（通信与信息系统专业论文）gsmr系统差错控制与同频干扰下传输性能分析.pdf

中文摘要 摘要：铁路运输安全关系到国民经济的命脉，铁路通信是铁路生产运输的安 全保障，其安全性、可靠性和可持续发展性取决于所采用通信技术的先进性和完 善程度。g s m r 是一种先进的技术体系，它以g s m 的成熟技术为根基，为铁路 专用通信提供了一个功能强大、业务丰富、稳定可靠的综合信息化平台。g s m r 系统受到来自各种因素的干扰，除了g s m r 系统本身的干扰，由于在我国g s m r 和公网g s m 共用了e g s m 频段，因此也存在两个系统之间的干扰。当载波干扰 比c i 小于某个特定值时，就会直接影响到手机的通话质量，严重时就会产生掉话 或者使手机用户无法建立正常的呼叫。因此对干扰的研究有着重要的意义。论文 对g s m r 系统在同频干扰下的性能进行了分析，为减少同频干扰对系统的影响提 供了理论依据。 文章首先对空中接口协议栈进行了分析，总结了各层的功能以及各层之间如 何通信，对l a p d m 协议进行了研究；总结了g s m r 系统编译码、交织的方法； 用w i l k i n s o n 方法对同频干扰进行了建模计算；研究了在同频干扰存在的情况下系 统的传输性能，表征系统的传输性能有两个指标，简单介绍了通信间断率，着重 分析了误比特性能，在此基础上进行了仿真，给出了同频干扰、多普勒频移与误 码率的关系曲线图，并对仿真结果进行了分析。总结了系统对传输性能的控制； 论文最后对全文所做工作进行了总结，并对下一步待研究的问题进行了说明。 关键词：g s m - r ；同频干扰；差错控制；传输性能 分类号：t n 9 2 9 5 北立窑通太堂亟堂位论塞丛啦鲤 a b s t r a c t a b s t r a c t ：r a i l w a yt r a n s p o r ti st h ek e yc o m p o n e n to f o u r n a t i o n a le c o n o m y r a i l w a yc o m m u n i c a t i o ni st h es a f e t yc o n t r o li nt h et r a n s p o r t a t i o np r o c e s s t h es e c u r i t y , r e l i a b i l i t y , a n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tl i eo nt h el e v e lo f c o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e g s m ri sa l la d v a n c e dt e c h n i c a ls y s t e m w h i c hi sb a s e do nt h em a t u r et e c h n o l o g yo f g s m ，a n di th a sp r o v i d e da ni n f o r m a t i o np l a t f o r mw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so f h i g h s t a b i l i t y , m u l t i f u n c t i o na n dm u l t i s e r v i c e g s m r c a nb ei n t e r f e r e db ym a n yf a c t o r s b e s i d e si n t e r f e r eo f t h ei n t r i n s i cs y s t e m ，i n t e r f e r eb e t w e e nt w os y s t e m sa l s oe x i s t b e c a u s eg s m rs h a r ee g s mf r e q u e n c yc h a n n e lw i t hc h i n am o b i l e w h e nt h ev a l u e o f c ii sl e s st h a nac e r t a i nc o n s t a n t ，t h eq u a l i t yo f s e r v i c ew i l lb ei n f l u e n c e dd i r e c t l y t h es e v e r ei n f l u e n c ew i l l l c a dt of a u l to f c o n n e c t i o na n dt h ef a i l u r ei nt h ec a l l e s t a b l i s h i n g p r o c e s s a s a r e s u l t ，t h e r e s e a r c h o n i n t e r f e r e i s o f g r e a t i m p o r t a n c e i n