（通信与信息系统专业论文）数字集群移动台直通模式上mac层的研究与开发.pdf

中文摘要 摘要：数字集群系统是一种高级专用移动通信系统，它不仅可以提供个人移动通 信业务，还能控制和实现个人与群体间的通信，为用户提供丰富的无线指挥调度 应用。数字集群直通模式( d m ) 具有组网迅速和灵活便捷等特点，在抢险救灾和 紧急事件中发挥着不可替代的作用，是数字集群系统的组成部分之一。 媒体接入控制( m a c ) 层是数字集群直通模式协议栈的重要组成部分，主要 负责无线资源的管理和无线信道的接入。上m a c 层是m a c 层的一个子层，主要 负责地址的管理、移动台的同步、随机接入控制、直通模式信道的监视等功能， 因此上m a c 层功能是数字集群直通模式协议栈开发的关键。 本文首先综述了国内外数字集群系统直通模式的发展状况，在分析数字集群 直通模式工作模型和空中接口协议栈的基础上，对上m a c 层的结构、功能以及直 通模式信道进行了深入研究；然后，描述了上m a c 层的p d u 、上m a c 层与直通 模式呼叫控制( d m c c ) 层的接口原语以及上m a c 层与下m a c 层的接口原语， 并对上m a c 层的状态转换、信令的发送与接收、帧倒计数机制、随机接入控制、 信道的建立与释放等工作过程进行了详细叙述；最后，基于t o m a d o 集成开发环境， 使用c 语言实现了直通模式上m a c 层功能，并通过仿真测试和实际测试两种方 法对上m a c 层程序进行了测试，测试结果满足用户需求。 关键词：数字集群；直通模式；上m a c 分类号：t n 9 2 9 5 2 a bs t r a c t a b s t r a c t ：d i g i t a lt n l n k e ds y s t e m i sak i n do fa d v a n c e da p p r o p r i a t i v em o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m i tc a nn o t o n l yp r o v i d ep e r s o n a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s e r v i c e s ， b u ta l s oc o n 打o la n di m p l e m e n tc o m m u n i c a t i o n b e t w e e ni n d i v i d u a l sa n d 黟o u p s a b u n d a n tw i r e l e s sc o n d u c ta p p l i c a t i o n sa r ep r o v i d e db yt h i ss y s t e m a sd i r e c t m o d eo p e r a t i o ni sf l e x i b l e ，c o n v e n i e n ta n dq u i c k - n e 铆o r k i n g ，i tp l a y sa ni r r 印l a c e a b l e r o l ei nd i s a s t e ra n de m e r g e n c y d i g i t a lt m n k e dd i r e c tm o d eo p e r a t i o ni sa p a r to fd i g i t a l t r u n k e ds y s t e m m e d i aa c c e s sc o n t r o l ( m a c ) l a y e ri sa ni m p o r t a n tp a no fd 垮t a l 伽1 1 1 k e dd i r e c t m o d e ( d m ) p r o t o c o ls t a c k i t sm a i n l yr e s p o n s i b l ef o rt h em a n a g e m e n to fw i r e l e s s r e s o u r c ea n dt h ea c c e s so fw i r e l e s sc h a n n e l u p p e rm a ci so n es u b - 1 a y e ro f m a c ，a n d i t sm a i n l y r e s p o n s i b l ef o rt h em a n a g e m e n to fa d d r e s s ，s y l l c l l r o n i z a t i o no f m o b i l e s t a t i o n ，r a n d o ma c c e s sc o n t r o l ，d mc h a n n e lm o n i t