（通信与信息系统专业论文）wcdma系统信令层3的研究与实现预研.pdf

乐南太学赣士论文w c d m a 系统蓐令屡3 靛科究与实现磺掰 摘要 w c d m a 怒第三代移动通镶系统空中接口麴主滚技术之一。它能撬供真正全 球性的无缝覆溢和漫游，具有支持速率最高达2 m b p s 的高速多媒体业务的能力， 还能提供较高的服务麒量和频谱剥用誊。w c d m a 连接到核心网可基予g s m 核 心网实现。在保证前向兼容的前提下，为了满足以上瑟求，w c d m a 的信令系统 比g s m 复杂的多。 本文首先在第二露介绍了w c d m a 无线接入网络的总体结构。程无线接翻 协议结构中，信令层处于第三层。支持非g p r s 业务的信令层3 包括三个子层， 第三章说舞了簿个子聪静主要渤能，并院较t w c d m a 信令处理与g s m 系统的差异。 然后，研究如何在嵌入式实时多任务操作系统v r t x s a 环境下，开发w c d m a 基露麓令获释。第疆章善先阐述了模数实瑗网络铡蕊令系统弱总俸结构，着耋藏 信令展3 每个予层的状态转移情况，讨论每个子层的实现方案，总结基站和移渤 套之闼靛售令交互兹：i 篷程。基予这令实瑗方索，我韬搂接实瑰了w c 黔m a 网络 侧的储令系统，并与基带处理硬件配合，成功她实现了岛实验移动台的基带调试， 秀疆铡实建健基站亵移动台积累了宝爨经验。 我们的实现方案将“流”机制应用于通信协议实现，最后第五章给出了基于 滚枫铡豹基站蹋售令举统模型，分撰了逶媛予w c d m a 捺议嶷现的流缀文。对 于实现过程中出现的内存管理问题提出了三种解决方案，并分析它们的运行效率 以及对内存的淤耗。 【关键字】w c d m a ，v r t x s a ，信令层3 ，呼h 控帚lc c ，连接管理m m ，无线 资源控制r r c ，流机制 东南大学硕士论文w c d m a 系统信令层3 的研究与实现预研 a b s t r a c t w c d m ai so n eo ft h em a i n s t r e a ma i ri n t e r f a c es o l u t i o n sf o rt h e3 r dg e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s i tc a ns u p p l yr e a lg l o b a lc o v e r i n ga n dr o a m i n g ， s u p p o r tu p t o2 m b p sh i g hd a t ar a t em u l t i m e d i as e r v i c e ，a n dp r o v i d eh i g h e rq u a l i t yo f s e r v i c ea n dh i g h e rs p e c t r u me f f i c i e n c y t h ec o r en e t w o r ko ft h ew c d m ac a n d e v e l o po n t h eb a s i so fg s m b e c a u s eo fi t sc h a r a c t e r sa n dt h ef o r w a r dc o m p a t i b i l i t y t h ew c d m a p r o t o c o li sm o r ec o m p l e x t h a nt h eo n eo fg s m f i r s t l y ，t h ea r c h i t e c t u r eo fr a d i oa c c e s sn e t w o r ki sp r e s e n t e di nc l a u s e2o ft h i s p a p e r t h es i g n a l l i n gl a y e ri s t h e3 “l a y e ri nt h ew c d m am o b i l er a d i oi n t e r f a c e p r o t o c o la r c h i t e c t u r e t h eh i e r a r c h yo f 3s u b l a y e r so f s i g n a l l i n gl a y e r3 ，w h i c hs u p p o r t t h en o n g p r ss e r v i c e ，i sd e f i n e d c l a u s e3o f t h ep a p e rd e s c r i b e st h ef u n c t i o n so f3 s u b l a y e r s ，a n d c o n t r a s t ss i g n a l l i n gh a n d l i n go fw c d m a a n dg s m s e c o n d l y ，h o wt od e v e l o p r e a l t i m es o f t w a r