t h i s p a p e r , a n a l y s i so np e r f o r m a n c eo f g s m - rs y s t e mu n d e rc o c h a n n di n t e r f e r e n c eh a s b e e nc a r r i e do u t ，a n dt h i sr e s e a r c hw i l ls u p p l yr e f e r e n c et or e d u c et h ei n f l u e n c eo n g s m - r s y s t e mc a u s e db yc o - c h a n n e li n t e r f e r e n c e f i r s to f a l l ，t h ep r o t o c o ls t a c ko f t h ea i ri n t e r f a c ei sa n a l y z e d ，i n c l u d i n gt h e f u n c t i o n so f e a c hl a y e ra n dc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n tl a y e r s ；t h ec o d i n ga n d d e c o d i n gs c h e m eo f g s m rs y s t e mi sa n a l y z e d ；w i l k i n s o nm e t h o d i sm e n t i o n e d ，a n d c o c h a n n e li n t e r f e r e n c ei sa n a l y z e dt h e o r e t i c a l l yw i t ht h i sm e t h o d ；t r a n s m i s s i o n p e r f o r m a n c e i se s t i m a t e du n d e rc o c h a n n e li n t e r f e r e n c e ，s i n c et h e r ea l et w om a n n e r st o c h a r a c t e r i z et r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c e ，o u t a g ep r o b a b i l i t yi sm e n t i o n e db r i e f l y , e m p h a s e si sp u to nt h er e s e a r c ho f b i te l t o rr a t ep e r f o r m a n c e , s i m u l a t i o ni sm a d e t o s h o wh o wt h ed i f f e r e n tf a c t o r sa f f e c tb e r r a d i ol i n kc o n t r o lo f t h es y s t e mi s s u m m a r i z e da f t e rt h ea b o v ed e p i c t i o n k e y w o r d s ：g s m - r ：c o - c h a n n e li n t e r f e r e n c e ；e r r o rc o n t r o l ；t r a n s m i s s i o n p e r f o r m a n c e c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 致谢 本论文的工作是在我的导师钟章队教授的悉心指导下完成的，钟章队教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年多 来钟章队老师对我的关心和指导。 钟章队教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向钟章队老师表示衷心的谢意。 无线通信实验室的金晓军、朱刚、李旭、张小津、吴吴、杨焱、艾渤等老师 对于我的科研工作和论文部提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，蒋文怡、丁建文等老师和许多同学对我论文 的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 引言 1 1 中国铁路g s m r 系统对安全性能的需求 铁路运输是国民经济的命脉，铁路通信是铁路生产运输的安全保障，其安全 性、可靠性和可持续发展性取决于所采用通信技术的先进性和完善程度。g s m r 是一种先进的技术体系，它以g s m 的成熟技术为根基，为铁路专用通信提供了一 个功能强大、业务丰富、稳定可靠的综合信息化平台。一旦通信出现了问题，就 会对铁路运输造成不可估计的严重后果。 