o ra n ds oo n s om n c t i o n so fu p p e r m a c l a y e ri st h ek e y o ft h ed e v e l o p m e n to f d i g i t a lt m n k e dd mp r o t o c o ls t a c k f i r s to fa l l ，t h ed e v e l o p m e n ts t a t u so fd mf o rd i g i t a l t m n k e ds y s t e ma th o m ea n d a b r o a da r es u m m a r i z e di nt h i sp a p e r b a s e do na n a l y s i n gw o r km o d e la n da i ri n t e r f a c e p r o t o c o ls t a c ko fd i g i t a lt m n k e dd m ，t h es t m c t u r ea n d 如n c t i o n so fu p p e rm a cl a y e r a n dd mc h a n n e la r e 允r t h e rr e s e a r c h e d t h e n ，p d uo fu p p e rm a c l a y e r ，p r i m i t i v e s b e t w e e nu p p e rm a ca n dd i r e c tm o d ec a uc o n t r o l ( d m c c ) a 1 1 dp r i m i t i v e sb e 觚e e n u p p e rm a ca n dl o w e rm a c a r ed e s c r i b e d ，a n dt h eu p p e rm a cw o r kp r o c e s ss u c ha s s t a t e c h a n g e o v e r ，t r a n s m i s s i o na n dr e c e p t i o no ft h es i g n a l i n g ， f r a m ec o u n td o w n m e c h a n i s m ， r a n d o ma c c e s s c o n t r o l ， e s t a b l i s h m e n ta n dr e l e a s eo ft h ec h a n n e la r e d e s c r i b e di nd e t a 订a tl a s t ，b a s e do nt 0 m a d oi n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ， d m 向n c t i o n so fu p p e rm a cl a y e ra r ei m p l e m e n t e db yu s i n gcl a n g u a g e ，a n dt h e p r o g r a mo fu p p e rm a c i st e s t e dt h r o u g hs i m u l a t i o nt e s t i n ga n da c m a l t e s t i n g ，a n dt h e t e s tr e s u l ts a t i s f i e st h er e q u i r e m e n t so fu s e r k e y w o r d s ：d i g i t a l1 1 m n k e d ；d i r e c tm o d e ；u p p e rm a c c i 。a s s n o ：t n 9 2 9 5 2 i v 致谢 本论文的工作是在我的导师孙听教授的悉心指导下完成的。孙昕教授丰富渊 博的知识、精益求精的工作态度、严谨求实的科研精神以及诲人不倦的师者风范 是我终生学习的典范。孙昕教授不仅对我的科研工作给予了耐心的帮助和指导， 而且在学习和生活上也给予了我很大的关心和帮助，在此向孙老师表达我最诚挚 的谢意。 李海老师悉心指导我们完成了实验室的工作，对我的科研工作提出了许多宝 贵意见，他敏捷的思维和丰富渊博的知识令我折服，在这里向李老师表达我的感 激和崇敬之情。张钦老师在我的科研工作中经常扮演着雪中送炭的角色，他富有 才华的解题思路和细致入微的工作态度给我留下了深刻的印象，谢谢张老师。侯 树娟老师对我的科研和发展提出了宝贵的意见，她严谨的治学态度和温暖的关怀 深深感染了我，向侯老师表示衷心的感谢。 