（通信与信息系统专业论文）td无线接入系统中nodeb无线资源优化研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 t d s c d m a 移动通信系统是我国第一个拥有自主知识产权的国际电信标 准。t d s c d m a 标准综合了t d d 和c d m a 的所有技术优势，具有灵活的空中 接口，并采用了智能天线、联合检测等先进技术，在三个主流标准中，具有最 高的频谱利用率，在系统容量和抗干扰能力等方面也有突出优势，因而受到国 内外的普遍关注。随着3 g 技术日渐成熟，3 g 、b 3 g 以及4 g 系统的设计目标就 是希望无线通信系统能够提供高速数据业务速率和频谱利用率，优化系统资源， 降低业务延迟，以满足和互联网业务相融合等形式全新的移动宽带多媒体业务 的需求。因此t d s c d m a 无线接入系统中对于无线通信网络有限而宝贵的空中 接口资源的优化分配和整合处理是个值得研究的课题。基于上述考虑，本文对 t d 无线接入系统中n o d e b 的无线资源优化进行了研究。 本文将t d s c d m a 系统无线接入网中i u b 接口一端的基站作为研究对象， 详细分析和研究了微基站( m i c r on o d e b ) 的硬件体系和软件结构，通过c 语言编 程实现了m i c r on o d eb 无线资源的管理和优化功能，具体工作如下： ( 1 ) 在微基站n b a p 软件模块中加入h s d p a 技术，通过c 语言编程设计 出n b a p 软件模块中负责协议实现的p i 子模块和负责n b a p 无线资源存储及管 理的r t 子模块。 ( 2 ) 在微基站n b a p 软件模块中加入可以支持多媒体无线应用业务的 a t m i p 双栈传输承载技术，通过c 语言编程进行了r t 和p i 子模块的软件设 计和实现，以及n b a p 与b c p 内o m 和a s g 子系统的接口设计。 ( 3 ) 通过采用整基站测试方法对所设计模块的可行性进行t n 试，结果表 明所设计的模块满足a t m i p 双栈设计的业务需求。 关键词：微基站，n b a p ，无线资源优化，h s d p a ，a t m i p 双栈 武汉理工大学硕上学位论文 a b s t r a c t t h et d - s c d m am o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e mi st h ef i r s ti n t e r n a t i o n a l t e l e c o ms t a n d a r dp r o p o s e db yc h i n e s e i ti n t e g r a t e sal o to ft d dt e c h n o l o g ya n d c d m at e c h n o l o g ya d v a n t a g e s ，s u c ha sf l e x i b l ea i ri n t e r f a c e ，s m a r ta n t e n n a ，j o i n t d e t e c t i o ne t c t h e r e b y ，i tc a na c h i e v eh i g hf r e q u e n c ye f f i c i e n c ya n do f f e rl a r g e s y s t e mc a p a c i t y f o rt h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ss y s t e mi nt h ef u t u r eh i g h e rd a t a s p e e da n ds y s t e mc a p a c i t yi se x p e c t e d o p t i m i z i n gs y s t e mr e s o u r c ei so n eo ft h ek e y a p p r o a c ht oa c h i e v et h e s e i nt h i st h e s i s ，t h er a d i or e s o u r c eo p t i m i z a t i o no fn o d e bi nt dr a d i oa c c e s s s y s t e mi ss t u d i e d t h eh a r d w a r es y s t e ma n ds o f t w a r es t r u c t u r eo fm i c r on o d e ba r e a n a l y z e da n ds t u d i e di nd e t a i l t h ef u n c t i o no fm a n a g e m e n ta n do p t i m i z a t i o no fr a d i o r e s o u r c eo fm i c r on o d e bi sa c h i e