（通信与信息系统专业论文）cdpd空中接口中mac层协议的研究与程序设计.pdf

摘要 本文首先研究了蜂窝数字分组数据( c d p d ) 空中接口中的介质接入控制层 ( m a c ) 协议，详细论述了基于时隙的非峰持的、带冲突检测的数字载波侦听多 址接入协议( d s m a c d ) 。其次，本文对c d p d 的差错控制技术进行了研究和分 析，着重研究了协议使用的纠错码一r s 码的性能，并完成了r s 码编解码模块的 设计与开发。然后，以上述研究为基础，完成了移动终端系统和移动数据基站的 m a c 层协议在t m s 3 2 0 c 5 4 x 上的程序设计，并进行了通信试验。本文的最后部 分利用计算机仿真的方法对m a c 层协议的接入性能进行了分析。 关键词：c d p d m a cd s m a c d r s 码接入性能 a b s t r a c t t h em e d i u ma c c e s sc o n t r o l ( m a c ) l a y e rp r o t o c o lo ft h ea i r l i n ki n t c r f a c e b e t w e e nt h em o b i l ed a t ab a s es t a t i o n ( m d b s ) a n dm o b i l ee n ds y s t e m s ( m e s s li n c e l l u l a rd i g i t a lp a c k e td a t a ( c d p d ) i ss t u d i e df i r s t l yt h ea c c e s sm e t h o do fs l o t t e d n o n p e r s i s t e n td i g i t a ls e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t hc o l l i s i o nd e t e c t i o n ( d s m a c d ) i sd e s c r i b e dm a i n l y s e c o n d l nw es t u d i e dt h ee r r o rc o n t r o it e c h n o l 0 9 3 o fc d p d w ep u tt h ee m p h a s i so nt h ep e r f o r m a n c e d e s i g na n di m p l e m e n to fe r m rc o r r e c t i o n c o d e ，r sc o d e t h e n ，o nt h eb a s i so fs t u d ya b o v e w es h o wd e t a i l e dt h ei m p l e m e n t o fm a cp r o t o c o lb o t hi nm d b sa n dm e si nt m $ 3 2 0 c 5 4 x w h i c hi n c l u d et h e m o d e la n dm e t h o do fi m p l e m e n t c o m m u n i c a t i o nt e s tr e s u l ti sa t t a c h e dt o o i nt h e r e m i n d e ro ft h i st h e s i s ，w ea n a l y z et h ea c c e s sp e r f o r m a n c eo fm a c b yt h em e t h o do f c o m p u t e rs i m u l a t i o n k e vw o r d s ：c d p d m a c d s m a c d r sc o d e a c c e s sp e r f o r m a n c e 创新性声明 本人声明所呈交的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，除了文中加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它 教育机构的学位或汪书而使用过的材料。