ei nr e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m v r t x s at oi m p l e m e n tw c d m ab a s es t a t i o ns i g n a l i n gs y s t e mi ss t u d i e d c l a u s e4o f t h ep a p e ra tf i r s td e s c r i b eac o n d e n s e da c c o u n to fw c d m a b a s es t a t i o np r o t o c o l a r c h i t e c t u r e a c c o r d i n gt o t h et r a n s f e ro fs t a t e s ，t h e p r o c e s s i n go fe a c hs u b l a yi s d i s s e r t a t e di nd e t a i l c l a u s e4o ft h ep a p e ra l s oc o n t a i n sab r i e fd e s c r i p t i o no ft h e s i g n a l l i n ge x c h a n g e f l o wb e t w e e nt h eb a s es t a t i o na n dt h em o b i l es t a t i o n c o o p e r a t i n g w i t h h a r d w a r e ，t h es i g n a l l i n gs y s t e md e v e l o p e db y u s p e r f o r m ss u c c e s s f u l l y c o m m u n i c a t i o n sw i t he x p e r i m e n t a lm o b i l es t a t i o n so nt h eb a s e b a n d t h ew o r kw i l l a c c u m u l a t ei m p o r t a n te x p e r i e n c ef o rt h em s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fc o m m e r c i a l w c d m a s i g n a l i n gs o f t w a r eo f t h em o b i l es t a t i o n f i n a l l y ，s t r e a m i os y s t e mi si n t r o d u c e di n t oi m p l e m e n to f p r o t o c o ls t a c k i nt h e c l a u s e5o ft h ep a p e r ，w c d m ab a s es t a t i o ns i g n a l l i n gs y s t e mi sc a r r i e do u to nt h e b a s i so ft h es t r e a mi os y s t e m s t r e a mm e s s a g ec a nb ea p p l i e di nw c d m a p r o t o c o l i ss t u d i e d c o n c e r n i n gm e m o r ya l l o c a t eo fm e s s a g e ，t h r e ep r o j e c t sa r es u g g e s t e d k e y w o r d s w c d m a ，v r t x s a ，s i g n a l l i n gl a y e r3 ，c c ，v i m ，r r c ，s t r e a m i o s y s t e m 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，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，也不包含为获得东南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了谢意。 签名： 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名： 东南大学硕= l 论文 w c d m a 系统信令层3 的研究与实现预研 第1 章绪论 1 1 第三代移动通信系统的主要特点 移动通信是当今通信领域内最为活跃和发展最为迅速的领域之一。通常把模 拟蜂窝系统称为第一代移动通信系统，目前正在使用的数字系统如g s m ，i s 9 5 等都属于第二代系统，这些系统使得语音通信无线化。消费者不仅逐渐发现移动 语音通信具有不可替代的重要性，而且也日益认识到文本消息传送、数据网的接 入等其他业务的价值所在。 