（通信与信息系统专业论文）gsm系统中sdr基站告警系统的实现及优化.pdf

| 1 l l i l i l l l m 洲1 1 1 l l f l l l l l l i l l m i ：y 19 0 3 914 1 0 2 6 9 5 1 0 8 1 2 0 2 0 6 5 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i 够 t h e i m p l e m e n t a t i o n a n d o p t i m 娩a t i o no f s d r b a s es t a t i o na l a r m s y s t e m i ng s m s y s t e m s p e c i a l i t y ：n e t ：w r o r kc o 衄u 1 1 i c a t i o n a 1 ) r i l ，2 0 l l 作者签名：右占日期：汐，f 年5 月2 5 c 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 舀鲫系锄夕渤擞答氅系瓦翩实粥巍移他 系本人在华东师范大学攻 读学位期间在导师指导下完成的话士博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果 归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文， 并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版 和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学 校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文 的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文木， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名本人签名j 丝 加，f 年各月2i c 日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上述 部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上 述授权) 。 。 华东师范大学硕士学位论文 方吉硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 刘一清高级工程师华东师范大学信息学院主席 蔡家麟副教授华东师范大学信息学院 蒋传纪副教授华东师范大学信息学院 华东师范大学硕：l 学位论文 摘要 二十世纪8 0 年代中期以来，g s m 数字移动通信系统得到了迅猛的发展和广泛 的应用，自从1 9 9 2 年在我国建立和开通第一个g s m 演示系统以来，g s m 系统一 直是我国最成熟和市场占有率最大的一种数字蜂窝系统。在g s m 系统中，移动基 站是其重要的组成部分，基站设备要求比较高且直接影响着g s m 网络的通信质量， 因此基站设备的维护及故障的及时处理就显得尤为重要。 目前在我国的g s m 系统网络中，大多采用的是传统的宏基站，但是由于无线通 信技术的快速发展，新一代技术快速普及和系统的快速升级导致运营商不得不重新 替换原来的通信硬件设备，这使得运营商需要面临旧设备淘汰和新设备部署所带来 的投资风险和不必要的资源浪费。因此基于软件无线电( s d r ) 技术设计和开发的 s d r 基站的推出正好迎合了这一需求，它使得过去传统基站完全依赖硬件的设计思 路可以转向通过编辑和升级软件来达到实现不同功能的设计思路，同时采用射频拉 远技术，即基带部分和射频部分物理上相互独立的分布式基站解决方案，也为经济 灵活地打造具有持续发展能力的新型通讯网络开辟了新的途径。 本文在g s m 系统架构和分布式s d r 基站的软硬件架构基础上，开发了基站告 警实时上报和应对系统。该系统主要通过s d r 软件系统中的告警采集进程、告警代 理进程和告警管理进程这三个进程的相互协作以及与系统中其他模块进程的相互协 作完成了底层故障的检测、告警信息的综合以及向后台操作维护软件实时准确地上 报告警消息和系统自身对告警消息的及时应对，有助于现场维护人员及时发现故障 并解决。在告警上报及应对的同时，本文还使用了告警关联功能实现了对告警消息 的合理管理，避免该告警系统在现场上报冗余告警，避免了系统在短时间内上报海 量的冗余告警信息从而不利于现场维护人员快速及时地找到根源故障。因此该系统 的实现及优化对g s m 系统通信质量的改善和维护具有十分重要的意义。 