与我一同： 作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：鱼刍苎日期：塑里：! ：7 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅沦文；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在 解密后遵守此规定) 叼彬 一 本人签名：亟i日期：主壁：型7 翱魏轻弛蹶递_ 7 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 近年来，随着无线通信和计算机通信在全球的迅猛发展，移动和数掘业务的 融合势不可挡，人们对无线通信提出了新的需求一无线数据通信。无线数据通信 使人们能够随时随地交换数据信息，解决许多情况下有线数据通信及其组网不能 满足的用户应用要求。如何在蜂窝移动网上提供让用户满意的数掘业务已经成为 移动网络运营商极为关注的问题。灵活、方便、高效的无线数据通信技术在这种 背景之下得到了迅速的发展和应用。 本文研究的c d p d 【】1 ( c e l l u l a rd i g i t a lp a c k e td a t a 即蜂窝式数字分组数据) 被 公认为实用的无线公共网络数据通信规程。c d p d 采用分组交换技术，利用空闲 的语音信道发送分组数据，容易进行直接连接，一旦有需求可以立即发送和接收 信息，可以提供“永远在线”的服务。而且c d p d 采用“动念复用”的技术，用 户只在实际发送数据时才使用频率资源，所以一个小区的所有移动用户可以共享 同一资源，大大提高了带宽利用率。c d p d 网络既可作为一个独立的蜂窝系统来 实现，也可作为构建在现有蜂窝电话网的一个分组交换系统来实现。在实际运用 中，为服务大量无线数据用户，c d p d 大多独立作为无线数掘通信系统。 c d p d 是建立在t c p i p 基础上的一种丌放系统结构，它将丌放式接口、高传 输速度、用户单元确定、空中链路加密、空中数据加密、压缩数扼纠错和重发及 运用世界标准的i p 寻址模式无线接入有力的结合在一起，提供同层网络的无缝连 接、多协议网络服务。 由于c d p d 适用的业务种类很多，使用方法灵活，许多应用商看好c d p d 的 发展前景，纷纷加入应用开发工作中，现在已有很多成熟的产品，如：g p s 定位， 调度，遥测等。i n t e r n e t 的普及和发展对c d p d 的应用提出了新的要求，本文研 究的c d p d 移动终端系统的调制解调器，除支持完整的数据交换功能外，还可用 于接入i n t e r n e t 。本文对c d p d m a c 层协议的相关问题进行探讨。 1 2c d p d 标准化进程及发展进程 c d p d 源于美国”1 ，推出c d p d 的初衷，是为了充分利用模拟蜂窝移动通信 系统a m p s 的传输信道在空闲的语音信道发送分组数掘。1 9 9 2 年美国m c c a w ， c d p d 辛中接u 中m a c 崖协泌的t , j 1 5 i 程序垃| 十 g t e ，b a m ，a m e r i t e c h ，s wb e l l 等公司根据市场的需要，各出资1 0 0 0 0 0 0 美 元成立发展基金，开始对无线数据通信技术进行研究。1 9 9 3 年6 月c d p d 规范1o 版草案问世，目前版本为1 1 版。1 9 9 4 年2 月在美国建立了第一个试验网。1 9 9 4 年4 月，硬件生产厂商、软件丌发商以及通信服务商共同成立了c d p d 论坛，主 要目的是为了推动c d p d 技术和市场的进一部发展。1 9 9 5 年中，美国出现了第一 个f 式投入商用的c d p d 网络，至今美国已基本实现全国覆盖，用户数量为2 0 万左右。c d p d 从美国走向世界，目前提供c d p d 服务的国家和地区有：加拿大、 墨西哥、韩国、秘鲁、阿根廷、巴西、洪部拉斯、中国台湾等，另外还有很多国 家正在进行试验。 在我国，1 9 9 5 年初，原邮电部开始着手对建立无线数据通信网进行可行性研 究。1 9 9 6 年初，在上海建成试验网，设备由朗讯( l u c e n t ) 公司提供，经两年的 试运行，证明系统稳定可靠。