第三代移动通信系统是为多媒体通信设计的，提供高质量的图像和视频，使 得人与人之间的通信能力进一步加强。同时第三代系统更新更灵活的通信方式和 更高的数据速率使得公用网和专用网的信息与业务的接入能力都大大增强。 第三代移动通信系统是工作在2 g h z 频段的宽带移动通信系统，它区别于第 一代和第二代移动通信系统的主要特点可简单概括为： 1 ) 全球无缝漫游；第二代移动通信系统一般为区域或者国家标准，而第三 代移动通信系统是一个在全球范围内覆盖和使用的系统。它将使用共同 的频段及全球统一标准。 2 ) 具有支持多媒体业务的能力，特别是支持i n t e m e t 业务的能力；现有的 移动通信系统主要以提供话音业务为主，g s m 演进到最高阶段的数据 业务速率能达到3 8 4 k b p s 。第三代移动通信的业务能力将比第二代有明 显改进，它应该能支持话音数据以及多媒体业务，并且能根据不同的环 境提供最高达2 m b p s 的数据业务。 3 ) 需要与第二代系统共存，为增加覆盖范围和负载均衡而要具有在两种系 统之间进行切换的功能，并且能与固定网兼容。 4 ) 支持可变比特速率和不同q o s 要求的业务，并能将不同q o s 需求的业务 复用到一条单一的连接中。 5 ) 支持上、下行业务量不对称的服务( 如浏览网页造成的下行负载远大于 上行负载) 。 6 ) 更高的频谱效率、更低的电磁辐射、更好的服务质量等。 为实现未来的个人移动通信系统，国际上对第三代移动通信系统在技术和标 准上做了大量的研发工作，并提出了多种无线传输方案。w c d m a 是第三代移 动通信的主流标准之一。 东南大学硕士论文w c d m a 系统信令层3 的研究与实现预研 1 2w c d m a 系统结构概述 w c d m a 系统总体结构与其他移动通信系统类似，图1 1 给出w c d m a 系 统构成。由图可见，w c d m a 系统包括下列实体：移动用户识别模块u s i m ，移 动设备m e ，接入网u t r a n 和核心网c n 。 ；鬻翻 所窥 ! 竺： 弋竺：) 公共通信网 图1 1 w c d m a 系统结构 两个实体要通过接口传送特定的信息流，这些信息流必须按照一定的规则， 即双方应遵守的某种协议，才能被双方所理解。因此，w c d m a 系统除了上述 实体之外，还有一系列标准接口：包括用户识别模块和移动设备之间的接口c u ， 移动台到接入网之间的空中无线接口u u ，接入网到核心网之间的接口i u ，以及 核心网到公共通信网的接口。 w c d m a 无线接入网连接到核心网的问题，可以有三种解决方案，第二代基 于g s m 或基于i s 4 1 的核心网都是重要的可选方案，另一个可选方案是基于全 i p 的核心网。为了便于从已有第二代移动通信系统g s m 平滑过渡到w c d m a 系统，w c d m a 核心网可以在g s m 核心网语音业务基础上，在上层加入支持分 组数据业务的功能，然后才建设支持所有服务的基于全p 的核心网。因此，核 心网络结构与配置基本与g s m 相同。基本的核心网实体有移动交换中心( m s c ) ， 拜访位置寄存器( v l r ) ，归属位置寄存器( 瑚。r ) 等，c s 域特有设备网关m s c ( g m s c ) 等，增加p s 域的设备g p r s 业务支持节点( s g s n ) ，g p r s 网关支 持节点( g g s n ) 等。 1 3u t r a n 与g s mr a n 为了便于理解w c d m a 系统中的无线接入网络结构与功能，可以将u t r a n 与g s m 系统的无线接入网对比来说明，图1 2 给出了u m t s 与b s s 中设备的对 应关系： 东南大学硕士论文w c d m a 系统信令层3 的研究与实现预研 i c n i | m s c v l r i l ai b s s l b s c ； 。忒 i ! l b t s l l b t s ； _ _ 3 g m s c v r i i u r n s r n c 文 l “。8 e8 l 【则 夕u 。 l ue i 图1 2u m t s 与b s s 的设备对应关系 由图1 2 可见，w c d m a 系统与g s m 系统的接入网可以相互对应，w c d m a 的无线网络子系统( r n s ) 与g s m 中的基站子系统( b s s ) 相对应。w c d m a 中r n s 包含的无线网络控制器( r n c ) 和节点b ( n o d eb ) ，分别可以和g s m 中基站子系统包含的基站控制器( b s c ) 和基站收发信机相对应。 在g s m 的a 接口，物理层采用公共信道信令n o 7 ( c s s 7 ) 消息传送部分 ( m t p ) 的第一级实现，数据链路层采用m t p 的第二级实现，网络层采用c s s 7 中m t p 的第三级和s c c p ( 信令连接控制部分) 组合实现。在w c d m a 的i u 接口，除了采用c c s 7 支持相互间的信令交换，还广泛采用a t m 技术。 