在实验室科研以及撰写论文期间，宋政育师兄向我提供了很多宝贵的意见， 陈晨、继春光、郝慧明、孙琳、孙聪聪、刘玉峰、何晨宇、李永康、南杨、秦涛、 张松、邱菲菲、张阮阮、于跃跃、唐超、蓝婉琴、徐磊等同学也对我论文中的研 究工作给予了热情帮助，正是和他们不断的交流和热烈的讨论使我对我的科研工 作保持了极大的热情和信心，也使得我的研究工作得以顺利完成，在此要向他们 表达我的感激之情。 最后，我要感谢我的爸爸和妈妈，你们是我不断奋斗和努力的源泉。是你们 教会了我勇敢、坚强、乐观、诚实、勤奋、善良、正直，是你们用自己的行动告 诉我如何面对困难，如何坚守原则，这些都是我人生最珍贵的财富。谢谢你们! 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图3 1 图4 1 图4 2 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图6 1 图6 2 图6 3 图6 4 图6 5 图6 6 图6 7 图6 8 图6 9 图6 1 0 图6 1 l 图6 1 2 图6 1 3 图6 1 4 图6 15 图6 1 6 图6 1 7 图 直通模式的工作模型4 直通模式协议栈的结构5 数据链路层的内部结构6 直通模式的帧结构7 直通模式上m a c 层的p d u 结构1 2 呼叫建立信令的重发过程2 5 呼叫结束信令的重发过程2 6 c v tp x a 2 7 0 处理器的结构3l 上m a c 层主函数的处理流程3 2 复位函数的处理流程3 3 接收函数的处理流程一3 4 s l a v eo c c u p i e d 的处理流程3 6 发射函数的处理流程一3 8 i d l eo c c u p i e d 的处理流程一3 9 目标仿真器输出界面一4 1 w i n d s h 输出界面4 2 上m a c 层仿真测试模型4 2 测试服务函数的处理流程一4 5 信令重发的仿真测试结果一4 8 重发信令的接收的仿真测试结果5 0 分片过程的仿真测试结果5 2 重组过程的仿真测试结果5 5 随机接入的仿真测试结果5 7 业务信道建立的仿真测试结果5 9 业务信道释放的仿真测试结果6 l w i r e s h a r k 的界面6 2 实际测试系统的组成6 3 呼叫建立的w i r e s h a r k 测试结果( i ) 6 4 呼叫建立的w i r e s h a r k 测试结果( i i ) 一6 4 呼叫转换的w i r e s h a r k 测试结果( i ) 一6 6 呼叫转换的w i r e s h a r k 测试结果( i i ) 一6 6 图6 1 8 图6 1 9 图6 2 0 图6 2 1 呼叫释放的w i r e s h a r k 测试结果( i ) 呼叫释放的w i r e s h a r k 测试结果( i i ) 短信传输的w i r e s h a r k 测试结果( i ) 短信传输的w i r e s h a r k 测试结果( i i ) 6 7 6 8 6 9 6 9 表2 1 表3 1 表3 2 表3 3 表3 4 表3 5 表3 6 表3 7 表3 8 表 逻辑信道的物理属性9 消息类型参数的定义1 2 d m ar e p o r t 原语的定义1 5 d m cc o n f i g u r e 原语的定义1 6 d m cr e p o r t 原语的定义1 6 上m a c 层与下m a c 层的接口原语1 7 d m vu n i t d a l 除i n d 原语的定义1 7 d m vu n i t d a t ar e o 原语的定义1 8 d m vs t a t e c o n f i gr e o 原语的定义1 9 x 1绪论 1 1概述 数字集群通信系统是一种专用无线指挥调度系统。与传统专用移动通信系统 相比，数字集群通信系统具有频谱利用率高、可提供多种业务、网络管理和控制 有效灵活、系统保密性好等特点；与公用移动通信系统相比，数字集群通信系统 具有通话操作简单、呼叫建立时间短、可提供高效调度功能、支持脱网直通模式、 支持组呼等特点。凭借以上优势，数字集群通信系统在2 0 世纪9 0 年代得到了迅 速发展，目前已广泛应用于军队、公安、交通、电力、民航等关系国计民生的重 1 要部门1 。 数字集群通信系统吸纳和利用了当今诸多先进的数字技术和通信技术。它通 过采用数字信令方式、数字话音编码、数字调制技术等数字化关键技术，提高了 系统的接续速度和可靠性；通过频率共用，缓解了频率资源紧缺的状态，提高了 频谱利用率；通过基站集中使用和统一控制，降低了用户组网的费用；通过提供 组呼、紧急呼叫、动态重组、调度台管理等服务，强化了指挥调度功能弘1 。由于以 上诸多优点，数字集群通信系统在专用指挥调度通信领域一直占据着十分重要的 位置。 数字集群直通模式是数字集群系统的重要组成部分。直通模式通信具有灵活 便捷、组网迅速、无需基础网络设施的特点，在抢险救灾、野外作业、警务工作 中发挥着不可替代的作用p 1 。 