1 9 9 7 年底原邮电部数据局根据上海的试验结果，决 定建设“中国公用无线数据通信网”，采用l u c e n t 的产品建立c d p d 网，推广无 线数据新业务。1 9 9 7 年底首期在北京、上海、广东、湖南、福建等省市建网，并 在上述城市中做到互联自动漫游。其中北京、上海、广州作为“中国公用无线数 据通信网”的主干网。我国目前组建的c d p d 无线数据网，是一个完全独立的数 据网，不与a m p s 兼用发射设备和信道。这样当信道数确定的情况下，可以开放 更多的用户，有效地提高传输速率。 1 3c d p d 网络概述 一网络结构 c d p d 网络结构如图所示。它与模拟和数字移动通信系统相类似，包括 接入部分和网络部分。接入部分包括移动端系统( m - e s ，m o b i l ee n ds y s t e m ) 和移动数据基站( m d b s ，m o b i l ed a t ab a s es t a t i o n ) 。网络部分包括通用的 中介系统( i s ，i n t e r m e d i a t es y s t e m ) 和移动数据中介系统( m d i s ，m o b i l ed a t a i n t e r m e d i a t e s y s t e m ) 。在网络部分通常还包括固定终端系统( f e s ，f i x e de n d s y s t e m ) 。 移动终端系统( m e s ) 由两部分组成：一部分是移动终端，如个人计算机、 个人数字助理( p d a ，p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 或其它标准设备，另一部分是c d p d 无线调制解调器( c d p dr a d i om o d e m ) 。无线调制解调器用于无线链路的调制解 调和协议管理。它与移动终端之间采用标准的串行协议如s l i p ( s e r i a ll i n ei n t e m e t p r o t o c 0 1 ) 或p p p ( p o i n t t o p o i n tp r o t o c 0 1 ) 。用户通过m e s 接入系统，以获得服 务。 第一辛绪论 固定端系统( f e s ) 是位置固定的数据应用系统，可以在c d p d 网内，也可 以在其它网内，还可以作为c d p d 网内的支持系统和服务应用系统。 移动数据基站( m d b s ) 类似于模拟基站，为用户提供无线接续和无线接口 设备，位于蜂窝网的基站中。m d b s 的功能有：接收和实现从网络管理系统来的 命令；负责m e s 和m d i s 之间数据的中继：仲裁多个m e s 通过介质接入控制 ( m a c ) 协议接入无线信道：管理无线资源，可按需改变r f 信道的分配，采用 跳频，提高信道利用率，监测和调整m e s 的发送功率电平，维持移动条件下的 接续。 运营商b 外部网络 运营商a 。 鼾网 而套 2 9 9 e 谳 凰 同定端系统 f e s 堑挈擎萎i i i j 中介系统兰e ；式 叁名写 移功端系统 m e s 移 白 鬈 c d p d a 、i p s r f 啪s 础儿e r p s s w l tc h l n g b s c e n t e r 图1 1c d p d 网络结构及空中接口 c d p d 的骨干网由多个i s 组成。i s 的主要功能是为数据分组指定路由并将分 组传输到正确的目的节点。i s 通常足一个常规的路由器，它并不处理任何与移动 性有关的内容。c d p d 骨干网是一个无连接的传输网络，即仅提供数据报业务 ( d a t a g r a ms e r v i c e s ) 。c d p d 骨干网支持两种协议：一是o s i 的无连接网络协议 ( c l n p ，c o n n e c t i o n l e s s n e t w o r kp r o t o c 0 1 ) ( i s 08 4 7 3 ) ，另一个是i n t e r n e t 中的i p 协议( r f c 7 9 1 ) 。