就上层控制信令而言，w c d m a 系统与g s m 系统差异最大之处在于空中接 口上的传输。u m t s 还有一项崭新的重要特性，它允许对无线承载的特性进行协 商。 1 4 论文的主要内容及意义 无线通信系统包括多种传输链路，为了提高系统的效率，做到资源共享，无 线链路是按需分配的，仅仅在用户通信时建立，通信结束时释放。为了实现这样 种系统，需要有复杂的信息交换和管理过程。包括用户与网络、手机与网络等 方面，用以维持用户要求的通信，这就是通信系统中定义的信令。信令是任何复 杂通信系统的神经中枢，协调各个部分的运行。 信令是许多相关过程交织而成的系统，是综合处理的软件工程。w c d m a 系 统的信令可以分成三个功能实体：它们是无线资源管理( r r c ) 、移动性管理 ( m m ) 以及连接管理( c m ) 。r r c 是专门用于管理无线接口的功能组，m m 是 建立在r r c 之上的用于处理移动性和安全保密性的功能组，c m 位于两组之上， 完成呼叫的建立和释放。 研究和开发第三代移动通信，最终目的是建立我国的第三代移动通信产业， 东南大学硕士论文w c d m a 系统信令层3 豹研究与实现预研 鹾裁出爨骞蠡主玺l 识产投熬通信竣冬提供绘运营鬻和爱户。鏊裁，我藿对第三代 移动通信的研究和开发已经进入了产业化的阶段，作为课题的承担单位之一，东 毒大学移动通信嚣家重点实验室在完成对c d m a 2 0 0 0 瑷萎磅发的阗时，开廷了对 w c d m a 系统的预研性研究，本文的主要工作就是对w c d m a 系统无线接口信 令层3 的獗究，比较信令层3 在处理上与g s m 系统的差别或改逃，共搽讨网络 侧信令层3 的实现方案。 本文共分为五章： 第一窜为绪论，简单介绍了w c d m a 系统结构，为便于理解，对照g s m 接 入网系统撼述了m 胛s 的网络结构。 第二牵猫述w c d m a 系统空中接口缩构，对信令鬣3 分布予接入趱和菲接 入层中的部分分别作了简单描述，为了便于理解倍令系统在整个系统中的位置和 作霜，_ l 丕慧结了各功能瑟与弼终物理实傣之闻静关系。 第三章对信令层3 的各子层的功能作了说明，就信令处理方面，分析比较 w c d m a 系统与g s m 系统熬差剃与改逡。 第四章讨论支持电路语音业务的倍令层3 的实现方案。酋先说明实现 w c d m a 系统网络铡珐黥翁整个髂令系缓软传络秘，然鹾分别裁r r c 子蔟、m m 子层和c m 子层的状态机制，给出各子层的实现方案，简单说明各子层的旗本元 素过程。簇予本文阐述熬方寨，我们实现了网终测数信令系统，势与基带处理硬 件配合实现了基本信令过程，支持变速率语音业务、低滤数据业务。 第五章，在慰信令系统中数攒传递的霪要性馋了燕单分板怎，给出了基于渡 机制实现的系统模型。并给出了数据传递使用内存的三种分配方案，比较说明各 秘方案的优缺点。 4 东南大学硕士论文w c d m a 系统信令层3 的研究与实现预研 第2 章w c d m a 系统空中接口结构 第二、三代移动通信系统的主要差异在于无线接入技术，第三代移动通信系 统的不同实现方案的主要差异也在于无线接入技术。本节描述w c d m a 系统的 空中无线接口的结构。 2 1u m t s 结构概述 u m t s 包含的实体有：用户设备l y e ，u m t s 陆地无线接入网u t r a n 和核 心网c n 等，u m t s 的协议结构如图2 1 ，图中描述了各实体之间信息交互的关 系。图2 1 中显示出了信令层高层分为接入层面和非接入层面。接八层通过业务 接入点( s a p ) ：一般控制业务g c ，通知业务n t 和专用控制业务d c 为非接入层 提供服务。业务接入点在图中用椭圆环表示。空中无线接口有两种双工方式：f d d 和t d d ，本文仅讨论u t r a f d d 技术。 l ： l 1巨一 j e 接拳庶( n a s ) 1 i 。 i g e ，辫 。d c 誊 i 接烈法 ：a s ) g c - p 咚 ，眶) ， l l l il i中 鞋 i g ci n t 卜d 玉 _ 掌t 紫举宁牛宁；簿i 簿薄g 砖苛书口品 l 羊8 r c 莩j 层u u 牛r r c 牛 丰i i u 层 | | 】l 2 l i 卜 l 2 l i i 4 _ 用户设备 i u t r a n i 核心网 t h 。 接口接口 图2 1u m t s 协议结构 w c d m a 接入系统可分为控制平面和用户平面：用户平面包括用户数据流以 及用户数据流的传输，为用户数据传输服务的信令以及信令的传输属于控制平 面。信令层3 是信令功能层，执行控制和管理协议，是收发信令消息的实体。在 控制平面，信令层3 分为不同的子层：最低层为无线资源控制( r r c ) ，与信令 层2 接口，终止于u t r a n ，属于接入层面。更高层移动性管理子层( m m ) 和 连接管理子层( c m ) 等属于非接入层面。 东南大学磺4 论文w c d m a 系统信令屡3 的研究与寮现预研 在移动台的控制平面，c m 予屡向上郄是嗣户与移动设备的入视接口。