v e db yas o f t w a r em o d u l eb a s e do ncl a n g u a g e p r o g r a m m i n g t h em a i nw o r ki sa sf o l l o w s ( 1 ) t h eh s d p a t e c h n o l o g yi sa p p l i e dt ot h en b a ps o f t w a r em o d u l eo fm i c r o n o d e b t h ep is u b m o d u l ew h i c hi sr e s p o n s i b l ef o rp r o t o c o li m p l e m e n ta n dt h er t s u b m o d u l ew h i c hi sr e s p o n s i b l ef o rm e m o r ya n dm a n a g e m e n to fn b a pr a d i o r e s o u r c ei nt h en b a ps o f t w a r em o d u l ea r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e db yu s i n gc l a n g u a g e ( 2 ) t h ea t m i pd o u b l eb e a r e r st r a n s f e r t e c h n o l o g yw h i c hc a ns u p p o r t m u l t i m d i ar a d i oa p p l i c a t i o ns e r v i c ei sa p p l i e dt ot h en b a ps o f t w a r em o d u l eo fm i c r o n o d e b t h es o f t w a r ed e s i g na n di m p l e m e n t i n go fr ts u b m o d u l ea n dp is u b m o d u l e a r ep r o g r a m m e db yu s i n gcl a n g u a g e t h ei n t e r f a c eb e t w e e nn b a pa n do m s u b s y s t e mw h i c hi si nb c pa n dt h ei n t e r f a c eb e t w e e nn b a pa n da s gs u b s y s t e m w h i c hi si nb c pa l ea l s op r o g r a m m e db yu s i n gcl a n g u a g e ( 3 ) t h ef e a s i b i l i t yo fd e s i g n e dm o d u l e sa r et e s t e db ya d o p t i n gt h em e t h o do f w h o l en o d e bt e s t t h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a td e s i g n e dm o d u l e sf u l f i l ls e r v i c e d e m a n do fa t m i pd o u b l eb e a r e r si sc o n c l u d e d k e yw o r d s ：m i c r on o d e b ；n b a p ；r a d i or e s o u r c eo p t i m i z a t i o n ；h s d p a ； a t m 【i pd o u b l eb e a r e r s 独创性声明 本人声明，所呈交的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。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，也不包含为获得武汉理工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。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：张晶 导师签名：角s ： 日期：塑塑型 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 移动通信系统的发展概述 自从18 9 7 年马可尼( m a r o c n i ) 第一次展示无线电通信能力以来，人们对尤线 通信以及移动通信的新方法和新途径就寄予厚望，并为之进行了不懈的努力。 直到2 0 世纪7 0 年代，美国贝尔实验室提出了蜂窝( c e l l ) 的概念以后，解决了频 率复用的问题，大规模的通信组网才变得现实。