1 2 论文研究意义 g s m r 系统受到来自各种因素的干扰，除了g s m r 系统本身的干扰，由于 在我国g s m r 和公网g s m 共用了e g s m 频段，因此也存在两个系统之间的干 扰。当载波干扰比c i 小于某个特定值时，就会直接影响到手机的通话质量，严重 时就会产生掉话或者使手机用户无法建立正常的呼叫，因此对干扰的研究有着重 要的意义。论文对g s m - r 系统在同频干扰下的性能进行了分析，为减少同频干扰 对系统的影响提供了理论依据。 1 3 论文的主要工作 本论文主要研究了存在同频干扰的情况下g s m - r 系统的差错控制和传输性 能，具体工作如下： 1 ) 对空中接口协议栈进行了研究； 2 ) 对g s m r 系统编译码方法、差错控制进行了分析； 3 ) 用w i l k i n s o n 方法对同频干扰进行了建模与计算； 4 ) 研究了在同频干扰存在的情况下系统的传输性能，着重分析了误 比特性能，通过仿真给出了同频干扰、多普勒频移与误码率的关系曲线图， 并对仿真结果进行了分析，最后分析了系统对无线链路性能的控制。 2 1 协议栈综述 2 空中接口协议栈分析 协议是各功能实体间的共同语言，通过各个接口传递有关的信息。不同的接 口可能采用不同形式的物理链路，完成各自特定的功能，传递各自特定的消息， 这些都由相应的信令协议来实现。g s m 系统各接口采用的分层协议结构是符合开 放系统互连( o s i ) 参考模型的。分层的目的是允许隔离各组信令协议功能，按连续 的独立层描述协议，每层协议在明确的服务接入点对上层协议提供它自己特定的 通信服务。 空中接口( a i r i n t e r f a c e ) ，为移动台与基站收发信台( b t s ) 之问的通信接口， 又称为u m 接口。用于移动台与g s m 系统的固定部分之间的互通，其物理链路通 过无线链路实现。此接口传递的信息包括无线资源管理，移动性管理和接续管理 等。物理层是无线接口的最低层，提供传送比特流所需的物理链路、为高层提供 各种不同功能的逻辑信道，包括业务信道和控制信道，每个逻辑信道有它自己的 服务接入点。数据链路层主要目的是在移动台和基站之问建立可靠的专用数据链 路，l 2 协议基于i s d n 的d 信道链路接入协议( l a p d ) ，但作了改动，因而在u m 接口中的l 2 协议称之为l a p d m 。网络层是实际负责控制和管理的协议层，把用 户和系统控制过程的特定信息按一定的协议分组安排到指定的逻辑信道上。l 3 包 括三个基本子层：无线资源管理( r r ) 、移动性管理( m m ) 和接续管理( c m ) 。 其中一个接续管理子层中含有多个呼叫控制( c c ) 单元，提供并行呼叫处理。为 支持补充业务和短消息业务，在c m 子层中还包括补充业务管理( s s ) 单元和短消息 业务管理( s m s ) 单元【”。 2 图2 - 1 空中接口协议栈 f i g u r e 2 - 1 t h e p r o t o c o ls t a c k o f t h ea i r i n t e r f a c e 2 2 物理链路层 2 2 1 信道分类 2 2 11 物理信道结构 在物理层中信道可以分为物理信道和逻辑信道，基于t d m a 的g s m r 系统 的物理信道是指某一频率上的某个时隙。 g s m 时隙结构有高帧( h y p e r 行a m e ) 、超帧( s u p e r 曲m c ) 、复帧( m u l t if r a m e ) 、 t d m a 帧( f r a m e ) 和时隙( t i m es l o t ) 5 个层次。1 高帧= 2 0 4 8 个超帧= 2 7 1 5 6 4 8 个t d m a 帧，高帧时长为3 小时2 8 分5 3 秒7 6 0 m s 。i 超i f 9 贞= 1 3 2 6 个t d m a 帧，超帧时长为 6 1 2 秒。复帧有两种结构，一种是由2 6 个t d m a 帧构成的复帧，用于业务信道； 一种是由5 1 个t d m a 帧构成的复帧，用于控制信道。这样，1 超帧= 5 1 个2 6 帧 的复帧，或l 超帧- - 2 6 个5 1 帧的复帧。时隙是构成物理信道的基本单元；由时隙 组成的t d m a 帧是占据频道带宽的基本单元；由t d m a 帧构成的复帧是业务信道 和控制信道进行组合的基本单元：由复帧构成的超帧其时长是两类复帧的最小公 倍数，因此超帧是两类复帧的基本单元；由超帧构成的高帧是t d m a 帧编号的基 本单元，即在高帧内对t d m a 帧顺序进行编号。当给定t d m a 帧号和时隙号时， 则唯一地确定了突发的时隙。1 个2 6 帧的业务信道复帧= 2 6 个t d m a 帧，时长为 1 2 0 m s ；1 个5 l 帧的控制信道复帧= 5 1 个t d m a 帧，时长为2 3 5 3 8 m s 。这样设计 的两种复帧，使2 个业务信道复帧的时长与1 个控制信道复帧的时长之差恰好等 于1 个t d m a 的帧长，为4 6 1 5 m s 。其目的在于使业务信道复帧的定时对控制信 道复帧定时作相对移动，以便移动用户接收并解出来自周围小区的b c c h 信息以 及监听和报告多达6 个目标小区的射频信号强度信息。