在阐 络侧的控制平面，c m 子层向上为网络的控制部分，在我们模拟实现时，相应的 模羧了个网络按麓实 拳，对c m 子暴静韭务信怒进行控裁。 2 。2 接入屡 图2 2 给出无线接口u u 的协议结构，我们韧1 以看到无线接豳分为三个协议 鬃：旗瑾鼷( l 1 ) ，数蘩链籍层( 越) 帮鞠络爱( 糙) 。羧裁平嚣层3 中r r c 子 艨属于接入层面。 控稍平覆 潮户平萄 l 3 l 2 p d c p l 2 r l c 逻辑信遵 l 2 地蛇 传输信遒 l 1 图2 2 无线接口协议结构 数据链路层也分为控制和用户平面，层2 的四个予层中，媒介接入控制 m a c ) 和无线链路控制( r l c ) 在控制平面和用户乎灏都存在，分组数据汇 聚协议( p d c p ) 年口广播，多播控制( b m c ) 仅存在于用户平面。 图2 2 显示出了r r c 和m a c 、r l c 和p h y 之间提供本地层问控制业务的 违接，在r r c 弼r l c ，m a c 、p d c p 和b m c 之间都存在等效的控制接翻，这 些接口允许r r c 控制低鼷的配置。 除了羧割s a p ，图中还显示了r r c 与更高鬣之闻酌g c 、n t 、d c 业务接入 点( s a p ) ，r r c 与r l c 之间控制信令传输的s a p ，r l c 与m a c 之间提供逻辑 倍道静s a p ，m a c 与物麓屡p h y 之闻撬供传输信道馥s a p ，以及p d c p 、b m c 6 东南大学硕士论文 w c d m a 系统信令层3 的研究与实现预研 子层与r l c 之间传输用户数据的s a p 。控制平面的业务接入点传输各子层与对 等层之间交互的信令，用户平面的业务接入点传输用户数据，这些控制信令和用 户数据由物理层通过空中无线接口发送接收。 由此可见，在空中接口上传输的信息只有两种：上层控制信令和用户数据。 l l 层和l 2 层为这些信息提供通道，保证信息正确、安全、可靠的传输， r r c 控制信令则控制这些信息通道的建立、维护和释放。 2 3 非接入层 信令层3 可分为仅支持非g p r s 业务，仅支持g p r s 业务，同时支持g p r s 业务和非g p r s 业务等三种类型。支持非g p r s 业务的信令层3 由三个子层组成： 无线资源管理r r c 子层，移动性管理m m 子层，连接管理c m 子层。支持g p r s 业务的信令层3 由四个子层组成：无线资源管理g r r c 子层、移动性管理g m m 子层、逻辑链路控制l l c 子层，和连接管理c m 子层等。 图2 ，3 a 给出了包含非接入层的无线接口协议栈结构。 图2 3 a 无线接口协议结构( 阴影部分属于非接入层) c m 子层有不同的实体组成：支持非g p r s 业务的呼叫控制c c ，短消息业 务s m s ，附加业务s s ，g p r s 短消息业务g s m s ，g p r s 会议管理s m 等。 图2 3 b 给出了信令层3 的简单模型，不区分系统操作模式。 c m s m l 删si s sl c c m m g m m 卜i l l c ( g p r so n l y ) r r c n n c n n c 图2 3 b 信令层3 协议结构 通过下层子层提供的服务，移动台和网络的对等实体可以交互信息，两个对 求南大学砸士论文w c d m a 系统信令屡3 的研究与实现预研 等实藩授据稳应子层漭议交互信怠，秘议帮双方应遵守魏菜耱裁鬟l ，通过这些麓 则，信息( 控制倍令和用户数据) 可以在两个对等实际之间交互。信息交互使用 协议定义鹣“瀵患”交按，因我，港惠也霹戬称为按议数舞荤元p d u 。 对等层之问交互信息需要下层的支持，信令层3 的信息需要通过无线接口传 羧，在传骧售患之兹蓄先嚣要建立移魂台与基蛙之霹鲮无线链鼹，圭r r c 子层 根据信令传输的需要控制无线链路的建立，维持缄释放。同样m m 子层交互信 令嚣要使用r r c 连接，一个移动窘的爨蠢存在款m m 连接使雳霹一个r r c 连 接；c m 予层各实体交互信令需簧使用m m 连接，不同的c m 实体使用不同的 m m 连接来与其对等实体宪成信息的交互，因此对于同一个m s 闲时可以激活多 个m m 谶接。 通信的最终舅的是传输用户数据，上层信令的交换是为用户数据的传输创造 邋信环境。接入艨提供蔼息传输遁道，椎接入层提供与遴信业务相关的控箭。 m m 子层信令保证用户的移动性和安全保密性，c m 子层完成点到点业务传输路 径的建立酾释敖。 2 。4 功缝屡与物理实体之闻的关系 图2 4 表示tw c d m a 系统的信令结构，横向是根据物理设备从最左边的移 动台秀始瑟| 右颓次接入系统豹套荦争逢瑟设施；缴翻对应予各个臻栽层匿，麸最低 层物理层汗始，逐步到高层。图2 4 中功能层和网络物理实体之间关系的对照， 蠢麓予瑾辫蕾令系统在整个系统中熬经黉秘器薅。 雌n o d ebr n c m s c v l r 图2 4w c d m a 系统的储令结构 w c d m a 系统申，刚终侧基站系统由r n c 与n o d e b 鳃或，r n c 是r r c 管 理功能的主要承担者，n o d e b 主翳涉及传输，必须在r n c 的控制下工作。