8 0 年代大规模集成电路技术及 计算机技术的飞速发展，初步解决了通信终端小型化的问题，为移动通信的发 展奠定了基础。 美国高级移动电话服务( a m p s ) 系统是世界上第一个具有现代意义的、可商 用的、能够满足随时随地通信的大容量移动通信系统，具有划时代的意义。a m p s 在北美的巨大成功，极大的刺激了全球蜂窝移动通信系统的研究和发展，欧洲 的全接入通信系统门人( t a c s ) 、北欧的n m t 和日本的n t i ，系统等相继开发成 功。这些系统都是依赖于适当的复用规划( 特定地区的传播特性) 和频分多址 ( f d m a ) 来提高容量，并采用模拟调制方式，统称为第一代模拟移动通信系统。 第一代移动通信系统支持的业务单一( 主要是语音业务) 、频谱利用率低、保 密性差，不能满足飞速增长的移动通信业务量的需求，并且一个国家一个标准， 无法解决跨国漫游的问题。经过1 0 余年的发展，在2 0 世纪9 0 年代，第一代移 动通信系统终于被第二代移动通信系统( 2 g ) 所替代。 欧洲是推动第二代移动通信系统发展的主要动力，随着超大规模集成电路 和计算机技术的飞速发展，以及语音数字处理技术的日益成熟，欧洲各国从2 0 世纪8 0 年代初就开始了第二代移动通信系统的研究，并于8 0 年代中、后期对 各种方案进行现场测试比较，最后确定了基于时分多址( t d m a ) 的数字移动通信 系统，即全球移动通信系统( g s m ) 。与第一代移动通信系统相比，g s m 采用数 字调制和t d m a ，代替了模拟调制和f d m a ，较好的实现了跨国漫游，大大提 高了系统的频谱利用率。g s m 系统以其先进的技术和优越的性能在全球得到了 广泛的应用。与欧洲相比，美国在第二代移动通信系统上的研究要晚一些。美 国高通公司( q u l c o m m ) 在2 0 世纪9 0 年代初提出了码分多j 咀i z ( c d m a ) 技术，并在 武汉理工大学硕士学位论文 1 9 9 3 年被电信工业协会( t i a ) 标准化为i s 9 5 标准。i s 9 5 标准在北美和韩国等地 得到了大规模商用，但是由于起步较晚，以及在网络和高层信令方面考虑不足， 市场份额远远低于g s m 系统。 第二代移动通信系统可以提供语音业务及低速率的数据业务，基本满足人 们信息交流的需求。但是移动多媒体和高速数据业务的迅速发展，迫切需要新 一代的网络来提供更宽的工作频带，支持更加灵活的多种类业务( 高速率数据、 多媒体以及对称或非对称业务等) ，并且能使移动终端在不同的网络间进行漫游。 这些新的需求促进了第三代移动通信系统( 3 g ) 的发展。 早在1 9 8 5 年，国际电联( i t u ) 就提出了第三代移动通信系统的概念，同时建 立了专门的机构进行研究，当时称为未来公共陆地移动通信系统( f p l m t s ) 。当 时g s m 技术还没有成熟，c d m a 技术尚未出现。在最初的1 0 年中，研究进展 缓慢，直到1 9 9 6 年后研究工作取得了快速进展，并于1 9 9 6 年确定了正式的名 称i m t 2 0 0 0 。名字的含义是该系统预期在2 0 0 0 年投入使用，系统工作于 2 0 0 0 m h z 频带，最高的传输速率是2 0 0 0 k b i f f s 。i t u 最初的设想是制定统一的通 信标准，实现全球的无缝接入、完全无障碍的通信。但是由于在技术上各有优 势，最主要的是通信标准中蕴涵着巨大的经济利益，在经过近两年的激烈竞争、 评估和融合之后，1 9 9 9 年1 1 月5 日i t u 在赫尔辛基举行的t g 8 1 第1 8 次会议 上，确认了5 种第三代移动通信系统无线传输技术。主要分为两大类，分别基 于t d m a 技术和基于c d m a 技术。基于t d m a 技术包括两种：单载波 ( s c ) 一t d m a ( u m c 1 36 ) 和多载波( m c ) t d m a ( e p d e c t ) ；c d m a 技术包括： m c c d m a ( c d m a 2 0 0 0 m c ) 、直扩( d s ) c d m a ( 包括u t r a w c d m a 和 c d m a 2 0 0 0 d s ) 、时分双i ( t d d ) c d m a ( 包括t d s c d m a 和u t r at d d ) 。可 以看到c d m a 技术已经成为第三代移动通信系统的主流1 2 l 。 1 2 第三代移动通信系统的特点 m c c d m a ( c d m a 2 0 0 0 m c ) 的支持者以北美公司为主，包括朗讯、北电、 高通和摩托罗拉等。由窄带c d m a 发展起来，能与现有的窄带c d m a 平滑过 渡。d s c d m a 中w c d m a 的支持者以欧洲和日本为主，包括爱立信、诺基亚、 n t t d o c o m o 、富士通、n e c 等。c d m a 2 0 0 0 d s 是在i s 9 5 系统的基础上由高 通、朗讯、摩托罗拉和北电等公司起提出，最大限度的考虑了和i s 一9 5 系统的 后向兼容性。