关键词：g s m ，基站收发器，s d r 分布式基站，告警，应对，告警关联 07歹 华东师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t s i n c et h er i l i d d l e19 8 0 s ，g s md i g i t a lm o b i l ec o i l l m u m c a t i o ns y s t e mh a sb e e nr 习l p i d d e v e l o p m e n ta n d 诹d e 印p l i c a t i o n s i n c et h ee s t a b l i s h m e n ta 1 1 do p e n i n go f t h ef i r s tg s m d e m o n s 把a t i o ns y s t e mi nc h i n a ，g s ms y s t e mi st h em o s tm a t u r ea j l dh a sb e e nt h el a r g e s t m a r k e ts h a r ed i g i t a lc e l l u l a rs y s t e m m o b i l eb a s es t a t i o ni sa i li i l l p o n a n tp a no fg s m s y s t e m t h eb a s e 删i o ne q u i p m e n tr e q u i r e m e n t sa r er e l a t i v e l yh i 曲a n dd i r e c t l ya n e c t t l l ec o 删m u i l i c a t i o nq u a l i 够o fg s mn e m o r k s ot l l eb a s es t a t i o ne q u i p m e mm a i m e n a n c e a 1 1 dt h ef a u l t sh a n d l i n gi nt i m ei sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t m o s to ft h ec l 】仃e n tg s ms y s t e mn e “v o r ki nc l l i n ai sn l et r a d i t i o n a lm a c r ob a s e 氏a t i o n h o w e v e r ，d u et ot h er a p i dd e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n 0 1 0 9 i e s ， m p i da d o p t i o no fn e x t - g e n e r a t i o nt e c l m o l o g i e sa n dr a p i du p 鲈a d eo fs y s t e m sm a k e o p e r a t o r sh a d t or e p l a c et h eo r i g i n a lo p e r a t o r so fc o i 砌u i l i c a t i o n sh 莉玳鹏t k se n a b l e s o p e r a t o r sn e e dt 0f a c et l l ei i l v e s t m e n tr i s ka i l d 咖e c e s s a r yw a l s t eo fr e s o u r c e sc a u s e db y t h eo l de q u i p m e n te l i m i n a t i o na i l dn e we q l l i p m e n td e p l o y m e n t t h e r e f o r e ，t h el a 吼c ho f s d rb a s es t a t i o nb a s e do ns o 胁a r ed e f i n e dr a d i o ( s d r ) t e c l u l o l o g ) ，d e s i 驴a n d d e v e l o p m e n tj u s tm e e tt l l i sr e q u i r e m e n t na l l o w st l l ed e s i g ni d e a l st h a tt l l eb a u s e 涨i o n e n t i r e l yd e p e n d e n to nt 1 1 et r a d i t i o n a lh a r d w a r ec a i lb et u m e dt ot 1 1 ei d e a sm a tm e e t i n g d i 脏r e n t 向n c t i o n sb ye d i t i n ga i l du p g r a m n gs o r w a r e a tt l l es 锄et