基站 系统与m m 和c m 无关。 涉及移动性管理的设备主要怒移动台以及网络侧h l r 和m s c v l r ，移动台 叫 眦 球 拉 n 东南大学硕d ：论文 w c d m a 系统信令屡3 的研究与实耽预研 中与m m 关系最密切的怒用户识涮模块( u s i m ) ，网络侧m s c 中的m m 子层 负责移动性管理。 连接管理c m 子层涉及系统中移魂台以及丽络稠的m s c 和g m s c ，是移动 台与其他通信实体建立业务连接时与外部网络连接的中介。由于呼叫管理需要访 闷霜户数据，c m 子垂还涉及裂h l r ，c m 子垂不同靛实体涉及戮静蘩囊设备有 所不同，呼叫管理还需要依赖外部的网络。 东南大学硕士论文w c d m a 系统信夸屡3 韵研究与实现预研 第3 章信令层3 的总体描述 w c d m a 系统空中接口中，l 1 层和l 2 层提供数据的传输以及在传输过程中 熬安全瞧，售令鼷3 逶过下爱提袋靛售遂传羧爝户葶露蹰络之阗交曼戆信令。在矮 户和网络没有建立连接情况下，u t r a n 通过b c c h 向小邋内用户发送系统信息， 冀中包括了各公共售道懿配置参数。当用户与u t r a n 建立连接时，首兔逶过公 共信道与基站协商专用信令信道以及业务信道的配置。 信令屡3 建部各子层与对等屡进行通信也需要下层提供鲍服务，为了便于描 述，引进“m v l 涟接”和“r r c 连接”这两个概念。m m 子层向c m 子层的不 同实体提供连接管理业务 7 】，使c m 实体可能使用m m 连接来与其对等实体完 成消息交换，m m 连接和释放都怒基于c m 实体的请求。不同的c m 实体与其 对等实体的通信使用不同的m m 连接。同时进行不同业务时可以激活多个m m 连接。m i v l 子层与对等爱信怠交互需要鸯r r c 连接，一个m s 掰有露时存在的 m m 连接使用相同的r r c 连接。“m m 遴接”概念只是个描述工具，并非正 冀意义上靛连接，两“r r c 连接”是麓络和m s 鹣癸饔避程，逶j 重r r c 连接静 建立，网络为一次信令过程分配专用控制信道。通常当c m 子层向m i d 予层请 求蕊输售令瀵惑辩，m m 子震在褥裂r r c 连接建立懿确试时静囱c m 子蔟掇告 m m 连接已建立。 3 1 无线资源控制r r c 子屡 r r c 予层在w c d m a 系统孛起着“中抠耱经”豹撵麓，u e 摹曩u t r a n 之淹 控制信令的主要部分是无线资源控制消息。r r c 消息承栽了建立、修改和释放 臻、l l 豢实蒋爨嚣戆全部参数，农r r c 淤患孛葶鞋零载 # 按入层镶令( m m ，c c ， s m 等) ，连接模式下的u e 的移动性是由r r c 信令( 测嫩，切换，小区更新等) 羧刹蛇。 3 1 1r r c 子层的层阐关系 通信系统中，稃子层都通过下层提供的传输服务来发邀，接收与对等层之间交 互瓣消息。菲接入屡通过r r c 予朦提供的服务与对等层遥信，同榉，r r e 子层 通过下层( l 2 层、l l 层) 提供的服务与对等层通信。本节简单说明r r c 子层 与其上下艨之间能关系。 r r c 予层向菲接入层提供的暇务有： 1 ) 一般控制业务( g c ) ，主要是系统信息广播业务； 2 ) 通知韭务( n t ) ，掰作寻睁和通知选中的鳎户； 东南大学硕士论文w c d m a 系统信令层3 的研究与实现预研 3 ) 专用控制业务( d c ) ，建立，释放用户与网络之间的连接，并使用连接传输 信令消息。 r r c 也通过下层提供的服务传输控制信令，根据不同信令的传输要求，r l c 子层向r r c 提供的服务有： 1 ) 透明模式传输( t r - s a p ) ，r l c 子层对信令消息不作任何处理，不需要接 收实体检查序列号。可以在不经过信道配置协商的情况下( 如用户与网络 没有连接时) ，被用作网络与用户之间进行信息交换，也可用作实时数据 的传输。 2 ) 非确认模式传输( u m s a p ) ，r l c 子层对信令消息作分段重组，加密等 处理。信息发送后认为接收方能成功接收，接收方不返回接收确认。 3 ) 确认模式传输( a m s a p ) ，r l c 子层除了作分段重组、加密等处理，还 对信令消息作流量控制，协议错误检测及恢复等处理。如果需要还可以要 求接收方r l c 在接收后返回接收确认。 3 1 2r r c 子层的结构 图3 1 给出u t r a n 侧r r c 子层的结构，移动台侧r r c 子层结构与此类似， 区别在于二者的信息传输接收与发送相对应即网络侧发送的信息在m s 侧接收 反之亦然。另外移动台侧仅针对本机一个用户，而网络侧针对多个用户。 图3 ! r r c 模型( u t r a n 侧) 由图3 1 可见r r c 子层包括六个功能实体。基于u t r a n 侧，各个实体的功 能可描述为： 东南大学硕士论文w c d m a 系统信令屡3 的研究玛实现预研 i ) 路交功戆察侮( 掰澄) ，对更高瑟静淆惑遮铎不蘑的孩心潮域。 