二者的共同点在于采用频分双i ( f d d ) 方式；区别在于w c d m a 扩 2 武汉理工大学硕士学位论文 频码速率为3 8 4 m c h i p s ，载波带宽为5 m h z ，基站间同步可选，而c d m a 2 0 0 0 d s 的扩频码速率为1 2 2 8 8 m c h i p s ，载波带宽为1 2 5 m h z ，基站间必须同步。其他 关键技术如：功率控制、软切换、扩频码及其采用的分集技术差别很小，基本 相同。t d dc d m a 中的u t r at d d 主要由西门子提出，扩频码速率为 3 8 4 m c h i p s ，与w c d m a 扩频码速率相同。t d s c d m a 由中国信息产业部电信 科学技术研究院( 现在的大唐电信集团) 提出。扩频码速率为1 2 8 m c h i p s ，载波带 宽为1 6 m h z ，基于同步c d m a 、智能天线、软件无线电、联合检测等技术。 以上标准中被公认的主流标准为：w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 d s 和t d s c d m a 三种。他们的共同点是采用c d m a 的接入技术，最大的区别是w c d m a 和 c d m a 2 0 0 0 d s 标准采用频分双工( f d d ) 技术，而t d s c d m a 标准采用时分双 工( t d d ) 。f d d 系统的上下行链路各占一个频段，通过不同的频段来区分上下行， 一般上下行分配对称的频谱资源；采用t d d 技术，主要是通过时隙划分，上下行 链路可以在相同频段的不同时隙上来承载上下行链路数据，上下行链路的时间 比分配可以根据传输的数据业务需要灵活分配。现在互联网i p 业务发展迅速， 移动通信的要求已经从最简单的语音通话向包括通话、上网浏览、下载图像、 下载音乐等各种大数据量的“非对称业务”转变。f d d 技术对于一些“非对称业务” 来说，存在上行资源浪费的现象。而t d d 技术能够动态调整上传和下传时间比 例，方便的满足“非对称业务”的需求，因此，基于t d d 技术的c d m a 系统在未 来的移动通信演进中会得到越来越多的重视【l 捌。 1 3t d s c d m a 发展历程及其关键技术 1 3 1t d s c d m a 的发展历程 在三大主流标准中，t d s c d m a 是信息产业部电信科学技术研究院( 现大唐 电信集团) 根据多年的研究提出的具有一定特色的第三代移动通信标准。这是我 国通信史上第一个具有核心自主知识产权的国际通信标准，它的出现在我国通 信史上具有里程碑的意义，并将产生深远的影响。t d s c d m a 标准公开之后， 在国际上引起了强烈的反响，得到西门子等许多著名公司的重视和支持。 中国无线通信标准组( c w t s c h i n aw i r e l e s st e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d g r o u p ) 是i t u 承认的标准化组织，也是第三代合作项目( 3 g p p 一3 佃g e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 和3 g p p 2 两个国际组织的成员。t d s c d m a 为i t u 正式接 3 武汉理工大学硕士学位论文 纳后，1 9 9 9 年1 2 月在3 g p pr a n ( r a d i oa c c e s sn e t w o r k ) 会议上确定了 t d s c d m a 与u t r a t d d 标准融合的原则，经过一年多的工作，2 0 0 1 年3 月 1 6 日，在美因加利福尼亚州举行的3 g p pt s g ( t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o ng r o u p ) r a n 第1 1 次全会上，将t d s c d m a 列为第三代移动通信系统标准之一。这是 t d s c d m a 成为全球第三代移动通信系统标准的一个重要里程碑，表明该标准 已经被世界众多的移动通信运营商和设备生产厂家所接受。在这之后 t d s c d m a 标准进入了稳定并进行相应改进和发展的阶段1 1 1 。 1 3 2t d s c d m a 技术特点 t d s c d m a 综合了t d d 和c d m a 的所有技术优势，具有灵活的空中接口， 并采用了智能天线，联合检测等先进技术，在三个主流标准中，具有最高的频 谱利用率，在系统容量和抗干扰能力等方面也有突出优势。更适合在人口密集 的大中城市传输对称与非对称业务，尤其适合移动国际互联网i n t e r n e t 业务，而 网络业务将是第三代移动通信的主要业务。此外，t d s c d m a 具有我国自主的 知识产权，在网络规划、系统设计、工程建设上成本更低，在技术支持和技术 服务方面也更方便，可大大节省系统建设投资和运营成本。