i m e ，u s i n gr a d i o 舶q u e n c yt e c h n o l o g ) ，w 1 1 i c hi st h eb a s e b a j l da j l di 江p a n so fad i s t m u t e dp h y s i c a l l y s e p a u r a t eb a s es t a t i o ns 0 1 u t i o nc a na l s oo p e nu pn e ww a y st oe c o n o m i c a l l ya 1 1 dn e x i b l y b u i l das u s 诅i n a b l ed e v e l o p m e n tc o 删f 1 1 u i l i c a t i o n sn e t w o r k t h e r e f o r e ，t h i sr e s e a r c hd e v e l o p sar e a l - t i m er e p o r t i n ga 1 1 dr e s p o n d i n gb a s es t a t i o n a l a r ms y s t e mb a s e do nt h eh a r d w a r ea 1 1 ds o f h a r ea r c h i t e c t u r eo fg s ms y s t e m a r c h i t e c t u r ea 1 1 dd i s t r i b u t e ds d rb a s es t a t i o n s t h es y s t e mc o m p l e t e st h ep r o c e s so ft h e u n d e r l y i n gf a u l td e t e c t i o n ，m ea l 舭ni n f o 册a t i o ni n t e 莎a t i o na i l da c c u r a t e l yr e p o n i n g 华东师范大学硕士学位论文 a l 踟1m e s s a g e st ot h eb a c k 伊。o u l l do p e r a t i o na 1 1 dm a i n t e n 锄c es o 胁a r ei nr e a lt i m ea 1 1 d t l l e s y s t e mi t s e l fr e s p o n s et om e s s a g e s i nt i m et h o u 曲t l l es d rs o 讯v a r ea c q u i s i t i o n p r o c e s s ，t l l ea l 锄s y s t e m ，a l a i t na g e n t s a i l da l 踟lm a n a g e m e n tp r o c e s sm i st h r e e p r o c e s s e sm u 砌c o l l a _ b o r a t i o na n dm u t u a lc o o p e r a t i o nw i t ho t h e rm o d u l e s t h es y s t e m i sh e l p 向l t oo n s i t em a i n t e n a n c ep e r s o i l i l e lt 0d e t e c ta j l dr e s o l v ef a u l t s a tm es 锄et i m e o fa l 踟nr e p o r t i n ga l l dr e s p o n d i n g ，t 1 1 ep a p e ra l s ou s e dt l l ea l a r n lc o r r e l a t i o nc a p a b i l i t i e s e n a b l et 1 1 er a t i o n a lm a n a g e m e n to ft h ea l e nm e s s a g e s n ew 删n gs y s t e ma v o i d s r e d u n d a n c yi i lt 量l ef i e l dr e p o r t e da l 锄s y s t e mi nas h o r tt i m ea i l da l s oa v o i d san o o do f r e d u n d a n ta l a n ni n f o n n a t i o n t h e s ea l a r 】口：li n f i o n n a t i o na r en o tc o n d u c i v eo n s i t e m a i n t e n a h l c ep e r s o 衄e lq u i c u yt o dt h er o o