2 ) 广播控制功能实体( b c f e ) ，处理广播功能，用于发送g c s a p 所需的 r r c 业务，使趸下层据袋瓣透爨裁 确议传簸模式。 3 ) 寻呼与通告控制功能实体( p n f e ) ，控制用户在空闲模式下的寻呼，用于 发送n t - s a p 爨霉鲍r r c 犍务，馊震下层提供豹透暖或j 确认谨浚攘式。 4 ) 专用控制功能实体( d c f e ) ，处理与特定用户相关的所有功能，用于发送 d c 。s a p 联嚣的r r c 业务。可根搬当裁糯魄业务状态和待发送鲍痿息， 可以使用下层提供的三种模式。 5 ) 共摩控制功能实体( s c f e ) ，仅农t d d 模式下，协助d c f e 控制p d s c h 和p u s c h 的配置。 6 ) 传输模式实体( t m e ) ，处理r r c 子屡内不同实体与r l c 提供的业务接 入点之间的映射。 r r c 予层的主要功能足控制本地无线资源的篱理，具体就是对下层各予层的 按铺，掰以r r c 予层与下面嚣鼷静各个予层都蠢接口。在图3 1 的模鍪中，没 衡体现r r c 对p d c p 、b m c 子屡的控制。 3 1 3r r c 子层的主要功能 r r c - t 罄懿圭蘩功煞楚对本魏无线资源豹管獠，逶_ 遭辩u 垂和l 2 层各实俸静 酉己置，控制码字、功率、导频相位偏置等光线资源的分配与修改。u t r a n 侧r r c 予瑟藏孩，嬲霉裂系统秃线资源熬鬟参数，m s n l r r c 予豢透过空中搂日中接毂 到的r r c 消息得到系统无线资源配嚣的参数。r r c 子层的b c f e 功能实体周期性 黪发送 接入层秘接入瑟瓣系统傣悫，其中会惫会一令，l 、区戆公共售意，m s 奁 开机后可以接收判这些消息，使用其中的配置参数对m s 的公共倍道进行酉己置。 姿毒业务霭求对，粳摄系统可提供戆资源，u t r a n 透过r r c 浸感褥可雳姿滚参 数发送给m s 的r r c 子层，两侧协商统一专用信道的配置厨，才能建立无线承载 遴行业务传输。 在w c d m a 系统中特有的信令消息完艇性保护由r r c 予层负贵，r r c 负责所 容上层信令消息的完整性保护。程u m t s 中，只娶安全模戏过程魏在m s 和网络 中成功激活，所有的三层协议都必须使用信令完羧性保护。完整健保护由阿络侧 发起，使用安全模式控制过程完成。r r c 向m m 予层提供m s 中完熬性保护何时 激活的指示。移动完整性裸护激滔看，三朦实体只处理经r r c 完熬性检查戚功的 消息。如果信令消息没有成功通过完整性检查，m s 侧的r r c 子层将丢弃该消息。 在网络铡，无论程c s 域或p s 域，帮使该域没有激活m s 侧豹完整能保护，如采接 收到没有完整性保护的三层信令消息，r r c 子层将丢弃该消息。 焉户镧r r c 对无线资源的控翻的参数来自空中接日二接牧弱的r r c 信令漕 东南大学硕士论文w c d m a 系统信令屡3 的研究与实现预研 怠，这些r r c 消怠裰疆它们藕互之滴静遮接关系，可以缀台藏各种r r c 莲本过 程。r r c 基本过程根据处理的信息内容不同分成四类：r r c 连接管理过程，无 线承载羟镬过摇，r r c 连接移辞经过程粒溅董遥程。 无线承载控制过程，顾名思义是控制无线承载的配置，包括对专用传输信道 帮物理僖邀懿分甏莘羹控锻。网络秘m s 之霾透遥这些_ j 篷程统一疆髑对僖遂酌嚣 鬣，才能保证信邋上传输的数据的正确收发。r r c 连接移动性过程是与用户移 动洼朝关戆楚理，包括小区更毅，无线援入区域( u r a ) 更毅粒切换。溅量过 獠，控制u e 测缀以及u e 的测鼹报告。其他过程统称为r r c 涟接管理过程， 包摇了傣愚的广援，寻呼，r r c 连接的簿理，承载上层信令的激接传竣，安全 模式控制，对用户能力的询问等过程。 通信过程中r r c 子层运行的是基本过程的组台，各羞申过程还阿能凰时运行。 实际通信中r r c 过程冗长而复杂，各条r r c 消息所包含的信息也豳实际通信需求 而非常复杂。 3 2 移动性管理m m 子层 移动性管理m m 子滋的主要功能是支持用户终端的移动性，如向网络提供其 当前位置和提供用户身份机密性。此外，m m 子层还向更高层c m 子层的不同实 俗提供连接管理渡务。 m m 予层根据m s 和网络的功能，可分为支持g p r s 业务的m m 实体和支持 嚣g p r s 渡务豹g m m 实俸。m s 秘殛醚管瑾主要体瑰在小莲和网络的选择方面， 丽网络侧的v i m 管理主要是指用户位置数据的管理。加密管理w 以为无线传输 撬供数字编码方式，起翻蘅窃褥的嚣懿。 按照对g p r s 业务的不同支持能力，w c d m a 系统中移动台可以分为三种操 传模式：摊蛇s 攘式瓣粥胃鞋麓露操终g p r s 渡务帮g p r s 潼务，p s 模式 的m s 仅支持g p r s 业务，c s 模式的m s 仅支持j e g p r s 业务。