在骨干网上采用的路由协议有：o s p f ( o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t ) 和b g p 4 ( b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o lv e r s i o n4 ) 。 移动数据中介系统( m d i s ) ，是一个特殊的i s ，完成移动路山选择、管理数 据传输和用户位置信息的交换，提供计费、广播服务、用户身份u 别服务和无线 信道的加密服务。它包括分组服务器和管理服务器，分组服务器负责分组数据的 ：一垒一卜、 臣，一孙簧睦酉 c d p d 卒中接l j 中m a c 层悱泌的刑f 究。程序吐计 路出选择，完成主叫移动终端到被叫移动( 或固定) 终端之间的连接，收集话务、 网络利用率等统计数据。管理服务器支持分组服务器，提供鉴别、登记和收集帐 单等功能。分组服务器和管理服务器采用t c p i p 和o s i 标准，需要时，很容易 扩容或软件升级。 二空中接口及其协议栈 在c d p d 网络中，定义了三种接口：空中接口( a 接口) 、服务商之间的接口 ( i 接口) 和外部接口( e 接口) ，如图1 1 所示。 a 接口是m d b s 和m e s 之间的接口，它提供全双工的传输链路，采用的带 冲突检测的数字载波侦听多址接入算法( d s m a c d ：d i g i t a ls e n s em u l t i p l ea c c e s s w i t hc o l l i s i o nd e r e c t i o n ) 。 i 接口提供两个c d p d 运营商之间的网关服务。它提供不同自治域之阳j 数据 分组的路由以及管理信息( 如业务量统计，计费，认证信息等) 。该接口对用户 是透明的。 e 接口提供c d p d 网络与非c d p d 网络之间的连接。如c d p d 与f e s ，c d p d 与其它i n t e r n e t 服务商的连接等。 空中接口( a 接口) 上控制通信过程的规程为c d p dv 1 1 协议，它是在丌放 系统互连( o s i ) 参考模型的基础上构成的，涉及m e s 、m d b s 和m d i s ，其协 议栈如图1 2 所示。 、s m pr r m p 、s m p用户应用 m n r p数据 1 w c l n p s n d c p m d l p m d l p 巾转 i s o8 0 4 3i s o8 0 4 3 m a ct p 4t p 4 c l n pc l n p s n d c fs n d c f 物理堪h d l ch d l c d s 08 0 2 3d s 08 0 2 3 图1 2c d p d 空中接口的协议体系 第一章绪论 1 4 本文研究的主要内容 本文针对c d p d 中m a c 层协议所涉及的关键技术：多址接入技术及差错控 制技术进行了研究，并且在研究的基础上，以c d p dv 1 1 规范为基准，完成了 m e s 方调制解调器m a c 层协议的软件实现及m d b s 方m a c 层协议的软件实 现。最后，本文对c d p d 的接入性能进行了计算机性能仿真。 本文具体内容安排如下： 第二章提出了c d p d 移动终端系统无线调制解调器的软硬件总体设计方案及 通信试验模型，并指出本文在其中承担的任务。 第三章深入研究了c d p d 的m a c 层协议，重点放在带冲突检测的数字载波 侦听多址接入算法( d s m a c d ) 和m a c 层协议的通信过程上。 第四章对c d p d 的差错控制技术进行了研究和分析，着重讲解了r s 码编解 模块的设计和实现，为协议的正确实现奠定了基础。 第五章详细介绍了m a c 层协议的软件实现方式，讨论了为提高系统的可靠 性所采取的措施。 第六章利用计算机仿真的方法分析了m a c 层协议的接入性能，为协议的掌 握提供了重要的参考价值，对协议参数的选取提出了宝贵的建议。 结束语中对全文工作进行了总结，并提出了进一步的研究方向和计划。 c d p d 卒中接u 中m a c 层协议的研究1 i 程序世汁 第二章c d p d 移动终端系统调制解调器简介 本章旨在介绍本文的背景知识。首先根据移动终端系统调制解调器( m m e s ) 的设计要求，确定了硬件和软件的功能分解，分别提出了硬件总体设计干u 软件总 体设计，然后给出了通信试验模型。