tc a u s e so ff a i l u r ei i lt h e t h e r e f o r e ，m e i m p l e m e n t a t i o na i l do p t i m i z a t i o no ft h eg s ms y s t e mi sv e ui m p o n _ a i l tf o ri m p r o v e m e n t a n dm a i m e n 龇l c eo ft h eq u a l 毋o ft h eg s m s y s t e m k e y w o r d s ：g s m ，b a s es t a t i o nt r a i l s c e i v e r s d rd i s t r i b u t e db a s es t a t i o n ，a l a n n ，c o p i n g ， a la r r nc o r r e l a t i o n n i 华东师范大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论。i v 1 1 研究背景l 1 2 国内外g s m 基站和基站告警系统的研究现状2 1 3 本论文的主要研究内容与创新之处3 1 4 本章小结：4 第二章g s m 数字移动通信系统与s d r 基站介绍5 2 1 g s m 数字移动通信系统简介5 2 1 1g s m 数字移动通信系统结构和功能5 2 1 2g s m 数字移动通信系统接口概述8 2 2 s d r 基站介绍1 0 2 2 1s d r 基站提出的背景以及含义和优势l o 2 2 2s d r 基站硬件架构1 2 2 2 3s d r 基站b b u 的软件架构1 5 2 2 4 后台配置软件l m t 和o m c r 简介1 8 本章小结l9 第三章 g s ms d r 基站告警实现与应对2 0 3 1g s ms d r 基站告警的实现2 0 3 1 1s d r 基站告警消息描述2 0 3 1 2g s ms d r 基站告警上报处理机制2 l 3 1 3g s ms d r 基站告警代理进程实现机制及关键算法设计。2 5 3 1 4g s ms d r 基站告警管理进程实现机制及关键算法设计3 3 3 2g s ms d r 基站告警应对与载频状态管理4 3 3 2 1s d r 基站载频状态描述4 3 3 2 2g s ms d r 基站告警应对4 6 本章小结4 8 第四章s d r 基站告警管理。4 9 4 1 告警关联的含义及方法4 9 4 2g s ms d r 基站告警关联的实现5 0 4 3 告警关联实例5 6 本章小结5 8 第五章总结与展望5 9 5 1 工作总结5 9 5 2展望6 0 附j 录6 2 参考文献6 3 j 定谢6 5 华东师范大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 世界电信业在二十世纪8 0 年代以来发生了巨大的变化。数字程控交换机的推出， 综合业务数字网的开发成功，以及对智能业务网的研制和探索，它们为实现个人通 信打下了网络基础。移动通信，特别是蜂窝小区技术的迅猛发展，将为彻底摆脱终 端产品设备的束缚，实现完整的个人通信提供可靠的传输和接续方式。 二十世纪8 0 年代中期，世界上的发达国家就开始研制第二代移动通信系统，其 中最有代表性和比较成熟的制式有泛欧g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ) ，美国的a d c ( d - a m p s ) 和日本的j d c ( 现在改名为p d c ) 等数 字移动通信系统。在这些数字系统中，g s m 的发展最引人注引1 1 。到2 0 0 5 年，全 球使用g s m 电话的人数就超过了1 0 亿人，使得g s m 占到全球市场份额的7 0 ， 成为了移动电话系统的主导。 1 9 9 2 年，我国在嘉兴建立和开通了第一个g s m 演示系统，并在1 9 9 3 年9 月正 式开放g s m 业务，从那时起到现在，全国各地的移动通信系统中大多采用g s m 系 统，这使得g s m 系统成为我国最成熟和市场占有量最大的一种数字蜂窝系统。据 有关资料统计，截止至1 9 9 9 年9 月底，我国移动电话用户数已达到3 7 6 0 万户，其 中g s m 数字移动电话用户约占8 5 。同时，我国移动通信业仍然一直保持着高速 增长的势头，据有关资料统计，我国g s m 网络的发展速度己位居世界第二。 g s m 是一个十分庞大和复杂的系统，其中，移动通信基站在g s m 网络中又是 起着十分重要的作用，直接影响着g s m 网络的通信质量。基站设备是一种要求较 高的产品，最初的基站设备基本都是一些国外的产品。随着我国一些高科技电信企 业在移动通信领域不断深入，一些国内的电信企业也生产出多种型号的基站。