1 2国内外数字集群直通模式的发展状况 1 2 1国外数字集群直通模式的发展状况 1 9 9 8 年，国际电信联盟推荐了7 类数字集群通信系统国际标准，包括a p c 0 2 5 、 t e t r a p o l 、e d a c s 、f h m a 、i d e n 、i d r a 和t e t r a ，其中应用范围最广的是i d e n 系统和t e t r a 系统一1 。 i d e n ( 集成数字增强型网络) 是由美国摩托罗拉公司提出的，其前身是d i m r s ( 数字综合移动无线系统) ，主要应用于北美和亚洲地区。i d e n 系统采用先进的 1 6 0 a m 、越区跟踪、v s e l p 、频率复用技术以及蜂窝组网等技术，具有频谱利用 率高、接续时间短、语音清晰、容量大、保密性好等特点。由于i d e n 系统的接口 没有公开，并且相关设备由摩托罗拉独立生产制造，导致i d e n 技术垄断性高，设 备价格昂贵p 1 。目前，i d e n 系统尚不支持脱网直通工作方式。 t e t r a ( 陆地集群无线电系统) 是由欧洲电信标准协会制定的，主要应用于 欧洲和亚洲地区。t e t r a 系统采用t d m a 技术，信道带宽为2 5 k h z ，单信道分为 4 个时隙，可以提供高速数据传输、综合话音和数据通信以及分组数据服务。目前， t e t r a 系统的设备供应商主要有诺基亚和摩托罗拉，并且不同厂商系统之间不能 实现互联互通，这种状况直接导致t e t r a 终端和系统设备价格较高。t e t r a 系 统支持移动台脱网直通方式，该直通方式包括终端直通方式、带转发器的直通方 式和经过网关的直通方式。t e t r a 直通模式具有丰富的功能，可实现鉴权、空中 接口加密和端对端加密一儿“。 1 2 2国内数字集群直通模式的发展状况 2 0 0 0 年，信息产业部确定t e t r a 和i d e n 两种体制作为我国数字集群通信行 业的推荐标准。2 0 0 4 年，信息产业部又将中兴的g o t a 系统和华为的g t 8 0 0 系统 增加为新的行业推荐标准p 1 。g o t a 和g t 8 0 0 是具有我国自主知识产权的数字集群 技术，与国外集群系统相比，它们的共同优点是：设备价格便宜，有政府支持， 售后服务好，更适合应用于国防、公安、政府等重要部门p 1 。 g o t a 是中兴通讯公司提出的基于c d m a 技术的数字集群通信体制。g o t a 系 统通过采用优化的空中接口、信道共享方式、c t m l ( 通用集群消息链路) 、s t d l ( 共享集群数据链路) 等关键技术，具有接入迅速、信道利用率高、扩展性强以 及支持业务种类多等特点。目前，g o t a 系统尚不支持脱网直通工作方式。 g t 8 0 0 是华为公司提出的基于t d m a 和t d s c d m a 的技术的数字集群通信 体制。g t 8 0 0 系统通过对t d m a 与t d s c d m a 技术的融合和创新，具有技术成 熟、标准开放、接续性能好、业务提供能力强、支持分组数据业务、安全性高等 特点“。此外，g t 8 0 0 系统支持脱网直通工作方式，但由于推出时间较短，与t e t r a 直通模式相比，g t 8 0 0 直通模式在鉴权、端对端加密以及中继转发等方面还需要 进一步完善m 1 。 1 3 选题的意义和论文的结构 我国的集群通信产业具有巨大的市场和发展潜力。一方面，为了在应对突发 事件和维护社会稳定时能够快速部署、统一调度，我国的政府部门和企事业单位 迫切需要建立能统一指挥、整体移动、实时通信、快速反应的数字集群通信系统。 另一方面，为了打破国外厂商对数字集群产业的垄断，在政府的大力支持下，越 来越多的国内厂商致力于开发具有自主知识产权的数字集群产品，有利于国内集 群系统的公开化、标准化。因此，从市场发展机遇和发展潜力的角度来看，研究 和开发具有自主知识产权的数字集群通信系统不仅能很好地满足市场的需求，促 进我国集群通信市场的竞争和发展，同时能创造良好的经济和社会效益。数字集 群直通模式作为数字集群系统的一部分，对其进行研究与开发具有重要意义。 本课题的主要工作是在参考相关标准的基础上，分析、设计移动台直通模式 上m a c 层协议，并实现直通模式上m a c 层功能。论文的主要结构如下：第二章 介绍了直通模式的工作模型，描述了直通模式空中接口协议栈的分层结构并详细 分析了上m a c 层的结构、功能和直通模式信道。第三章描述了上m a c 层的p d u 和原语。第四章分析了上m a c 层的工作过程，包括状态的切换、信令的发送和接 收、业务信道的建立和释放等。第五章详细描述了直通模式上m a c 层功能的设计 与实现，包括开发环境、模块的划分以及相关的实现流程图等。第六章从仿真测 试和实际测试两方面叙述了对直通模式上m a c 层功能的测试方法、测试过程以及 测试结果。第七章对全文进行了总结。 