s r n s ) ：管理u e 和u t r a n 之间的无线连接。它是对应于该 u e 的i u 接口( u u 接口) 的终止点。无线接入承载的参数映射到传输信道的参 数，是否进行越区切换，开环功率控制等基本的无线资源管理都是由s r n s 中 的s r n c ( 服务r n c ) 来完成的。一个与u t r a n 相连的l i e 有且只能有一个 s r n c 。 漂移r n s ( d r n s ) ：除了s r n s 以外，u e 所用到的r n s 称为d r n s 。 其对应的r n c 则是d r n c 。一个用户可以没有，也可以有一个或多个d r n s 。 通常在实际的r n c 中包含了所有c r n c 、s r n c 和d r n c 的功能。 2 2 2n o d e b n o d eb 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，通过标准的i u b 接 口和r n c 互连，主要完成u u 接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、 调制、信道编码及解扩、解码等功能。 2 3 基站研究 基站即n o d eb ，为w c d m a 系统中最为关键的部分。它主要处理w c d m a 空中接口技术，同时通过标准开放的i u b 接口与r n c ( 无线网络控制器) 相联。 第二章w c d m a 系统基站 基站的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道译码，还包 括基带信号和射频信号的相互转换等功能。同时它还完成一些如内环功率控制 等的无线资源管理功能。 从r n c 看，基站n o d eb 的逻辑框图如下图2 - 4 所示。从图上我们不难看 出： 图2 4 基站逻辑图 一个n o d eb 包括一个公共控制端口与一组业务终止端点集。每个业务终 止端点由一个专用控制口来控制。一个业务终止端点控制一定数量的移动用户， 相应的业务数据通过这个业务终止端点的专用数据端口来进行传输。除了业务 终止端点外，公共数据端口用来传输随机接入信道( r a c h ) 、前向接入信道 ( f a c h ) 和寻呼信道( p c h ) 信道业务。注意业务终止端点与小区没有什么 关联。例如，一个业务终止端点可以控制多个小区，一个小区可以由多个业务 终止端点控制。i u b 接口信令( n b a p ) 可以分成两个部分：公共n b a p 与专用 n b a p 。公共n b a p 用公共信令链接( 通过公共控制端口) 完成，专用n b a p 用专用信令链接完成( 通过业务终止端点专用控制口) 。 为实现基站的基本功能，我们来看看基站的模块框图。 电子科技大学硕士论文 图2 - 5 基站模块框图 l 从上图2 - 5 基站模块框图可以看出基站主要包括射频收发单元、数字中频 单元、专用解调单元、公用解调单元、译码单元、编码单元、i u b 接口处理单元 等。射频发射单元主要完成载波的发射与接收。数字中频单元完成数字上变频、 数字下变频、基带数字信号调制、数模模数转化、功率控制、分集等。专用解 调单元主要完成上行专用物理信道的多径搜索、解调解扩、信道估计、更软合 并、功率控制等。公用解调单元只要完成随机接入信道的解调解扩等。译码单 元完成从空中接口过来的数据的译码、去交织、去复用等。编码单元主要完成 从i u b 接口过来的数据的编码、交织、复用、映射等。i u b 接口模块主要与r n c 的开放接口，主要是n b a p 信令。 第三章w c d m a 系统软件设计技术 第三章w c d m a 系统软件设计技术 3 1 认识s d l 及如何用s d l 进行开发 3 1 1 认识s d l s d l 语言是c c i t t 推荐的规格与描述性语言( s p e c i f i c a la n dd e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) ，其目的是为了提供一种能确切定义电信系统的功能规格及对其性 能进行描述的语言。 i t u 将s d l 描述为“实时系统的特性描述语言”。绝大多数s d l 概念有 文本和图形两种表述形式。由十缺乏某些范围内的高层结构和一些象c 语言的 概念，s d l 并非编程语言。s d l 并不描述系统发展进程。因此，在实际应用中， 开发人员将应用用s d l 图形描述，再由s d l 工具将其转化为c 语言源代码， 或者c h i l l 源代码，最后嵌入到实际开发环境中。 使用s d l ，可以半图形、半文本地定义特定类型的嵌入式系统的功能描述。 这种方法的高度正式性，使得s d l 工具有可能生成和测试完整的嵌入式应用。 s d l 主要用于电信领域，描述实时、交互式和分布式系统的行为，对于能 用扩展的有限状态机描述的系统都非常适用于用s d l 描述，如电话、用户电报、 数据交换、信令系统、信令系统与数据协议的互通等。 s d l 最适合描述呼叫处理与协议处理。s d l 的最大长处是描述大的实时系 统。 3 1 2 为什么用s d l 进行开发 使用s d l 开发，开发周期可以缩短4 0 - - 7 5 ，这在当今竞争如此激烈 的电信领域来说是多么的重要。 电子科技大学硕士论文 可以明显改善软件质量。使用s d l 做为正式规范描述语言，可以提高质量 使用s d l 可以大大降低系统的差错率。如图3 - 1 所示。 使用s d l 可以快速原型化，验证实现是否满足需求，可以在开发的早期进 行测试，即使系统未完全实现。 