为了 保证有一个优质、高效的通信环境，基站设备的维护及故障处理便成为通信行业一 个最关键的环节，它不仅推动着通信事业的发展，而且直接影响通信质量的好坏f 2 1 。 华东师范大学硕士学位论文 因此故障告警的上报，应对以及管理就显得尤为重要，通常，查看告警也是发现故 障的最主要的途径，这能有助于现场维护人员第一时间发现基站运行故障，并对故 障进行初步分析，跟踪定位，检测测试，更换备件等，准确、快速地恢复移动基站 设备的正常工作，也有助于对基站定期的维护。 1 2 国内外g s m 基站和基站告警系统的研究现状 目前，我国已成为世界通信大国，移动用户已超过7 亿，全国g s m 载频数量 超过2 7 0 万载频，我国也因此拥有了数以万计的g s m 基站。在g s m 基站设备的开 发上，各个公司和厂家都推出了很多系列化的基站产品，从宏蜂窝的室内室外型基 站到微蜂窝的室内室外型基站以及各种微微蜂窝基站产品，有些厂商还推出了远端 t r x 形式的设备以达到具有丰富灵活的g s m 无线网络组网方案，能够满足不同国 家移动网络运营商的不同需求，提供全面的无线网络解决方案。例如中兴通讯从客 户的角度出发，推出创新的b b u ( 基带单元) + i 水u ( 射频远端单元) 分布式基站 解决方案，可以解决传统的宏基站建网方式带来的站点获取困难、工程施工复杂、 设备利用不充分、网络优化困难等问题，可以带给运营商全新的g s m 建网体验【3 】。 另外，各厂家的室外型基站设备设计思路也基本相同，都是通过改造原来的室 内室外型设备的设计方案，例如适应恶劣环境所需的电源系统和环境调节以及防护 系统的增加。而且，在当前“低碳生活”的倡导下，各个无线设备供应商从人与自然 和谐共存的理念出发，推出创新的解决方案，在确保基站覆盖和演进能力前提下功 耗大幅降低，力助运营商构建符合人民根本利益的高质量的绿色和谐移动网络【4 1 。 基站是无线移动网络不可缺少的组成部分，基站的运行状况也密切地关系着网 络的服务质量。众所周知，基站的设备故障是在所难免的，但是及时发现并且准确 诊断是迅速排除故障的前提条件【5 】。目前，在购买基站设备时，都配备有兼具实时 告警功能的维护系统o m cr ( o p e r a t i o n s & m a i n t e n a n c ec e n t e rf o rr a d i o ) ，但是 国内g s m 网络的基站广泛应用的告警维护系统存在着很多缺陷和不足，例如存在广 2 华东师范大学硕士学位论文 播式发布告警信息使故障难以及时发现，告警信息与告警处理知识的割裂使故障难 以被正确迅速地处置，告警信息难以自动、及时地发送给合适的人员等问题【5 】。且 目前多个告警终端均挂在一个维护中心下，不同的区域往往被多个维护终端分管。 告警消息均由维护中心采用广播的方式向终端分发，使每个终端都接收到大量其它 区域的告警信息，因此冗余的告警信息常常会淹没一个区域的维护人员需要真正关 心的告警信息，这也体现了告警管理的不足。同时，如果无线网络的制式不一致， 则需要使用不同的o m cr 来维护基站，因此，也有研究人员针对这种不足和需求， 开发了g s m c d m a 无线基站集成实时告警系统，该系统可以屏蔽基站设备厂商和类 型方面给告警系统带来的差异，使维护人员不仅能根据区域和类型来监控基站告警， 还能同时监视来自多个不同类型的o m cr 告警，该告警系统同时也具有短信和告警 查询统计功能，使得现场基站的告警管理更加的实时有效【6 】。 1 3 本论文的主要研究内容与创新之处 本文的研究目标是在熟悉g s m 系统、g s m 基站子系统、s d r 基站软硬件的基 础上，实现基站b b u 的告警正常准确地上报、正确的告警应对与基站载频状态的 实时准确处理、告警的合理管理以及告警系统的进一步优化。 本文创新之处： 在g s ms d r 基站的软硬件基础上，实现基站告警的准确上报和应对，有利于 现场维护人员及时发现基站运行故障并加以排除。 在g s m 系统中s d r 基站告警正常上报及应对基础上，对告警进行合理的管理， 实现告警关联功能，用于工程现场减少无意义告警，方便告警直接定位故障。 本论文具体结构如下： 第一章：主要交代g s m 告警实现研究的背景，讨论了g s m 基站的发展与应用， 以及基站告警系统的研究现状，阐述了本文主要内容及创新点。 第二章：第一部分主要讨论g s m 移动通信系统的架构以及各个组成部分的功 华东师范大学硕士学位论文 能，其中详细介绍基站收发器b t s 的主要功能，以及g s m 数字移动通信系统的关 键接口。第二部分主要讨论s d r 基站提出的背景和含义，s d r 基站硬件架构及各 个单板的作用，s d r 基站软件架构及各个组成部分的功能，其中主要介绍g s p s ( g s m 业务处理子系统) 的各大模块及功能。最后简要介绍负责前后台通信的后台 软件以及软件的功能。 第三章：主要研究s d r 基站的告警准确正常上报、应对流程的实现过程以及状 态管理的同步实现，研究基站载频状态的作用，并最终显示具体硬件环境上报告警 和状态管理的调试结果。 