2 数字集群直通模式协议栈 2 1 数字集群直通模式的工作模型 数字集群直通模式是指直通模式移动台( d m m s ) 在没有基站参与的情况下 直接进行通信的一种单工操作方式。图2 1 示出了直通模式的工作模型，该工作模 型适用于d m m s 之间的点对点或点对多点的通信川。 图2 1 直通模式的工作模型 f i g u r e2 1 w o r km o d e lo fd i r e c tm o d e 图2 1 中的“u d ”表示直通模式的空中接口，d m m s 通过该接口进行信令和 业务数据的交互。为了避免集群模式和直通模式的消息数据在空中产生干扰，对 集群模式和直通模式配置不同的工作频率，d m m s 工作在特定的直通模式频率 上。 在直通模式的呼叫或短数据传输过程中，提供同步参考的d m m s 被定义为 “主控移动台”，主控移动台通常为业务的发起方；与主控移动台同步且在业务中 处于接收方的d m m s 被定义为“从属移动台”；没有进行同步或与主控移动台同 步但不是业务接收方的d m m s 被定义为“空闲移动台”。 2 2 数字集群直通模式协议栈的结构 为保证直通模式移动台( d m m s ) 之间在无线信道上通信正确，d m m s 必 须遵循相同的通信规则，这个规则就是直通模式协议栈。在参考直通模式相关标 准的基础上，制定了适用于本课题的直通模式协议栈。作为一个分层模型，直通 模式协议栈规定了分层结构、各层的功能以及层与层之间的接口“。 直通模式协议栈对应o s i 七层模型的下三层，包括物理层、数据链路层和网 络层。图2 2 示出了直通模式协议栈的结构。 4 控制面业务面 呼叫 短固有 - l 口由u k 皑l - 口回l ： 控制数据业势 语音 一一一 * - 一* * * m “* * * * m * m * i直通梗式呼叫控制 i 一- w * * 一* “一- l * * 一- 一* * * w * * 上m a c 下m a g “* “m “* “- m * m “m “m “m “m “- m * * * * 一* “m “一* * 一* 物理层 l 图2 2 直通模式协议栈的结构 第三层 网络层 第二层 数据链路层 第一层 物理层 f 1 9 u r e2 2 s t m c t u r eo tp r o t o c o ls t a c kmd i r e c tm o d e 物理层( p l ) 位于直通模式协议栈的第一层，由定时结构和无线电射频等组 成。它实现的功能包括调制和解调、发射机和接收机的转换、符号同步等等。 数据链路层( d l l ) 位于直通模式协议栈的第二层，用于处理多用户对无线 资源的共享。d l l 包含两个子层：上m a c 和下m a c 。下m a c 主要负责信道编 码和交织；上m a c 的主要功能包括信道监视、分片和重组、随机接入控制等等。 在d l l 上，协议栈被垂直分成两部分，即控制面( c 面) 和业务面( u 面) 。控制面 用于传输有寻址能力的信令信息；业务面用于传输无寻址能力的业务信息。 网络层位于直通模式协议栈的第三层，主要包括直接方式呼叫控制( d m c c ) 实体。d m c c 主要负责处理呼叫控制、短数据业务以及固有业务。 直通模式协议栈不仅规定了协议栈的结构和各层的功能，还定义了层与层之 间的通信语言。直通模式协议栈的上下层之间通过原语( 请求指示响应确认) 进 行数据交换；对等层之间通过协议数据单元( p d u ) 进行信息的交互卜。 2 3直通模式上m a c 层 2 3 1直通模式数据链路层的内部结构 数据链路层包含上m a c 层和下m a c 层两个子层，图2 - 3 示出了数据链路层 的内部结构。 d m c c 。l 3 图2 1 3 数据链路层的内部结构 f i g u r e2 3 i n t e m a ls t r u c t u r eo fd a t al i n kl a y e r 在c 平面上，上m a c 与d m c c 通过d m as a p 和d m cs a p 两个业务接入 点进行信令的交互。d m as a p 用于传输c 面信令( 例如：呼叫控制信令和短数 据消息) ，此外，由上m a c 产生的信令传输结果报告也通过d m as a p 发送给 d m c c 。d m cs a p 用于传输信道状态和信道配置消息，当上m a c 检测到信道状 态发生改变时，通过d m cs a p 报告给d m c c ；当d m c c 需要建立或删除信道时， 同过d m cs a p 通知上m a c 信道的配置情况。在u 平面上，上m a c 与用户应用 通过d m ds a p 业务接入点交互业务数据，该业务数据包括语音和电路数据。 上m a c 与下m a c 通过d m v _ s a p 业务接入点进行信令、业务数据以及信道 配置信息的交互。当上m a c 需要发送空口数据时，需要向下m a c 标示所要发送 数据的长度、内容和编码方式；当下m a c 接收到的空口数据，提交给上m a c 时， 需要标示接收数据的长度、内容、接收时隙以及当前的信号质量等。