由此可见这样设计两个复 帧定时关系是特别重要的。1 个t d m a 帧= 8 个时隙，t d m a 帧长为4 6 1 5 m s 。1 个时隙= 1 5 6 2 5 b i t s ，时隙长为0 5 7 7 m s 。相当l b i t 的持续时问约为3 6 9 t s 。在时隙 内传送的脉冲串叫突发( b u r s o ，突发的时长应小于时隙的时长。突发是构成逻辑信 道的基础。突发有五种： 1 常规突发( n o r m a lb u r s 0 常规突发( n b ) 用于构成业务信道( t c h ) ，以及除 f c c h ，s c h ，r a c h 和虚拟突发( d b ) 之外的所有控制信道，携带它们的业务信息 和控制信息。 2 频率校正突发( f r e q u e n c yc o r r e c t i o nb u r s t ) 频率校正突发( f b ) 用于构成频 率校正突发信道( f c c h ) ，并携带频率校正信息。 3 同步突发( s y n c h r o n i z a t i o nb u r s 0 同步突发( s b ) 用于构成同步信道( s c h ) ，并 携带系统的同步信息。 4 接入突发( a c c e s sb u r s t ) 接入突发( a b ) 用于构成移动台的随机接入信道 ( r a c h ) ，并携带随机接入信息。 5 虚拟突发( d u m m yb u r s t ) 虚拟突发( d b ) 的结构与常规突发b ) 相同，仅是 将常规突发中的加密信息位换成固定比特。虚拟突发( d b ) 的功能是，在无用户加 密信息传送时，就用虚拟突发来代替常规突发。因为，在b c c h 载波的”0 ”时隙中， 永远含有控制信道信息。其余的7 个时隙是提供控制信道和业务信道之用，当这7 4 个时隙是空闲时，则必须以虚拟突发( d b ) 来填充。因此，虚拟突发不含有用信荐孙1 1 1 2 i 。 2 2 12 逻辑信道分类 逻辑信道是在一个物理信道中时间复用的。不同的逻辑信道用于基站和移动 台间传送不同类型的信息。逻辑信道分为业务信道( t c h ) 和控制信道( c c h ) 两大 类。业务信道( t c h ) 是用于传送用户的话音和数据业务的信道。控制信道( c c h ) 是 用于传送信令信息和短的分组数据的信道。依信道的功能不同控制信道可分为公 共控制信道和专用控制信道两大类。控制信道具体分类如下： 1 广播信道( b c h ) 是一种“一点对多点”的单方向控制信道，用于基站向移动台 广播公用的信息。传输的内容主要是移动台入网和呼叫建立所需要的有关信息。 分为： 广播控制信道( b c c h ) ：传输系统公用控制信息。 频率校正信道( f c c h ) ：传输供移动台校正其工作频率的信息； 同步信道( s c h ) ：传输供移动台进行同步和对基站进行识别的信息( 基站 识别码) ； 2 公用控制信道( c c c n ) 是一种双向控制信道，用于呼叫接续阶段传输链路连 接所需要的控制信令。分为： 寻呼信道( p c h ) ：传输基站寻呼移动台的信息； 随机接入信道( r a c h ) ：这是一个上行信道，用于移动台随机提出的入网 申请，即请求分配一个独立专用控制信道( s d c c h ) ； 准许接入信道( a g c h ) ：这是一个下行信道，用于基站对移动台的入网申 请作出应答，即分配一个独立专用控制信道。 3 专用控制信道( d c c h ) d c c h 是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段以及在 通信进行中，在移动台和基站之问传输必要的控制信息。分为： 独立专用控制信道( s d c c h ) ：用于在分配业务信道之前传输有关信令。 慢速辅助控制信道( s a c c h ) ：s a c c h 是双向的点对点控制信道，用于在 移动台和基站之间，周期性地传输一些信息。此外，基站对移动台的功率调整、 5 时间调整命令也在此信道上传输。s a c c h 可与一个业务信道或一个独立专用控制 信道联用。s a c c h 安排在业务信道时，以s a c c h t 表示，安排在控制信道时， 以s a c c h c 表示； 快速辅助控制信道( f a c c h ) ：传送与s d c c h 相同的信息，只有在没有分 配s d c c h 的情况下，才使用这种控制信道，使用时要中断信息业务l l l 【3 】。 2 2 2 逻辑信道配置 通过不同逻辑信道的组合配置，可形成各种组合信道，用来传送业务信息和 控制信息。逻辑信道组合是以复帧为基础的，所谓“组合”，实际上是将各种逻辑信 道装载到物理信道上。也就是说，逻辑信道与物理信道之间存在着映射关系。 2 2 21 业务信道的组合方式 业务信道有全速率和半速率之分，下面只考虑全速率情况。业务信道的复帧含 2 6 个t d m a 帧，其组成的格式和物理信道( 一个时隙) 的映射关系如图2 2 所示。 图中给出了时隙4 ( 即z 蜀) 构成一个业务信道的复帧，共占2 6 个t d m a 帧，其中 2 4 帧t ( 即t c h ) ，用于传输业务信息。