第四章：主要讨论告警管理的背景意义和研究告警关联的实现过程，并最终举 例显示具体软硬件环境实现告警关联的调试结果。 第五章：总结本论文主要研究内容，提出不足和下一步的工作目标。 1 4 本章小结： 本章主要阐述了本课题的研究背景，讨论了的研究与应用现状，介绍了本论文的主 要内容、结构安排和创新点。 4 华东师范大学硕士学位论文 第二章g s m 数字移动通信系统与s d r 基站介绍 2 1g s m 数字移动通信系统简介 g s m 数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员 会所设计，它是在蜂窝系统基础上发展而成的。g s m 系统是一种多业务系统，能提 供多种不同类型的业务。从传统的业务来看，可分为电话业务和非话业务。g s m 系 统除提供传统业务外，还提供用户非传统业务，如短消息业务。目前广泛应用的g s m 系列主要有g s m 9 0 0 、d c s l 8 0 0 和p c s l 9 0 0 这三部分，三者之间的主要区别是工作 频段的差异。正因为g s m 系统有着频谱效率高、容量大、话音质量高、在s i m 卡 基础上实现漫游等优点，使得g s m 系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大的 一种数字蜂窝系统。 2 1 1g s m 数字移动通信系统结构和功能 g s m 是一个十分复杂和庞大的系统，该系统的组织结构如图2 1 所示： t 图2 1g s m 系统组织结构 g s m 从组织结构上看，主要包括4 个主体： 华东师范大学硕士学位论文 移动台( m s ) 基站子系统( b s s ) 网络和交换子系统( n s s ) 运行子系统( o s s ) 1 移动台( m s ) 移动台是g s m 系统的用户设备，包括车载台、便携台和手持机。移动台可以 分成以下三种类型，如图2 2 所示： 划l 类磐类型3 m ：移谢冬端 t a ：燃糙酉器 1 e ：! 轻嵩设备 2 2 移动台的三种类型 移动台并非被一个用户所固定，在系统中的任何一个移动台上，都可以通过s i m 卡( 用户识别卡s u b s c m e r i d e n t i 母m o d u l e ) 来对用户进行识别，因为每个移动用户 都有自己的国际移动用户识别号( i m s i ) ，该号码就被存储在s i m 卡上【7 1 。 2 基站子系统( b s s ) 基站子系统b s s 一方面通过无线接口与m s 实现通信连接，另一方面与m s c 实现通信连接，因此b s s 给g s m 网络的固定部分和无线部分提供了中继的功能。 b s s 可分为两部分：一是与m s 相连的基站收发信台( b t s ) ，二是与m s c 相 连的基站控制器( b s c ) ，其中b s c 负责控制与管理、b t s 负责无线传输。一个b s s 可以由一个b s c 与一个或多个b t s 连接组成，其中b t s 可以通过基站接口设备 ( b i e ) 与远端的b s c 相连，也可以直接与b s c 相连，典型的b s s 结构如图2 3 所示： 6 华东师范大学硕士学位论文 卤 a 2 3b s s 组织结构图 正如上图所示，b t s 即是基站收发信台，它属于基站子系统( b s s ) 的无线部 分且受基站控制器控制，它完成无线信道与b s c 之间的转换，实现m s 与b t s 之 间的无线传输及相关的控制功能。b t s 主要由无线收发信机、天线以及与无线接口 相关的信号处理电路组成。b t s 主要负责话音和数据的速率适配、基带单元的信道 编码、发射机接收机与调制解调之间的耦合以及b t s 的操作，本文中讨论的g s m 基站告警实现及优化，状态管理的实现主要是在b t s 的公共控制单元中完成的。 b s c 即是基站控制器，用于控制和管理基站子系统( b s s ) ，它处于b t s 与m s c 之间，负责管理无线资源、无线基站和无线网络，控制建立b t s 与m s 的无线连接、 管理接续和拆除，控制移动台的定位、切换和寻呼的完成，提供语音编码和码型变 换等功能，并且对基站子系统提供操作维护功能。b s c 主要由系统控制功能模块、 交换网络功能模块、a b i s 接口功能模块、a 接口功能模块、子复用功能模块这五部 分组成。 当b t s 与b s c 需采用a b i s 接口进行远端配置，此时b t s 与b s c 都需配置b i e 设备；而当b s c 与b t s 之间的间隔不超过1 0 米时，可将b s c 与b t s 采用内部b s 接口直接相连。 3 网络子系统( n s s ) 网络子系统( n s s ) 也被称为交换子系统，主要支持g s m 系统的交换功能和数 据库功能，它管理着g s m 移动用户之间的通信和g s m 移动用户与其它通信网用户 ，。，。