图形化、直观。 系统易于维护。 图3 - 1 使用s d l 软件质量改善过程 3 1 3s d l 基本概念 s d l 语言本身的构成就提供了一个结构化的思想，因此利用它进行系统软 件开发是完全符合软件工程结构化设计的思想。 一个s d l 系统一般由系统一功能块一进程一过程( 服务) 几级组成。 第三章w c d m a 系统软件设计技术 结构 图3 - 2s d l 系统层次结构图 系统 一个s d l 系统就是用s d l 规格所描述的一个具体物理存在，也就是我们 目前从s d l 语言的角度所关注的一切，对于目前我们不用s d l 语言描述的， 都作为s d l 的环境看待。 s d l 系统通过信道与环境连接。每个系统可以划分为多个功能块，功能块 之间通过信道相连，系统与环境之间的信道其实是连接到系统内的功能块的。 各功能块相对于其他功能块而言是独立的，功能块之间以及功能块与环境之间 的通信是靠发送信号来实现的。 环境 在介绍s d l 系统的概念时已经提到，s d l 的环境是目前不用s d l 规格描 述的外界。s d l 系统和s d l 环境都是我们在构造一个完成的系统时所关注的， 对于那些我们根本不关心的外界，自然可以忽略。 简单的来讲，s d l 系统的环境就是与s d l 系统有相互通信的，而又没有用 s d l 规格描述出来的那部分实体。 功能块 电子科技大学硕士论文 s d l 的功能块是在s d l 系统内的部分功能集合。通常情况下，功能块是一 些关联较为密切的功能的集合。 一个功能块又可根据需要划分为子功能块，以便在不同程度上对系统进行 描述。子功能块与进程处在同一级，他们都通过一定的路由与信道相连。 功能块所包含的功能最终是由在功能块内的进程来实现的。一个功能块又 可有多个不同的进程来分别实现不同功能。 信道 信道是系统的功能块之间、功能块和环境之间进行通信的手段。一条信道 可以单方向地( 单向信道) 或双方向地( 双向信道) 将一个功能块连接到另一 个功能或者连接到环境。通常信道是一种功能性实体，可用来表示特定的信息 通路。事实上通过划分信道，可以形式的规定每个信道的行为。 一个信道规格为每个指定的方向给出一个信号表，列出能由该信道在该方 向上传递的全部信号标识符。此信号表作为一种手段，用以保证由信道一端某 一进程发送的每个信号，都能被位于信道另一端的功能块中的进程所接收。 信号 信号是s d l 系统内以及s d l 系统与环境进行信息交互的载体。信号定义 一般包括信号名和类别表，类别表表示该信号传递的值的类型的表。在具体的 应用中，类别表由实参组成的参数表替代。 由于s d l 是基于e f s m 的，所以，无论信号名还是信号参数表都蕴涵着一 定的信息。 信号路由 信号路由与信道相似，都用来表示通信路径。他们可以使用在功能块层次 上，也可使用在进程层次上。同信道一样，信号路由可以是单向的，也可是双 向的，但不能进行划分。 第三章w c d m a 系统软件设计技术 在功能块层次上，他们用来表示一种在功能块诸进程之间或在进程和功能 块环境之间通信的手段。这里的功能块环境就是通向或离开该功能块的一条信 道。 在进程层次上，信号路由用来将进程分解为服务子结构的场合。此时信号 路由把服务相互连接起来，或把服务连接到进程的信号路由上。 当一个信号被传倒通向功能块边界的一条信号路由时，该信号即被交付给 连接到该信号路由的信道。当一个信号从一条信道到达功能块，且该信道连接 到一条或多条信号路由时，该信号即传向能够传递该信号的信号路由。 进程 进程是一种扩展的有限状态机，它规定一个系统具体的动态行为。也就是 讲，只有到达了进程级，系统详细的动态行为才得以描述。 进程一般处于等待信号状态，当收到一个信号时，进程作出响应，执行特 定的动作，在执行完相应的全部动作以后，进程进入下一个状态等待信号或者 停止( 杀死) 。 一个进程可以在系统创建时就存在，或者作为另一个进程的子进程被创建。 进程的生存周期可以是无限制的，也可在一定的条件下停止( 收到一个停止信 号) 。进程在被创建以后，只能在一次状态跃迁过程中执行一条停止动作自我 杀死，若其他进程想停止某个进程就需要向该进程发送一条特定的停止信号， 收到该信号后的动作在进程体定义中给出。 一个进程定义规定了一类进程。可以创建一类进程的多个实例，这些实例 可以同时存在，各自独立并发地执行。同时存在的进程实例最大值在进程定义 时就给出。 进程的实现方法有两种：一种是在进程体内直接通过接收、发送信号来完 成有限状态机的功能，另一种就是将进程划分为服务。 过程 在s d l 中之所以引入过程的概念，是出于以下考虑： 电子科技大学硕士论文 使进程的结构构成可进入一些细节层次； 允许用一个单项来表示一个可以孤立地加以对待的多个项的复杂组合，以 保持规格紧凑； 允许定义常用的项的组合，便于重复使用。 过程定义可以包含在进程定义，服务定义和过程定义中，并只能在它的定 义范围内可见。 定时器 s d l 中的“定时器”模型是一些元进程，他们在遇到请求时可以向进程发 送信号。 要使用定时器必须先在进程中对定时器进行声明。“s e t ”和“r e s e t ” 操作是用来激活定时器的。“s e t ”操作即设置定时操作请求在到达某一特定 时间时发送出到时信号，而r e s e t 操作即清零操作则是取消设定的定时。 在s d l 中用函数n o w 表示当前的绝对时间。通过n o w 加上表示相对时 间的表达式可以将相对时间转换为绝对时间。 到时信号是一个以定时器名为信号标识符的信号。 服务 服务是由进程提供的一种“功能”，它是表示该进程“予行为”的进程定 义的一部分，这样的一个“子行为”是进程总行为的一部分。 设置服务概念的目的是将进