通过这些简要的介绍，指出了本文承担的任 务。 2 1 总体设计 一技术指标 本项目研制的m m e s 支持完整的数据通信功能，不支持语音通信业务，可用 于无线接入i n t e r n e t 。其主要技术指标如下： 发射频段：8 2 4 8 4 9m h z 接收频段：8 6 9 8 9 4m h z 调制方式：g m s k 归一化三分贝带宽b t = 0 5 无线速率：1 9 2k b p s 工作模式：半双工 二硬件总体设计 c d p d 移动终端系统调制解调器( m m e s ) 的硬件结构如图2 1 所示，它由基 带板和射频板构成 4 1 。下面主要从功能的角度对两块电路板进行介绍，它们各自 的原理框图和电路设计不在本文讨论的范围之内。 r r s s i 信号。 基带板 射频板 控制信号 图2 1c d p d 调制解调器的硬件总体框幽 1 基带板( b b ) ： 基带板的核心部分是d s p 芯片和g m s k 调制解调器，其中d s p 芯片是c d p d 调制解调器软件部分的载体，符合c d p dv 11 的协议依靠它柬实现。g m s k 调 制解调器完成比特流和基带信号的相互转换功能。基带板还包括发射功率控制、 信号检测指示、电源管理以及其它功能。 基带板的一端和数据终端设备通过r s 2 3 2 相连，在此接口上传送的数据包括 第一二章c d p d 移动终端系统l 埘制斛州擀简介 用户数扼、调制解调器初始化设置数掘、状态数据以及控制命令等。基带板的另 一端和射频板通过总线相连，为射频板提供需要发送的基带信号和控制信号，同 时从射频板处获得接收的基带信号和信号强度指示( r s s i ) 信号。 2 射频板( r b ) ： 射频板的功能是完成基带信号和射频信号的转换，其设计划分为三个主要部 分，发射电路部分、接收电路部分和锁相环电路，其中锁相环电路被发射电路部 分和接收电路部分所共有。发射电路的主要功能是接收基带板传送束的g m s k 基 带调制信号，进行f m 调制，然后送入天线发射。发射功率由基带板输入的控制 信号来控制。接收电路的主要功能是接收束白天线的射频信号，经过低噪声功率 放大和两次下变频恢复g m s k 基带信号，并送入基带板进行处理。在接收过程中， 接收电路向基带板提供接收信号强度指示信号( r s s i ) 。 三软件总体设计 m m e s 的软件部分除了必须完成基本的通信功能外，还要求具备灵活的控制 功能以及必要的管理和维护功能。所以，设计软件总体结构原理图如图2 2 。 尤线接口数据终端设箭 幽2 2c d p d 调制解调器的软仆总体框倒 1 通信控制模块： 此模块是软件的主体部分，实现c d p dv 1 1 协议，对移动数掘的通信过程进 行控制。本文的重要内容，m a c 层协议的实现就是此模块功能的一部分。 2 监控模块： 此模块是整个软件的核心处理程序。由数据终端设备产生的原始数据分为两 种：用户数掘或c d p d 控制数据及命令数掘。监控模块对这两种数掘进行辨别， 将甜一种数扼( 图2 _ 2 的双向箭头) 送入通信控制模块，后一种( 图22 的单向箭 头) 则送入相应的程序模块：状念检测、参数设置、维护管理或其它模块，其中 其它模块是用作功能扩展的。而由空中接口来的数据被直接通过接e l 模块送到数 c d p d 窄中接u 中m a c 崖饥议的f l j f 究4 程序吐h 据终端设备。 2 2c d p d 试验模型 本项目的最终目的是做成一个可以做通信试验和协议检测的通信演示系统 包括空中接口涉及的m e s 、m d b s 和m d i s ，试验模型如图2 3 。 、一 庀司眦。陋黜匣司 芒 圆圃亡刍 p ca 塑! 7 ! 坚 固匪雪 r b ar b b p cb 卜i s l 卜e s 加i b s 圈2 3 c d p d 试验模型 m e s 方包括m m e s 的硬件平台b ba 和r ba ，p ca 是和m m e s 相连的数 据终端设备，原始数据由它产生，从通信对端m d b s 接收到的数据也最终交给它 处理，这三部分合作实现m e s 的功能。