t d s c d m a 系统的 主要特点如下1 4 j ： ( 1 ) t d d 方式便于提供非对称业务 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帧里传输基本 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。在传输对称业务时，比如如话音、交互式实时数据业务 等，可选用对称的转换点位置。在传输非对称业务时，比如i n t e m e t 等，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 方式的另一优点就是系统无需使用成对的频段，这样就可以使用f d d 系统无法 使用的频段。 ( 2 ) 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 4 武汉理工大学硕t 学位论文 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。 ( 3 ) 联合检测技术 t d s c d m a 系统是干扰受限系统。系统下扰包括多径干扰、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当成有 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，但同时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。 ( 4 ) 智能天线技术 智能天线是一种基于自适应天线原理的移动通信新技术，智能天线系统就 是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。它结合了 自适应天线技术的优点，利用天线阵列对波束的汇成和指向的控制，产生了多 个独立的波束，可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化。t d s c d m a 系 统的上、下行信道使用同一载波，上、下行射频信道完全对称，从而有利于智 能天线的使用( 目前仅用于t d 无线接入系统的基站n o d e b 中) 。 ( 5 ) 软件无线电 软件无线电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。它的基本原理就 是将宽带a d 和d a 转换器尽可能靠近天线外，从而以软件方式代替硬件实施 信号处理。使用软件无线电技术，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，也便于系统升 级，降低用户设备费用。 1 4 课题研究的目的和意义 无线资源的优化，可以理解为主要负责对无线通信网络有限而宝贵的空中 接口资源的分配和处理，其核心目标是提高频谱利用率和增大数据速率，同时 提高系统资源的利用效率，扩大系统容量，增强业务性能l 5 1 。 在现有的t d s c d m a 的t d d 模式通信系统中，接收和传送在同一频率( 即 5 武汉理工大学硕士学位论文 载波) 的不同时隙用保证时间来分离接收和传送信道。该模式在不对称业务中有 着不可比拟的灵活性，由于每帧内时域上下行切换的切换点可灵活变动，所以 对于对称业务( 语音和视频会议等) 和不对称业务( 包交换和因特网浏览等) ，可充 分利用无线频谱资源；并且其可在1 6 m h z 的单载波上提供高达2 m b i t s 的数据业 务和4 8 路话音通信，能获得更高的频谱利用率。对于t d s c d m a 系统所综合 采用的联合检测、智能天线和上行同步等先进技术，系统内的多址和多径干扰 都得到了极大缓解，从而有效地提高了频谱利用率，进而能够提高整个系统的 容量i4 1 。 当前，随着3 g 网络技术日渐成熟，无线通信领域( 特别是基本无线传输技 术) 的研究热点逐渐转移到b 3 g ( 后3 代) 或4 g 系统。未来系统的设计目标是能够 提供峰值速率达到1 0 0 m b p s 以上的带宽以满足移动多媒体业务的承载需求，具 体来说，采用m c ( m u l t i p l e c a r r i e r 多载波) 、o f d m 、a a ( a d a p t i v ea t e n n a 自适应 天线) 、m i m o 、d a ( d i s t r i b u t e da n t e n n a 分布式天线) 等先进的传输技术和天线技 术及全i p 网络架构实现无线网络的无缝覆盖和各类业务的端对端q o s 保障等【6 】。 未来移动通信结合了空时处理、多载波调制以及包括时域、频域、码域、空域 在内的混合多址接入方式，系统空中接口的无线资源呈现出多维特性。因此该 类系统中无线资源的分配和处理上就需要考虑面向多维无线资源的合理配置问 题，那么对于无线资源的优化上需要更深层次和全面的考虑来实现未来b 3 g 和 4 g 系统的性能。 本课题的研究目标主要是t d s c d m a 系统中无线网络层控制平面的n b a p 信令协议，并结合基站n o d e b 业务面通过分析n b a p 协议内容及其各种典型过 程，来寻求如何体现t d s c d m a 无线接入系统中n o d e b 侧在t d 系统数据速率 的提高、业务需求的扩大和多样性等应用上对于无线资源的优化和完善，以获得 t d 系统对于数据及业务量上高速实时、提高频谱利用率和增大数据速率、以及 实现业务需求多样性等3 g 移动通信系统中的特剧7 8 j 。