1 帧a ，代表随路的慢速辅助控制信道 ( s a c c h ) ，传输慢速辅助信道的信息( 例如功率调整的信令) ，还有一帧i 为空闲帧。 ( 半速率传输业务信息时，此帧也用于传输s a c c h 的信息。) 鲥) 掰 1 c h 下行链路 titltltitltltltltititiaitltltitltltltl1 图2 - 2 全速率业务信道配置 h g u r e2 - 2c o n f i g u r a t i o no f f u l ls p e e dt r a m cc h a n n d 上行链路的业务信道组合方式与图2 2 所示的相同，唯一的差别是有一个时间 6 偏移，即相对于下行帧，上行帧在时间上推后3 个时隙。 2 2 22 控制信道的组合方式 控制信道的复帧含5 l 帧，其组合方式类型较多，而且上行传输和下行传输的 组合方式也是不相同的。 1 b c c h 和c c c h 在碣上的复用： 广播控制信道( b c c i ) 和公用控制信道( c c c h ) ，在主载频( c o ) 的碣上的复用 ( 下行链路) 如图2 - 3 所示。其中，f 代表f c c h ，s 代表s c h ，b 代表b c c h ，i 代 表i d e l 帧。 由图可见，控制复帧共有5 1 个嚣。值得指出，此序列是以5 1 个帧为循环周 期的，所以，虽然每帧只用了z 爵，但从时间长度上讲序列长度仍为5 1 个t d m a 帧。 t d m a 帧 b c c h + c c c h( 曰，c 每个代表4 帧) 下行链路 图2 4b c c h 和c c c h 在z 上的复用 f i g u r e2 3m a p p m go f b c c ha n dc c c ho n t o 碣 如果没有寻呼或接入信息，f 、s 及b 总在发射，以便使移动台能够测试该基 站的信号强度，此时c ( 即c c c h ) 用虚拟突发脉冲序列代替。 对于上行链路而言，z 只用于移动台的接入，即5 1 个t d m a 帧均用于随机 信道r a c h ，其映射关系如图2 4 所示： 7 b 塞窑遵叁茔亟堂缱论塞窑生撞旦协这挂盆圭匠 t d m a 帧 图2 - 4 r a c h 信道在7 上的映射 f i g u r e2 - 4m a p p i n go f r a c ho n t o 碣 2 s d c c h 和s a c c h 在碣上的复用： 主载频g 上的碣可用于独立专用控制信道和慢速辅助控制信道。下行链路 g 上的碣的映射如图2 - 5 f 标。下行链路含有1 0 2 个碣，从时间长度上讲是1 0 2 个t d m a 帧。 缨l2 1l 丝| 丝l 竺l 竺l 墅l 里：j 生! l ! ! i 竺i 墅l ! l ! i ! d o d ，id 2i d 3ld ，i 协ld 6ld 7i ，i ，i 爿ji d ia 7liifl ， s d c c h s 4 c c h 。f 俘罐黯( d 乳d 7 一d 一7 簿个代表4 帧 图2 - 5s d c c h 和s a c c h ( t 行) 在7 墨上的复用 f i g u r e2 - 5m a p p i n go f s d c c ha n ds a c c ho n t ot s , 由于是专用控制信道，因此上行链路g 上z 墨组成的结构是相同的，但在时间 上有一个偏移。 3 公用控制信道和专用控制信道均在z 上复用： 在小容量地区或建站初期，小区可能仅有一套收发单元。这意味着只有8 个播 ( 物理信道) r s , 碣均用于业务信道，此时z 瓯既用于公用控制信道( 包括b c c h ， c c c f d 又用于专用控制信道( s d c c h ，s a c c h ) ，其组成格式如图2 5 所示。其中， 下行链路包括b c c h ( f ，s ，b ) ，c c c h ( c ) ，s d c c h ( d 0 d 3 ) ，s a c c h ( a 0 a 3 ) 取i 空闲帧i ，共占1 0 2 t s ，从时间长度上讲是1 0 2 t d m a 帧。 d jr ，r ， 一2一jr足r rrrr胄d dd ，r| rd 2 i d 3 r ，r 一口一，rrrr异足r rd dd l尺 j r d 2 r a c h + s c c c h 七s 氍c c hj 街矗骼 ( 以上口，c ，d o - d 3 ，爿d 叫j ，月每个代表4 帧) 图2 - 5 b c h 、c c c h 和d c c h 在碱上的复用 f i g u r e2 - 5m a p p i n go f b c h ，c c c ha n ds a c c ho n t o 碱 上行链路包括随机接入信道r a c h ( r ) ，s d c c h ( d 0 d 3 ) 和s a c c h ( a ) ，共占 1 0 2 嬲。 一般情况下，每一个基站有n 个载频( 双工) ，分别用c o ，c i ，c 2 e 表示， 其中，g 称为主载频。每个载频有8 个时隙，分别用碣，碣lz 马表示。