类似地，w c d m a 嬲终也霹分为秀晕申操终摸式：操嚣模式l 豹网络孛，在存髓彗逶m s 售悬的v l r 和存储g p r s 业务信息的s g s n 之间存程接口( 见图1 1 ) ，而操作模式i i 的网 络中不存在这个接疆。殿此操作攒式i 斡网络中m m 帮g m m 可| 三 互穗耱作， 而在操作模式的网络中，如果接入的移动台同时支持普通业务和g p r s 业务， 只能分别进 亍m m 过程魏g m m 过程。 下文中将会提到的g m m 组含过程，只能在网络操作模式i 中运行，为了避 免叙述累赘，在以后的描述中不露说明移动台和嘲络的操作模式，假设移动台为 p s ，c s 搡作模式，网络为操作模式i 。 m m 予层的信令消息需要由r r c 子朦提供的宪整性保护，m m 信令消息如 莱不耱透过r r c 子层韵消息完整往检查，r r c 子层将丢弃接收到的m m 消息。 东南大学硕士论文w c d m a 系统信令层3 的研究与实现预研 3 2 1m m 实体的主要功能 m 2 v l 实体主要为支持非g p r s 业务的用户提供移动性管理和安全性管理，包 括t m s i 重新分配，用户鉴权，身份识别，位置登记，i m s i 激活和失活，位置 区更新，以及m m 连接建立、维持、释放等过程。这些过程的描述在4 3 3 节中 给出。 位置登记，i m s i 激活和失活，位置区更新等过程属于移动性管理功能，m m 子层进行的移动性管理跟r r c 子层进行的移动性管理是有区别的。m i v i 子层管 理的移动性是因为移动通信系统中，用户没有固定的位置，用户之间没有固定的 连接，作为通信管理主体的网络一侧必须跟踪移动中的用户，随时知道网络中用 户的位置，以便在需要时能够接通特定的移动用户。而r r c 子层管理的移动性 是用户在连接模式下，在不同的区域移动时引起的。 当m s 关机或u s i m 卡拔出后，一个m s 不可能建立任何连接，如果网络仍 然对它进行正常的寻呼，必然浪费系统资源，i m s i 激活和失活过程就是为了克 服这种不必要的浪费。位置更新过程是位置管理的主要过程，由m s 发起。周期 性地进行位置更新也是保证数据安全性的一种方法。网络通过b c c h 向全体m s 提供更新周期，m s 自动的、周期的向网络通知m s 的可用性。i m s i 激活和失活 过程与位置更新很相近，二者的区别在于触发事件不同，但目的都是为了m s 的 正确注册和建立连接。其方法是在m s c v l r 中用户记录上附加一个二进制标 志，指示该用户是否允许接入呼叫。i m s i 失活过程就是置指示为不可接入，而 激活过程则是把指示变成允许接入状态。 身份识别( 包括i m s i 和i m e i 的识别) ，鉴权和加密等属于网络安全管理功 能。w c d m a 系统采用了许多办法保护用户信息的安全性，提供安全管理功能 的技术主要有：1 ) 用户( 主要是u s d 讧) 在接入网络时需要通过网络鉴权，防止 无权用户进入网络；2 ) 用户使用的移动台设备( m e ) 需要通过设备识别，防止 盗用或非法设备入网使用；3 ) 对无线链路中传输的信令消息和用户数据进行加 密，防止窃听。 t m s i 重分配过程的目的也是为用户提供身份机密性，在空中接口中传输时 使用临时用户识别号t m s i ，而不出现真正的用户识别号i m s i ，防止被入侵者仿 造和查找到用户位置。t m s i 仅在一个位置区内有意义，在位置区外必须与位置 区识别号l a i 组合提供一个明确的身份标识。 3 2 2g m m 实体的主要功能 g m m 实体提供p - t m s i 重分配，g p r s 鉴权和加密，g p r s 减活和失活，路 由区更新，以及组合g p r s 激活失活，组合路由区更新等过程。各过程的功能 东南大学硕士论文 w c d m a 系统信令詹3 的研究与寓现预研 与m m 实体的相斑过程稳同。 组合g m m 过程是d r v r m 实体特有的一种过程，将相关的m m 过程和g m m 过程组合在一个过程中完成。w c d m a 系统共定义了三莘率组合过程：i m s i 激活 和g p r s 激活可在组合g p r s 激活过程中同时完成，i m s i 失活和g p r s 失活可 以在缝合g p r s 失活过程中嗣对宠藏，王a 受瑟遗程帮r a 菱薪避程可戬在组合 r a 更新过程中间时完成。 3 2 3m m 过程与g m m 过程的联系 掰鸯m m 遘糕只有鸯m s 霸潮络之润e 建立了一个r r c 连按靖，考熊撬幸亍。 否则，m m 子层必须发起一次r r c 连接建立过程。在g s m 中，g m m 过程可使 惩没舂l 燹瓷建立r r c 连接戆r r c 子层撼供豹蛰务。堡怒在w c d m a 系统中， 所有的g m m 过獠，仅能在m s 和网络之间已经建立了p s 信令逐接条件下，才 裁鸯l l 嚣，委则，簧要先发起一次p s 售令连接建立过程。 由于m m 实体和g m m 实体支持的业务的性质不同，m m 和g m m 作用的区域 也不同，m m 子髅作用的区域称为位置区l a (