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章t d s c d m a 系统结构 t d s c d m a 作为u m t s 系统的一种无线接入技术，是为了满足u m t s 的 以下目标：允许用户广泛访问电信业务，包括一些现在还没定义的业务，比如 多媒体和高速率数据业务；方便的提供与固定网络相似的高质量的业务( 特别是 话路质量) ；方便的提供小的、容易使用的、低价的终端，它要有长的通话和待机 时间；提供网络资源有效的使用方法( 特别是无线频谱) 。通用移动通信系统 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 t m i e a t i o ns y s t e m s ) 是i m t - 2 0 0 0 的一种，它是 i t u 的i m t - 2 0 0 0 第三代移动通信系统的重要组成部分。u m t s 系统除了支持现 有的话音、数据业务外，还可以为移动用户提供全新的交互式多媒体业务。它 可提供2 m b i t s 的高数据传输速率，u m t s 技术已经引起了广泛的关注。u m t s 的网络结构由核心网c n ( c o r e n e t w o r k ) 、u m t s 陆地无线接入网u t r a n ( u m t s t e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k ) 和终端u e ( u s e r e q u i p m e n t ) 3 个部分组成l 。 2 1t d s c d m a 网络结构 一般u m t s 系统由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1 ：3 称为i u 接口，u t r a n 和u e 之间接1 ：3 称为u u 接1 ：3 。 u t r a nu m t s 地面无线接入网；c n 核心网：u e 终端 图2 1u m t s 系统结构 实际应用中的t d s c d m a 网络结构实质如图2 1 所示，可见t d 系统仍旧 7 武汉理工大学硕十学位论文 是由c n 、u t r a n 和u e 三个部分组成i 引。其中u t r a n 系统的内部结构如图 2 2 所示。 图2 2u t r a n 内部网络 对于u t r a n 中c n 、r n c 和n o d e b 三个部分各自的功能作用分别如下【9 。1 1 】： ( 1 ) c n ( 核心网) ：核心网有不同的实现方式，根据不同的条件和环境，既 可以利用已有的核心网通过改进实现，也可以建设一个全新的、先进的核心网。 不管是以何种方式、何种技术来实现核心网，都必须满足第三代移动通信系统 对核心网的要求。对t d s c d m a 核心网的传输要求：支持电路交换业务、分组 交换业务、实时非实时及自适应流量控制业务；支持各种q o s 需求和业务描述； 可以使用户获得各种通信业务，包括许多现在未定义的多媒体业务和高速率业 务。 ( 2 ) r 2 q c ( 无线网络控制器) ：r n c 用于控制u t r a n 的无线资源。它通常 与一个移动交换中心m s c 和一个s g s n 以及广播域通过l u 接口连接。它在逻 辑对应与2 g 的g s m 网络中的基站控制器。 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 o n e t w o r ks u b s y s t e m ) 组成。其中一个r n s 包括一个r n c 和一个或者多个n o d e b ， 而n o d e b 通过i u b 接口与r n c 连接，n o d e b 这里是支持t d d 模式。每个r n s 管理一组小区的资源。在u e 和u t r a n 的每个连接中，其中一个r n s 充当服 8 武救理j 大学顶l 学位论文 务r n s ( s r n s ，s e r v i n g r n s ) 。如果需要 r n s ) d 过提1 _ i j i 二线资源柬支持s r n s 州 个或者多个漂移r n s ( d r n s ，d r i f t i n g 则s r n s 和d r n s 的结构关系如蝌2 3 。 罔23s r n s 和d r n s 的结构关系 ( 3 ) 单站n o d e b ( 竹点b ) ：n o d e b 用于进行物那层与空中接口之f nj 的棚天 处理，比如信道编码、交织，速率旺配、扩频等，同时它还完成一些内环功率 控制等无线资源管理的功能，节点b 在逻辑上相当于2 g 的g s m 通信网络中的 基站。n o d e b 的设备组成和功能如图2 - 4 所示，其中n o d e b 的接川有u u 接口 ( l j t r a n 和u e 之可的接几) 和l u b 接l i ( r n c 和n o d e b 之间的接l i ) 。