c 0 上的 z 马码用于业务信道，而c o 上的z 用于公共控制信道，c o 上的丁墨用于专用 控制信道。在小容量地区，基站仅有一套发射机，这意味着只有8 个物理信道， 这时z 可既用于公共控制信道又用于专用控制信道，而把z 墨码用于业务信道 【1 1 。 2 3 数据链路层 2 3 1 g s m - r 数据链路层功能简介 g s m r 数据链路层( d a t al i n k ，d l l 2 ) 遵循g s ml a p d m 协议。除此之外，数 9 据链路层支持随机接入数据的传输和蜂窝广播数据的传输。数据链路层通过直接 连接到无线资源( r a d i or e s o u r c e ，r r ) 子层的数据链路接口向第三层( l a y e r3 ) 提供 服务。d l 支持g s m 定义的两类服务接入点：s a p0 ( s c r v i c c a c c c s sp o i n t ，s a p ) 和 s a p3 ，s a p3 仅支持点对点的短消息数据；而s a p 0 支持其他所有的信息数据传 输。l 2 通过物理接口使用物理层( l 1 ) 提供的服务。d l 提供以下服务( 1 2 项) ： 1 通过物理( p h ) 接口接收在b c c h ，a g c h 和p c h 的无确认数据； 2 在s a c c h ( s a p o ) 传输无确认数据； 3 在f a c c h ，s d c c h 和s a c c h 等逻辑信道建立确认模式操作； 4 释放确认模式操作； 5 挂起、恢复和重建确认模式操作； 6 在s a p 0 和s a p 3 的数据多路技术； 7 对l 3 确认数据和无确认数据进行队列操作； 8 分割、传输确认模式数据； 9 接收、连接确认模式数据； 1 0 帧重发和计时器恢复机制： 1 1 传输随机接入数据( 仅用于初始化过程) ； 1 2 接收、连接小区广播数据。 数链层和上下两层( l 3 l d 的通信是采用原语请求响应的应答方式，而同层之 间的消息传输是以帧的命令响应方式来进行【4 l 。 2 3 2 数据链路层与第一、第三层问通信 2 3 2 1原语的常规语法 x x - g e n e r i cn a m e - t y p e ( p a r a m e t e r s ) 代表意义： x x ：指示提供服务的层： g e n e t i cn a m e ：规定该层提供的具体服务； t y p e ：原语类型，包括请求、指示、响应和确认。 l o 2 3 2 2服务原语及其相关参数 2 3 2 2 1 链路层服务原语 链路层服务原语包括 d l _ e s t a b l i s h ：建立链路； d lr e l e a s e ：释放链路； d ld a t a ：传输l 3 信息单元，用于数据的确认传输； d lu n i t _ d a t a - 传输l 3 信息单元，用于数据的无确认传输； d l _ s u s p e n d ：挂起链路； d l _ r e s u m e ：恢复链路； d lr e c o n n e c t ：重建链路： d l _ r a n d o m _ a c c e s s ：传输随机接入信息； m d lr e l e a s e ：本地终端释放链路； m d le r r o r ：指示发生链路错误。 2 3 2 2 2 物理层服务原语 物理层服务原语包括： p h d a t a ：传输包含帧的信息单元； p h _ c o n n e c t ：指示信道类型； p hr e a d yt o s e n d ：向链路层指示己准备好传输； p he m p t y _ f r a m e ：传输填充帧。 2 3 2 2 3 服务原语中的参数 息。 1 信息单元( m e s s a g eu n i t ) 在d l _ d a t a 中，包含l 3 的信息：在p h _ d a t a 中，包含数据链路层的帧信 2 信道类型( c h a n n e lt y p e ) 在2 2 1 小节中给出了说明。 3 服务接入点指示( s a p o 指示服务接入点，取值为0 或3 。 4 释放模式( r e l e a s em o d e ) 仅用于d l j 逻l e a s e 原语，指示链路释放类型是正常释放还是本地终端释 放。 5 错误原因( e r r o rc a u s e ) ：1 6 类，具体内容可以参阅g s m 0 4 0 6 6 建立模式( e s t a b l i s hm o d e ) 仅用于d l _ e s t a b l i s h 原语，指示链路建立类型。有正常建立和争抢判决建 立两种建立类型。 7 l 2 报头类型 指示l 2 的报头类型，有以下两种： 短的l 2 报头类型l ； 正常的l 2 报头类型。 2 3 2 3数据链路层与l 3 l 1 的通信过程 l 2 与l 3 的通信，如图2 - 6 所示。 第三层- 图2 - 6l 2 、l 3 通信过程 f i g u r e2 6c o m m u n i c a t i o nb e t w e a nl 2a n dl 3 l 2 与l 1 的通信，原理同上，所不同的是：l 2 发起请求，l l 提供服务。 