如图2 3 所示，在b ba 上运行空中接 口的p h l 、m a c 和m d l p 这三层协议，s n d c p 和高层协议放在p ca 上运行， p ca 和b ba 之间用串口r s 2 3 2 连接，即高层和低层使用r s 2 3 2 交换数据，于 是p ca 也兼做m e s 的一部分。这样安排的理由是首先实现基本的数据通信功 能，之后再考虑和网络相关的功能。 m d b s 方硬件平台是b b b 和r b b ，和m e s 方类似，p cb 是和其相连的数 据终端设备，这三部分合作实现m d b s 的功能。如图2 _ 3 所示，为简化模型，在 b bb 上只运行空中接口的p h l 和m a c 这两层协议，而不考虑m d l p 中转功能。 另外，p cb 还兼做m d - i s ，m d i s 的m d l p 、s n d c p 和高层协议放在其上 运行。同理，p cb 和b bb 之间也用串口r s 2 3 2 连接，即高层和低层使用r s 2 3 2 交换数据。 本文的工作包括m e s 的m a c 层协议及对等层一m d b s 的m a c 层协议，实 现的硬件环境是t m s 3 2 0c 5 4 0 9 ，下文先介绍协议原理，再讨论实现方式。 第三幸m a c 层协议分析 第三章m a c 层协议分析 c d p d 的m a c 层协议是空中接口的分层协议体系中的一部分，位于移动数 据链路层( m d l p ) 和物理层( p h l ) 之问，涉及移动数据基站( m d b s ) 和移 动终端系统( m e s ) 。本章从m a c 层协议的功能、提供的服务、数据格式和数 据传输过程等几个方面对其进行了介绍，着重介绍了c d p d 所特有的多址接入算 法一d s m a c d 。 3 1 协议功能 m a c 层协议为对等m d l p 实体间传输信息，通过发送带有必要的同步、差 错控制信息的数据块，使通过物理链路的信息传送变得可靠。有了m a c 层的服 务，它的上层m d l p 认为链路上的传输是无差错的。 m a c 层协议提供如下功能【5 ： 一数据封装 1 将链路层数据单元( l p d u ) 封装成帧： m a c 层使用高级数据链路控制( h d l c ) 协议中的帧起止标志( 0 1 1 1 1 1 1 0 ) 和插零技术将链路层数据封装成帧，从而保证l p d u 的定界、帧同步和数掘 的透明性。 2 差错控制： 发送数据前，对帧数据进行编码，提供差错保护。从物理层收到的数据后， 先进行检错和纠错，再进行其他处理。m a c 层使用前向纠错( f e c ) 码完成 检错和纠错功能，无需额外的检错措施，如c r c 校验。c d p d 中使用的f e c 码是r s 码，这种码字有良好的纠错能力，在第四章中将进行专f 介绍。 这旱需要注意的是，如果收到数据块中的错误超过r s 的纠错容限，我们 称此为解码失败：否则称为解码成功。 二多址接入管理 多址接入管理包括介质分配和冲突解决两部分。介质分配对m e s 接入反向 信道进行仲裁。冲突解决是指使m e s 接入反同信道i 口进行冲突捡测，若发生冲 突及时恢复。 在c d p d 中，因为m e s 的接收和发送不在一个频率上，所以个m e s 无 法直接侦听到其他m - e s 在反向信道上的活动，于是c d p d 提出了一种新的多址 接入算法：d s m a c d ，它是基于时隙的非峰持的带冲突检测的数字载波侦听多 址接入算法。在d s m a c d 中，反向信道的状态由f 向信道周期发送的状态标志 来指示。正向信道提供的两种反向信道状态标志包括： 信道忙闲标志 此忙闲标志用来指示反向信道的状态是忙或是闲。一个m e s 只有在信道闲 时j 。可以发送数据。 数据块解码标志 此解码标志用来指示m e s 刚刚发送的数据块是否被m d b s 成功解码。 三信道流定时及同步 所有的m - e s 必须和一个主时钟同步，在c d p d 中这个时钟的时间问隔是一 个子时隙( m i c r o s l o t ) ，d s m a c d 要求m e s 只能在子时隙的边界开始发送。m ， e s 从前向信道的同步字中获得定时参考，同时获得反向信道状态标志和f e c 块 的边界。 3 2 服务描述 m a c 层协议使用物理层( p h l ) 和管理实体提供的服务向数据链路层( d l l ) 提供服务。参考模型如图3 1 。 