主要模块 有基带子系统、传输干系统、射频子系统、挡制予系统、天馈子系统和操作维 护子系统，这里n o d e b 主要功能什i u b 接口数据传输和出议的实现这罩为n b a p 信令协议和f p 协议，以及对j ：堆带数掂处王甲射频收发等功能的实现。 龟+ e 。 圈2 - 4n o d e b 的设备组成和功能示意图 1 ”j 武汉理l ：大学硕士学位论文 2 2t d 系统中l u b 接口协议结构 2 2 1t d 无线接入系统u t r a n 地面接口通用协议模型 u t r a n 地面接口的通用协议模型如图2 5 所示。从图中可以看出，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 的逻辑节点和它们之间的接口被 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( o & m ) 传输提供服务，而与u t r a n 特定的功能无关。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 2 】。 无线 控制平面 一 用户平面 网络层 i 应俐协议 l 数据施 tt t 传输 一一l i 。一一f 写二霸sf i r 搿一。传辅网络黼冒犯管。 鹣络痿 用户平面控露j 平面用户平面 a l c a p l i l 倍令承载 l 信令承载 l 数据承载 l ii 物埋层 图2 5u t r a n 接口的通用协议模型 无线网络层的控制平面包括应用协议和用户传输应用消息的信令承载，在 l 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 ( r a d i oa c c e s sn e t w o r k a p p l i e a t i o np a r t ) ，负责c n 和r n s 之间的信令交互。在i u r 接口上的应用协议是 无线网络子系统的应用部分r n s a p ( r a d i on e t w o r ks u b s y s t e ma p p l i e a t i o n p a r t ) ，负责两个r n s 之间的信令交互。i u b 接口上面的应用协议是n o d e b 应用 部分n b a p ( n o d e ba p p l i e a t i o np a r t ) ，负责r n s 内部的r n c 和n o d e b 之间的信 令交互。 在传输网络层，以上的i u 、i u b 、i u r 三个接口都使用了a t m 传输技术。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 l o 武汉理工大学硕士学位论文 平面只在传输层，不包括任何无线网络层的消息。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 ( a c c e s s l i n k c o n t r o l a p p l i c a t i o np a r t ) 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。 一般来说u t r a n 的功能有： ( 1 ) 用户数据传输功能。u t r a n 提供在u u 和i u 参考点之间的用户数据 传输功能。 ( 2 ) 系统接入控制功能。系统接入控制包含了接入允许控制、拥塞控制和 系统信息广播等功能。 ( 3 ) 无线信道加密和解密功能。该功能通过一定的加、解密操作作为发送 的无线数据提供保护，加密功能位于u e 和u t r a n 中。 ( 4 ) 移动性管理功能。该功能包括了切换功能、s r n s 重定位、寻呼功能 以及u e 的定位功能。 ( 5 ) 广播和多播功能。其中包括了广播多播信息的分配、广播多播流量 控制等功能。 ( 6 ) 无线资源的管理和控制功能。无线资源管理包括对无线资源的分配和 保持等相关功能，u m t s 的无线资源应该能在电路交换业务和分组交换业务之 间共享1 1 3 j 。 ( 7 ) 跟踪功能。u t r a n 可以跟踪与u e 的位置及其行为相关的各种事件。 ( 8 ) 流量报告功能。u t r a n 可以向c n 报告非确认数据的流量信息。 2 2 2t d 无线接入系统u t r a n 中l u b 接口的协议结构 基于2 2 1 节的u t 州接口的通用协议模型，图2 - 6 给出了t d s c d m a 无线接入系统的i u b 接m ( r n c 和基站n o d e b 之间的接口) 的协议架构，可见其 协议架构仍l b 从水平和垂直两个功能层考虑。每一层又包括控制平面和用户平 面。水平分层时为无线网络层和传输网络层，垂直分层时分别为无线网络控制 面、传输网络控制面和用户平面i l4 。