强 华东师范大学硕士学位论文 之间的通信。 n s s 主要包括五个功能单元： 1 ) 移动业务交换中心( m s c ) ：m s c 是g s m 网络的核心所在，它主要提供交 换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、话务量控制、计费等功能。 2 ) 拜访位置寄存器( v l r ) ：v l r 是g s m 系统的动态用户数据库，它存储了 进入其覆盖区的移动用户的有关信息，这使得m s c 能够建立c s 业务。 3 ) 归属位置寄存器( h l r ) ：h l r 是g s m 系统的中央数据库，存储着该h l r 控制的所有移动用户的相关数据，包括移动用户识别号码、用户类别、补 充业务和访问能力等数据。 4 ) 鉴权中心( a u c ) ：a u c 是为了防止g s m 系统被非法用户接入而采取的的 安全措施。 5 ) 移动设备识别寄存器( e i r ) ：e i r 中存储着移动设备的国际移动设备识别号， 同时在e i r 中也列出了准许使用、失窃不准使用、出现故障需监视的移动 设备识别号。 4 运营子系统( o s s ) o s s 的任务主要集中在以下三个方面： 1 ) 网络运行和维护：实现操作维护功能的设备实体称为操作维护中心o m c ， 用于对通信分系统中每一个设备实体进行控制和维护，实现对g s m 网内各 种部件的功能监视、状态报告、故障诊断等功能。 2 ) 注册管理和计费 3 ) 移动设备管理 2 1 2g s m 数字移动通信系统接口概述 作为现代通信系统，g s m 是一个复杂的网络系统，在制定技术规范时就对其子 系统之间及各功能实体之间的接口做了明确的、规范性的严格定义，其中接口就是 华东师范大学硕士学位论文 指两个相邻实体之间的连接点，这样就使得不同供应商提供的g s m 设备能够符合 统一的g s m 技术规范，从而达到互连、互通和灵活组网的目的。 从图2 1 可以看到，g s m 系统与外界的联系可分为三大部分，可划分为三大边 界，因而也有了三大外部接口，如图2 - 4 所示： 2 - 4g s m 系统外部接口图示 1 ) 移动台m s 和用户之间的接口，称为u m 接口，这是一个可认为是一个人机 界面的空中接口。 2 ) g s m 与其他电信网接口，通过该接口可以建立起g s m 用户与其他电信网 用户之间的呼叫。 3 ) g s m 与运营者的接口，管理n s s 、b s s 设备及其运行，另外还实现了运营 商对网络的管理。 另外，经过对g s m 系统与外部界面的划分、g s m 系统结构组织与功能的分析， g s m 系统规范根据g s m 系统中各子系统划分，而定义出一些重要接口，系统接口 如图2 5 所示： 9 华东师范大学硕士学位论文 用户 l 飞i n 王s d n 2 5g s m 系统接口 如上图所示，g s m 系统重要接口主要有以下几类： 1 ) l ：u m 接口，为m s 与b t s 之间的通信接口，该接口实现了m s 到g s m 系统固定部分的物理链接，另外还负责移动性管理、接续管理和无线资源 管理等信息的传递。 2 ) 2 ：a b i s 接口，为b t s 与b s c 之间的通信接口，该接口支持所有向用户提 供的服务和对b t s 无线设备的控制以及无线频率的分配。 3 ) 3 ：a 接口，为n s s 与b s s 之间的通信接口，一般我们从功能实体来分析 的话，即b s c 与m s c 之间的接口就是a 接口。此接口传递的信息有移动 台管理、移动性管理、接续管理、基站管理等。 4 ) b c d e f g ：为n s s 内部接口，n s s 设备之间的接口要比b s s 上的接口 标准得多，在n s s 内部所有报文的传递都使用了s s 7 信令网络标准。 2 2s d r 基站介绍 2 2 1s d r 基站提出的背景以及含义和优势 从2 0 世纪7 0 年代开始，传统的无线通信设备逐步实现了从模拟到数字的转换， l o 华东师范大学硕士学位论文 绝大多数部件由性能可靠，功耗较低，体积较小的数字电路组成，这使得数字无线 通信设备性能明显提高，然而其对硬件有很强的依赖性，特定的无线通信设备只能 在特定的无线通信体制中使用，新老无线通信设备的兼容性很困难，因而使得无线 通信运营商面临着严峻的挑战：既要适当地部署当前网络，又要兼容未来的标准。 由于无线通信技术的快速发展，新一代技术快速普及导致运营商不得不重新替换原 来的通信设备，这使得运营商要面临旧设备淘汰和新设备部署所带来的投资风险和 不必要的资源浪费。为此需要一种可以兼容不同通信系统，满足个人未来不同通信 需求的新的通信体系引。 1 9 9 2 年，美国科学家j m i t o l e 提出了一种实现无线通信的新体系结构：s d r ( s 0 1 f i d e 6 n e dr a d i o ) ，即软件定义的无线电，其基本原则是：使用一种模块化的通用的硬 件无线通信平台，把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件实现【9 】。