上m a c 通过 向下m a c 发送信道配置消息，设置工作频率、扰码、接收时隙等参数。 2 3 2 直通模式上m a c 层的功能 直通模式上m a c 的主要功能如下： 对来自上层数据的发送处理； 6 对来自下层数据的接收处理； 信令的重发； 信令的随机接入控制； 信令的分片和重组； 业务信道容量的挪用； 第2 层地址的管理； 帧和复帧结构的维护； d m 信道状态的确定； 无线信道的建立与拆除。 2 4 直通模式信道 2 4 1直通模式的帧结构 数字集群直通模式的多址方式为时分多址( t d m a ) ，其帧结构由复帧、帧、 时隙以及子时隙组成。1 个复帧包括2 5 个t d m a 帧，1 个t d m a 帧包括2 个时隙， 1 个时隙包括两个子时隙，其帧结构如图2 4 所示。 1 复帧= 2 5t d m a 帧( = 1 2 s ) ( 1 2 m s )( 1 2 m s ) 图2 4 直通模式的帧结构 f i g u r e2 4 f 锄es t m c t u r eo fd m 2 4 2 直通模式信道的分类 直通模式信道分为物理信道和逻辑信道。 2 4 2 1物理信道 物理信道是指数据传输的实际通路，在t d m a 系统中，将一个射频载波上周 期性重复的时隙定义为一个物理信道。根据直通模式的帧结构，一个直通模式射 频载波包含两个物理信道( 由时隙l 组成的物理信道1 和由时隙2 组成的物理信 道2 ) 。在直通模式中，主控移动台通过内部时隙计数确定当前的物理信道；从属 用户或空闲用户通过接收同步消息，获取当前的帧号和时隙号，从而确定当前的 物理信道。 数据帧在物理信道上的发送是通过突发完成的，一个突发代表了在物理信道 上的单位周期中传输的内容，它实际上是经过数据流调制的射频载波。在数字集 群直通模式中，定义了下列两种类型的突发结构： d s b ( 直通模式同步突发) ：用于传输业务建立消息、广播消息等； d n b ( 直通模式正常突发) ：用于传输业务数据、短数据信令以及使用窃 用方式发送的信令。 2 4 2 2逻辑信道 逻辑信道可以分为以下两种类型： ( 1 ) 业务信道 业务信道包括速率为2 4 k b p s 的语音业务信道( t c h s ) 、速率为2 4 k b p s 的数 据业务信道( t c h 2 4 ) 、速率为4 8 k b p s 的数据业务信道( t c h 4 8 ) 、速率为7 2 k b p s 的数据业务信道( t c h 7 2 ) 。 ( 2 ) 控制信道 控制信道包括广播同步信道( b s c h ) 、半时隙信令信道( s c h h ) 、全时隙信 令信道( s c h f ) 以及挪用信道( s t c h ) ，每种控制信道的具体应用如下： 1 ) b s c h b s c h 用于承载同步信息。主控移动台使用该逻辑信道向其它移动台广播帧 号、时隙号、扰码等同步参数。其他移动台通过接收b s c h ，获取时间信息以与主 控移动台保持同步，同时获取扰码参数以解码其他信令消息。 2 ) s c h h s c h h 作为半时隙信令信道通常与b s c h 组成全时隙组合型逻辑信道 ( b s c h + s c h h ) 。s c h h 主要用于承载由第三层产生的业务建立消息或由上 m a c 层产生的广播消息。 3 ) s c h f s c h f 用于承载分片消息的中间片或最后一片。 4 ) s t c h s t c h 用于承载窃用消息。当业务模式下需要发送紧急信令( 例如：信道释放 信令) 时，需要占用半时隙或全时隙的业务容量使用s t c h 发送该信令。 不同的逻辑信道具有不同的物理属性，包括所能承载的数据块( 上m a cp d u ) 长度、采用的突发类型等，逻辑信道的物理属性见表2 1 。 表2 1 逻辑信道的物理属性 t h b l e2 1 p h y s i c a lp r o p e r t yo f1 0 9 i c a lc h a n n e l s 逻辑信道突发类型载荷( b i t ) b s c hd s b4 6 s c h hd s b5 6 s c h fd n b1 3 4 s t c h d n b5 6 t c h sd n b1 2 0 t c h 2 4 d n b1 2 0 t c h 4 8d n b2 4 0 t c h 7 2 d n b 3 6 0 2 4 3 直通模式信道的状态 根据直通模式信道上是否存在数据以及数据的内容，直通模式下的信道状态 可以分为未知、空闲、占用以及保留四种情况。信道状态所定义的范畴是直通模 式频率载波上的所有时隙，即两个物理信道，而不是单独的物理信道l 或物理信 道2 1 。直通模式信道状态的具体描述如下： ( 1 ) 未知状态 当移动台开机，或移动台由集群模式切换到直通模式时，d m m s 不能确定当 前的信道状态，定义直通模式信道状态为未知。 ( 2 ) 空闲状态 当d m m s 在连续一段时间内没有接收到b s c h 类型的数据时，定义直通模 式信道状态为空闲。 ( 3 ) 占用状态 当d m m s 接收到b s c h 类型的数据，且该数据指示当前信道处于占用状态 9 时，定义直通模式信道状态为占用。 ( 4 ) 保留状态 当d m m s 接收到b s c h 类型的数据或s t c h 类型的数据，且该数据指示当 前信道已处于( 或开始处于) 信道保留状态时，定义直通模式信道状态为保留。 3 上m a c 层的p d u 和原语 3 1概述 p d u 是协议栈对等层的空中接口，原语是协议栈上下层之间的接口，制定结 构严谨、契合功能需求、科学高效的p d u 和原语是开发协议栈功能的前提和关键。 对直通模式上m a c 层的p d u 和原语的设计，主要考虑以下五个方面u 引： ( 1 ) 对集群模式的继承 由于直通模式是在集群模式的基础上开发的，对集群模式信令结构、参数以 及处理方式的模仿或继承，可以为直通模式的开发提供参考，并且在一定程度上 减少开发的工作量，提高产品的可靠性。此外，这种继承方式对将来移动台双监 模式的开发具有重要意义。 ( 2 ) 功能特性 数字集群通信系统作为专用移动通信系统，对通信的可靠性、处理速度以及 资源的优化分配和利用具有很高的要求。在数字集群直通模式中，上m a c 负责信 令的发送和接收、无线资源管理以及业务信道的建立和释放等，这些功能直接或 间接决定了信令传输的可靠性、无线信道的利用率、呼叫的接续速度。因此，在 设计上m a c 层p d u 和原语时，要充分考虑直通模式的功能特性。例如，通过设 置帧倒计数参数，对同一个信令重复发送多次，提高信令传输的可靠性。 ( 3 ) 信道容量的限制 不同的p d u 一般使用不同的逻辑信道发射，由于逻辑信道具有固定载荷，在 设计p d u 参数时，要确保p d u 的整体长度不超过逻辑信道的最大容量。 ( 4 ) 可扩展性 为了便于产品后续功能的开发，在p d u 和原语的设计中，要尽可能考虑扩展 功能，为后续功能的开发预留适当的空间和接口。 ( 5 ) 易于测试性 易于测试性要求信令结构尽量简单，而功能的可扩展性往往导致信令结构复 杂化。在p d u 和原语的设计过程中，需要尽量兼顾这两方面的要求，平横二者的 关系，以寻求功能的完备、可靠、稳定。 3 2上m a c 层的p d u p d u 是分层网络结构对等层之间进行通信所使用的数据单元，它包含来自上 层的p d u 数据和本层的附加信息。经过自上而下的层层封装和物理层的处理，p d u 最终以比特流的形式通过无线信道发送出去，直通模式上m a c 层的p d u 结构如 图3 1 所示。 d m c c d m c cp d u l ，r r - t ，r - - - u ，。j 厂一广一一一f 上m a c m a c 头d ms d u 。j ；畸一 一 上m a c 层p d u一 ： ： 图3 1直通模式上m a c 层的p d u 结构 f i g u r e3 1 p d us t m c t u r eo f u p p e rm a cl a y e ri nd m 上m a c 层的p d u 由d ms d u 和m a c 头两部分组成。d ms d u 实际上是 d m c c 的p d u ；m a c 头主要包含p d u 类型和与p d u 类型对应的m a c 参数。 上m a c 层p d u 包括下面五种类型： ( 1 ) d m a c s c h d m a cb s c hp d u 在逻辑信道b s c h 中承载，用于传输同步信息。该p d u 的参数主要包括帧号、时隙号、源地址等。帧号和时隙号用于时间同步；源地址 表示信令发送方的地址，同时扰码也是由源地址通过某种运算得到的。 ( 2 ) d m a c s y n c d m a cs y n cp d u 在逻辑信道s c h h 中承载，用于传输和业务相关的信令 信息。该p d u 的参数主要包括帧倒计数、分片标志、目的地址、消息类型以及消 息相关元素等。帧倒计数参数用于信令的重复发送；消息类型表示第三层发送的 p d u 类型或由上m a c 产生的广播消息类型；消息相关元素是基于消息类型的可 变参数。表3 1 给出了消息类型参数的定义。 