其中对于无线网络层信令面采用的是 n b a p ( n o d e ba p p l i c a t i o np a r t ) 信令协议，作为i u b 控制平面的信令协议，主要用 于实现r n c 对n o d eb 的控制和管理，主要的功能包括：小区配置管理、公共 传输信道管理、系统信息管理、资源事件管理、配置校准、公共资源测量、无 线链路管理、无线链路监测、专用资源测量、通用错误状况的报告、物理共享 武汉理工大学硕士学位论文 无 线 网 络 层 传 输 层 ” ： 。，+ jf 9j j ：；? ，! 。i 。：，1 ：i “： ：罩 。“j ：凹”r m ：， i 警 ；r警 “翼f一蚕 荔：蛹i 毛国o np 五霹 n：yn：_ ：一 爹 一 唧 崎 萼 等：娜旧。j l 耄 毒 q - jr = 罨 。一：麓。二；：己三二孟 i 隧搿棼攀鬻黪雕+霉零擎j 鬻雾零鬻 。囊。蠢0l 叫毯鳓 。*it。- ，j：c j j ；t 1 ，? 。p 一? ，” ：o 二：一：，、：t、“ i ，o “j j ：o ”。 t ：，：? 。2 j ：i f ：0j 0 。：j ”i ? ，”。i - 。；影! j 一、： i 。 i ，ij jo q 2 1 两z 。i ：7 + 飞釜群 l 掣鼍黧弩事噶矿 _ ：”。”：q 二：。 s 芟= i q 触 i 譬篓浠 自* g * * * # s 蛹群 ， ：“ 弼j 缈i ；澎i 弼j s c l p s s c o p 一 。 镒瑚嗍网 鬈隘笋 “ ： - f 铲嬲獬铲 髓弱繇躁麓辅鄹 * ： p 帮 7 瞒磕衄匕鲥 。：k 吼? “ 惋珏泌t 衣ra 卫旺7 。 ： i 零絮喈镯囊零嬲紫掣警攀燃群黧零 ： p h y s i i a 号l l l a y e rf 严一；翟一l 图2 6t d u t 凡蝌i u b 接口协议架构 信道管理、下行链路功率时隙校正和信息交换。n b a p 的功能由n b a p 过程体 现。n b a p 过程包括公用过程和专用过程。它覆盖了寻呼，广播系统信息，请求 完成释放专用资源，和管理逻辑资源等过程。 图中对于无线网络层控制面采用的是f p ( f r a m ep r o t o c 0 1 ) 协议，作为i u b 用户平面公共传输信道和专用传输信道数据流的协议，包括r a c h f p 、 f a c h f p 、p c h f p 、d c h f p 、h s d s c h f p 等帧格式。用于实现空口的传输信 道数据和i u b 口f p 数据帧之间的转换，以及i u b 接口的节点同步和传输信道同 步。具体i u b 公共传输信道f p 协议功能为：在c r n c 和n o d e b 之间传递公共 传输信道t b s 、支持传输信道同步机制、支持节点同步机制，d c hf p 协议功能 为：通过i u b 接口传输t b s 、在c r n c 和n o d e b 之间传递外环功率控制信息、 也支持传输信道同步机制和节点同步机制。 对于传输网络层及其控制面，在传输网络层中，a a l 5 和a a l 2 分别作为 两种a t m 适配层协议，完成数据的适配功能，即把高层应用的数据结构表示成 a t m 层的信元结构，并提供需要的运行和管理功能。但a a l 5 用于非实时的面 向连接和无连接的数据传输，它是a t m 信令和一般数据传输的承载。a a l 2 是 为可变比特率数据流传输而设计的，用于传输话音业务，它允许多个用户统计 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 复用一个v c 连接，在传输短数据包时提高了带宽利用率，同时减小了时延。在 n o d e b 中a a l 2 位于f p 的下层，是用户业务数据的承载。传输网络层控制面的 协议包括a l c a p 、s s c f u n i 、s s c o p 、a a l 5 ，用来控制用户砸a a l 2 连接的 建立，释放，维护等，传输网络层用户面的协议包括s s c f u n i 、s s c o p 和a a l 5 、 a a l 2 ，主要承载n b a p 信令和用户数据。这些链路和协议中s a a l 和a a l 2 链路为n b a p 和f p 提供传输承载，通过a l c a p 协议对f p 承载进行控制，当 采用i p 传输时传输网络层控制面将不再存在，传输网络层用户面协议包括 s c t p 、u d p ，分别承载n b a p 信令和f p 业务数据。 具体实现时，i u b 接口协议栈结构与图2 - 63 g p p 标准协议栈的结构相比， 多了一部分内容，即无线网络层控制面的o a m a p 部分和传输网络层用户面的 i p ( i p o a a t m 传输时，遵循r f c2 2 2 5 中描述的c l a s s i c a li pa n da r p o v e ra t m 规范) 部分。增加的这部分功能用于实现r n c 和n o d eb 之间的o & m 专用通道。 r n c 负责转发o m c 和n o d eb 之间的管理i p 包1 1 5 j 。 2 3t d 系统中l u b 接口关于n o d e b 的实现 作为t d s c d m a 无线接入系统u t r a n 中基站n o d e b