这使得过 去面向用途由完全依赖硬件的设计思路，转向通过编辑和升级软件来达到实现不同 功能的目标阳3 。因此，采用s d r 技术的基站设备也应运而生。 s d r 基站是基于软件无线电技术设计和开发的基站系统，和传统基站最大的不 同之处在于它的射频单元具备软件可编程和重新定义的能力，从而实现了频谱分配 的智能化和对多标准的支持】。 目前，接入技术和空中接口的不断增加令移动运营商开始转向了可以通过软件 重新配置的基站，部署了s d r 基站之后，可以使运营商的网络更简单清晰，总体拥 有成本( t c o ) 更低，需要的工程师更少，服务更简单，运营支出也将保持在最低 水平，配置硬件方面的投资风险也大大降低，同时网络演迸更具竞争力。 采用了s d r 技术的基站设备因其优越的环境适应能力、高效的资源利用率和强 大的后向演进能力，为经济灵活地打造具有持续发展能力的新型通讯网络开辟了新 的途径。 华东师范大学硕士学位论文 2 2 2s d r 基站硬件架构 为了满足高话务量地区的容量要求和覆盖面积的要求，运营商通常使用传统的 宏基站建网方式来建立通信网络，而这种方式常常会带来工程施工复杂，设备利用 不充分，站点获取困难等问题，这往往导致运营商难以有效地降低建网和运营成本 【3 1 。为了解决这些问题，基站设备供应商提出了分布式基站的解决方案。 相对于传统的集中式基站而言，分布式基站把传统基站的基带部分和射频部分 从物理上独立开，中间通过光纤进行连接。如图2 6 和2 7 所示，传统基站的基带部 分和射频部分分别被独立成全新的功能模块b b u ( b a s eb a n du n i t ) 基带单元和 r r u ( r e m o t er fu n i t ) 远端射频单元【1 0 】。 2 6 传统基站与分布式基站对比图 2 7 分布式基站结构图 1 2 a n t 彤 j 华东师范大学硕士学位论文 分布式基站架构是s d r 基站架构的核心，采用基带和射频分离的方式可以更大 程度的利用各自的优势，各取所需。一方面基带可以获得最大的集成度，另一方面 射频可以专注于本身的功率和效率的最大化。同时，组网也更加灵活，例如可以支 持多载波联合，室内分布式覆盖等。 在s d r 分布式基站中，b b u 硬件采用的是u t c a ( m i c r ot e l e c o m m u n i c a t i o n s c o m p u t i n ga r c h i t e c t u r e ) 平台，该平台是先进电信计算架构a t c a ( a d v a n c e d t e l e c o m m u n i c a t i o n sc o m p u t i n ga r c h i t e c t u r e ) 的缩减版，为通信系统设计提供了对不 同交换、不同接口、不同协议、不同性能的各种组件，系统架构，冗余与高可用性 等方面的选择，是使用工业标准的a m c 板卡来实现小型的系统平台。a t c a 主要 是面向高容量高性能的应用环境，而u t c a 则面向成本和体积敏感的，具有较低容 量和较低性能要求的应用环境。由于u t c a 是遵循标准规范的，因此它具有相当高 的扩展性和灵活性，其应用范围可以从一套低成本的简单系统，到复杂的高可靠性 电信级系统。分布式的s d r 基站的b b u 物理框结构也是根据u t c a 规范，将各个 功能单板热插拔在背板上，b b u 的物理面板如图2 9 所示，实物图如2 1 0 所示： jl jl f s 8 p b p 4 i h fp m 4 8 3 1， ， f 副8 p8 pf jl l 4 i h f p m 4 8 3 a r j c c b pa4 i r 1r jl jl h fs a ac cs e b p4 i 1rr 2 9b b u 物理面板 酗 鏊j 罗l 毫；蛔i l ：曼i i j 、巨i ： 、 n 韩 豳 鍪3 譬毒 i 复虱啊厦叁面丽霞、! ；i i ；、譬 醛墓匿习喜鲤皇里、二i ! ；、 【 口 豳型：l e j 参勇苟鲁! 目：蔓型、!i ；j w ：。， 圈 f 。6 2 1 0b b u 框实物图 华东师范大学硕士学位论文 如2 9 所示，b b u 主要由以下几个模块组成： l 和2 槽位可以插c c 主板和c c 备板，c c 板为主控板，即为b b u 的控制 与时钟模块，集成主控、时钟、交换、a b i s 接口功能，同时支持全i p 和e l 传输。 f s 板，可插在3 或4 槽位，为b b u 的i q 交换模块，支持6 个c p r i 接口， 即一块f s 板支持6 光口，每个光口可级联4 级r r u ，f s 与l 冰u 之间通过 光纤连接。f s 的i q 交换示意图如2 一l l 所示： 2 1 1f s 的i q 交换示意图 u b p g 板，可插在3 4 5 6 7 8 槽位，为b