表3 1消息类型参数的定义 t h b l e3 1d e f i n i t i o no fm e s s a g et y p ep a r a m e t e r 信息元素长度( b i t )值( 二进制)备注 消息类型50 0 0 0 0d m r e s e r v e d 0 0 0 0 ld m s d s0 c c u p i e d 0 0 0 1 0d m t i m i n gr e q u e s t 0 0 0 1 ld m t i m i n ga c k 0 0 1 0 0保留 0 0 1 0 1保留 0 0 1 1 0保留 0 0 1 1 l保留 0 1 0 0 0d m s e t u p 0 1 0 0 1 d m s e t u pp r e s 0 1 0 1 0d m c o n n e c t 0 1 0 1 1d m d i s c o n n e c t 0 1 1 0 0d m c o n n e c ta c k 0 1 1 0 1d m o c c u p i e d 0 1 1 1 0d m r e l e a s e 0 1 1 1 ld m t xc e a s e d 1 0 0 0 0 d m t xi 也q u e s t 1 0 0 0 1d m t xa c c e p t 1 0 0 1 0d m p r e e m p t 1 0 0 1 1d m p r ea c c e p t 1 0 1 0 0d m r e j e c t 1 0 1 0 1d m i n f o 1 0 1 1 0 d m s d su d a i a 1 0 1 1 1d m s d sd a i a 1 1 0 0 0d m s d sa c k 1 1 0 0 l保留 1 1 0 1 0保留 1 1 0 1 l保留 l l l 0 0保留 1 1 1 0 1保留 1 1 1 1 0保留 1 1 1 1l保留 根据消息的功能，可以将消息分为以下四种类型： 1 ) 业务建立消息 业 务建 立 消息包括呼叫 业 务建 立 消 息 ( d ms e t u p d ms e t u pp r e s d mc o n n e c t d mc o n n e c ta c k ) 和短数 据消息( d ms d su d a i 、a d ms d sd a n v d ms d sa c k ) 。 2 ) 广播消息 广播消息包括占用广播消息( d m0 c c u p i e d ) 和保留广播消息类型 ( d mr e s e r v e d ) 。 ” 3 ) 呼叫转换预占消息 呼叫转换预占消息消息包括呼叫转换预占请求消息 ( d mt xr e o u e s t d mp r e e m p t )和呼叫转换预占应答消息 ( d mt xa c c e p t d mp r ea c c e p t d mr e j e c t ) 。 4 ) 呼叫释放消息 呼叫释放消息包括p t t 释放消息( d mt xc e a s e d ) 和呼叫结束消息 ( d m i 冱l e a s e ) 。 对于呼叫建立消息和占用广播消息，其消息相关元素主要包括电路模式类型 和优先级等；对于保留广播消息或p t t 释放消息，其消息相关元素主要包括保留 剩余时间；对于短数据消息，其消息相关元素主要包括短信剩余时间和用户优先 级等；对于呼叫转换预占请求消息，其消息相关元素主要包括优先级等。 ( 3 ) d m a c _ 【) a 1 r a d m a cd a l 队p d u 在逻辑信道s t c h 中承载，用于传输窃用信令。该p d u 的参数主要包括第二个子时隙挪用标志、帧倒计数、目的地址、消息类型以及消 息相关元素等。第二个子时隙挪用标志用于下m a c 在接收数据时判断第二个子时 隙是否继续挪用。 ( 4 ) d m a c r a g d m a cf r a gp d u 在逻辑信道s c h f 中承载，用于传输分片信息的中间片。 该p d u 的参数主要包括p d u 类型、p d u 子类型以及填充比特指示。 ( 5 ) d m a c e n d d m a ce n dp d u 在逻辑信道s c h f 或s t c h 中承载，用于传输分片信息的 最后一片。当传输短数据时，d m a ce n dp d u ( 承载于s c h f ) 应该占用全时隙； 当发生挪用并且窃用信令需要分片时，d m a ce n dp d u ( 承载于s t c h ) 应该占 用第二个子时隙。该p d u 的参数主要包括p d u 类型、p d u 子类型以及填充比特 指示。 3 3 上m a c 层的原语 原语是协议栈上下层之间进行通信所使用的数据单元，根据原语的功能和传 输方向，可以将原语分为请求、指示、证实、响应四种类型眇1 。上m a c 层的原语 包括上m a c 层与d m c c 层的接口原语和上m a c 层与下m a c 层的接口原语。 3 3 1上m a c 层与d m c c 层的接口原语 根据接入点的功能，可以将上m a c 层与d m c c 层的接口原语分为d m t s a p 上的原语和d m cs a p 上的原语，d m as a p 上的原语包括d m au n i t d a t a 原 语和d m ar e p o r t 原语；d m cs a p 上的原语包括d m cc o n f i g u r e 原语和 d m cr