2 3 3l a p d m 通信协议 2 3 3 1协议概述 l 2 负责在g s m 不同的逻辑信道上，收发l 3 的确认信息数据和无确认信息数 据。确认数据以i 帧( 信息帧) 来传输；无确认数据以u i 帧( 无确认信息帧) 来传输。 在进行数据传输之前，要建立链路，确定逻辑信道：在传输中，要保证数据的正 确收发，必须进行异常情况处理；当发生信道的改变时，还将负责挂起、恢复和 重建链路的任务；在完成传输后，要释放链路【4 】。 2 3 3 2无确认信息传输 在此传输过程中，不需要对帧的传输进行确认，帧类型为u i 。 2 3 3 2 1 发送 l 3 使用d l _ u n i t _ d a t a _ r e q u e s t ，向数链层发送无确认信息，这一原语规 定了是否使用短的l 2 报头类型l ，l 3 的信息单元应该包含在一个u i 命令帧中。 数据链路层构造l 2 消息单元，并使用p h _ d a t a _ r e q ，将其发送至物理层。 2 3 3 2 2 接收 根据收到的u i 命令帧的字段信息，链路层在接收前首先要判断该帧有效还是 无效，如果有效，则接收该帧，否则，将其丢弃。 2 3 3 3确认信息传输 确认信息传输包括复帧操作的建立、信息帧传输、挂起复帧操作、恢复复帧 操作、终止复帧操作、复帧操作的重建、异常情况的处理这七种情况，下面进行 具体的分析： 说明：为了说明确认模式的信息传输过程，以a 表示发送命令方，b 表示接 收命令方。 2 3 3 3 1 复帧操作的建立 1 正常建立 a 端的l 3 向数据链路层发起建立请求，在请求中不包含l 3 信息单元，要求 复帧操作的正常建立。a 端的l 2 根据接收到的请求，发送s a b m 命令帧。b 端的 l 2 接收到s a b m 帧： 能进入建立过程，发送u a 响应帧： 不能进入建立过程，发送d m 响应帧。 a 端的l 2 接收到u a 响应帧： u a 帧有效，进入复帧建立状态，并向l 3 发送建立确认； u a 帧无效，l 2 忽略该u a 帧。 a 端的l 2 接收到d m 响应帧： d m 帧有效，向l 3 发送链路释放指示： d m 帧无效，忽略该d m 帧。 2 争抢判决建立 说明：通常是由m s 发起该模式的建立过程。 a 端的l 3 向l 2 发送建立请求，该请求中包含l 3 的信息单元。 a 端的l 2 发送s a b m 命令帧，该帧的信息字段包含l 3 消息。 b 端的l 2 接收到s a b m 命令帧： b 端处于空闲状态：发送u a 响应帧； b 端处于其他状态：忽略该s a b m 命令帧。 a 端的l 2 接收到u a 响应帧，比较u a 响应帧的信息和存储的信息： 相等，进入复帧建立状态，l 2 向l 3 发送建立确认； 不相等，进入空闲状态，同时向l 3 发送链路释放指示。 2 3 3 3 2 信息帧传输 a 端的l 3 向l 2 发起信息传输请求，该请求中包含l 3 信息单元。 a 端的l 2 根据l 3 信息单元构成i 帧，进行发送。 1 4 b 端的l 2 接收到i 帧，分以下情况处理： 不在接收忙状态，且i 帧的参数正确：发送r r 或i 帧进行准备接收响应： 不在接收忙状态，但i 帧的参数不正确：发送r f a 帧进行拒绝接收响应； 处于接收忙状态，发送r n r 帧。 a 端的l 2 接收到有效的确认帧( r r ，r e j ，r n r 或i 帧) ：根据帧参数，设置 本层的相关变量和计时器t 2 0 0 。如果还有待发的i 帧，则重复上述过程t 直至完 成全部的i 帧发送后，l 2 向l 3 发送信息传输确认。 2 3 3 3 3 挂起复帧操作 链路层的挂起操作，是为了避免信道改变过程中的信息丢失。由基站系统( b a s e s t a t i o ns y s t e m ，b s s ) 或移动服务中一i ：, ( m o b i l es e r v i c ec e n t e r ，m s c ) 控制专用信道 的分配和切换，在向m s 发送分配或是切换命令后，就会挂起发往m s 的l 3 信息， 在新的信道建立后，才继续进行信息的传输。 过程如下： a 端的l 3 向l 2 发出挂起复帧操作的请求。 a 端将待发的l 3 消息放回发送队列，清空发送缓冲器和传输缓冲器。 a 端l 2 向l 3 发送挂起确认，进入挂起状态，这时m s 切换到新的信道。 说明： 这里需要解释有关发送队列，发送缓冲器和传输缓冲器的概念：l 3 的信 息传输请求首先被放入发送队列：然后按照先入先出原则从队列中取出一条l 3 信 息放入发送缓冲器；接下来根据发送缓冲器的内容构建信息帧，每次取出一个信 息帧，放入传输缓冲器准备发送。 2 3 3 3 4 恢复复帧操作 1 改变信道后的恢复过程 a 端的l 3 向l 2 发起恢复请求。 a 端保存未发送的l 3 信息单元，丢弃已发送但没有接收到确认的l 3 信息 单元，发送s a b m 命令帧，要求恢复信道。 b 端接收到s a b m 帧后，发送u a 响应帧。 a 端接收到u a 帧，l 2 进行相关参数的处理后，向l 3 发送复帧建立确认， 随后继续进行正常的链路通信过程。 2 返回原信道的恢复过程 a 端的l 3 向l 2 发起重建请求。 a 端保存未发送或是未接收到确认的l 3 信息单元，发送s a b m 命令帧。 b 端接收到s a b m 帧后，发送u a 响应帧。 a 端接收到u a 帧，l 2 进行相关参数的处理后，向l 3 发送复帧建立确认， 随后继续进行正常的链路处理过程。 2 3 3 3 5 终止复帧操作 1 正常释放过程 a 端的l 3 向l 2 发送正常释放请求。 a 端的l 2 发送d i s c 命令帧。 b 端的l 2 接收到d i s c 帧： 当处于复帧建立状态或是计时器恢复状态时：发送u a 响应帧，向l 3 发 送释放指示，进入空闲状态； 当处于空闲状态时：发送d m 响应帧。 a 端的l 2 接收到u a 或d m 响应帧后，向l 3 发送释放确认，随后进入空 闲状态。 2 本地终端释放过程 a 端的l 3 向l 2 发送本地释放请求或是异常出错释放请求。 a 端的l 2 向l 3 发送释放确认，随后进入空闲状态。 说明：如果接收到出错释放请求时l 2 处于空闲状态，则完成释放处理后进 入无效状态。 2 3 3 3 6 复帧操作的重建 在复帧建立状态或是计时器恢复状态，有两种情况可以导致重建操作： 接收到建立复帧操作的请求； 接收到s a b m 命令帧。 1 6 重建过程如下： a 端的l 2 接收到建立请求或是s a b m 命令帧； a 端清除没有处理完的l 3 消息单元，并且向l 3 发送建立指示或确认。 2 3 3 3 7 异常情况的处理 1 在等待确认的过程中，计时器t 2 0 0 终止 判断重发次数是否小于n 2 0 0 + i ( n 2 0 0 ：数据链路层最大重发次数，不 同的信道n 2 0 0 取值不同1 ： 如果小于，则重发命令帧( i 、sa b m 或d i s c ) ，令重发次数+ 1 ； 如果不小于，l 2 向l 3 层发送出错指示。由l 3 来发起释放请求， 在接收到释放请求之前，l 2 一直处于计时器恢复状态。 2 参数错误 当l 2 接收到包含错误参数的帧时，向l 3 发送出错指示，由l 3 发送释放 请求，释放当前链路 4 1 。 2 3 4 数据链路层状态转换分析 2 3 4 1 状态描述 首先解释数据链路层在通信过程中可能处于的状态： n u l l ：无效状态，是指没有可用的物理资源； i d l e ：空闲状态，是指有可用的物理资源，但还没有建立链路； e s l a b l i s h i n g ：等待建立状态，是指已发出建立命令帧，但还没有收到响 应的状态； e s t a b l i s h e d ：建立状态，是指链路已经建立，可以开始信息传输； s u s p e n d e d ：挂起状态，是指在通信过程中，发生专用信道的切换时，暂时 挂起传输； d i s c o n n e c t i n g ：等待释放状态，是指在发出释放链路命令帧后，等待响 应的状态【5 l 。 1 7 j b 立交通叁堂亟堂僮i 垒塞 窒生接旦协越拉盆蚯 2 3 4 2 状态转换分析 1 无效状态 1 接收到p h _ c o n n e c t _ i n d 原语，进入空闲状态。 2 空闲状态( i d l e ) 接收到d l _ e s t a b l i s h _ r e q 原语或是d l _ r e c o n n e c t _ r e q 原语， 发送s a b m 帧，进入等待建立状态； 2 接收到s a b m 帧( 请求建立的命令帧) ，发送u a 响应帧，进入建立状态； 3 接收到m d lr e l e a s e _ r e q 原语，进入无效状态。 3 等待建立状态( e s t a b l i s h i n g ) 1 接收到d m 帧( 拒绝建立) ，返回空闲： 2 接收到计时器终止指示( 终止于第n 2 0 0 十1 次的重发) ，返回空闲； 3 接收到u a ( 建立请求的响应帧) ，进入复帧建立状态； 4 接收到d lr e l e a s e _ _ r e q ，进入等待释放状态 4 建立状态( e s t a b l i s h e d ) 1 接收到d l - r e c 0 n n e c tr e q ，发送s a b m 帧，进入等待建立状态； 2 接收到d l _ s u s p e n dr e q ，进入挂起状态； 3 接收到d u te l e a s er e q ( j e 常释放) ，进入d i s c o n n e c t i n g ； 4 接收到d i s c ( 请求释放的命令帧) ，发送u a ，进入空闲。 5 挂起状态( s u s p e n d e d ) i 接收到d l - e s t a b l i s h _ r e q ，发送s a b m ，进入等待建立状态； 2 接收到d l r e s u e m _ r e q ，发送s a b m ，进入等待建立状态； 3 接收到d lr e c o n n e c t _ r e q ，发送s a b m ，进入等待建立状态； 4 接收到d lr e l e a s e r e q ( 正常释放) ，进入等待释放状态。