管理实体是功能平面的概念，和各层协议都有接口，用以完成无线资源管理 的功能。有关管理实体的详细内容，见参考文献 2 0 【2 1 1 。 m s a p ( m a cs e r v i c ea c c e s sp o i n t ) ：m a c 层服务接入点。 p h s a p ( p h y s i c a ll a y e rs e r v i c ea c c e s sp o i n t ) ：p h l 层服务接入点。 卜es砸)bs d l l 实体lid l l 实体l 一。 r 1 坠 生m a c 原语m a c 原语至rm s a p 管理实体卜_ 一m a c 实体 m a c 协议对等层 管理实体 p h s a p ，了 p h l 原语 p h l 原语r 、- l p h s a p p h l 实体ip h l 实作f 图3 1m a c 层西议参考模型 一服务原语 原语包含底层要求上层服务的命令和相应的响应，类型；n t 招二章m a c 层协议分析 1 q , n 求( r e q u e s t ) ：用于高层或层管理实体要求底层提供服务，以后简写为r e q 2 指示( i n d i c a t i o n ) ：用于告知高层和层管理实体已经提供某利服务，以后简 写为i n d 。 3 确认( c o n f i r m ) ：提供服务请求的层确认底层所要求的服务已经完成，以后 简写为c n f 。 m a c 层提供的服务 1 数据传输： m a cd a t a r e q ：d l l 要求m a c 发送数据。 m a cd a r a i n d ：m a c 告知d l l 收到有效的数据单元。 m a c d a t a c n f 做为m a c _ d a t a r e q 的响应，表示向d l l 的传输尝试 结束，结束状态可能是成功也可能是失败。 2 同步控制： 管理实体使用以下原语控制并监测对等m a c 层之前的同步。 m a c o p e n r e q ：要求本地m a c 层实体和某远程m a c 层实体同步。 m a c 一0 p e n c n f - 通知管理实体本地m a c 层实体已经和某远程m a c 层实 体同步。 m a cc l o s e r e q ：管理实体要求m a c 层实体停止活动。 m a c c l o s e i n d ：m a c 层实体告知管理实体，m e s 和m d b s 失去同步。 3 状态指示： m a c 层使用下述原语向管理实体提供状态指示。 m a c s t a t u s i n d ：m a c 层实体通知管理实体每个收到的f e c 数据块的 状态信息。和此原语相关的变量有： b l o c ks t a t u s ：一个伟尔变量，用来指示数掘块是否可解码； s y m b o li ne r r o r ：用来指示每个数据块中纠f 错误符号的个数； a r e ac o l o rc o d e ：确定管理m e s 的m d i s 。 m a c e r r o r i n d ：m a c 层实体通知管理实体检测到错误，错误源于 m e s 的发送尝试次数超值或色码非法。 三+ m a c 层要求p h l 提供的服务 m a c 层使用下述的p h l 服务原语： p h - da _ r a r e q ：m a c 层实体要求p h l 发送数扼 p h d a t a i n d ：p h l 层告知m a c 层收到数据 p hr s s i i n d ：接收信号强度指示 c d p d 守中接l j 中m a c 层协议的 l j i = 究，挥j 孚挫“ 3 3 数据格式 一帧结构 这里我们将加过帧起止标志的l p d u 称为帧。帧的结构和帧起止标志( 下文 中简称为f l a g ) 的格式如图3 2 。 比特8765 4 3 21 0llllll0 第1 个字节 起始标志 第2 个字节 帧内容 第n 1 个字节 0llll1l0 第n 个字节 结束标志 图3 2 帧结构 为了防止帧内容中出现f l a g ，当信息比特中每出现5 个“1 ”就插入一个0 。 接收端在收到5 个“1 ”之后，如果收到的是“o ”就将该“0 ”删去；如果是“1 就表示一帧结束。 二块结构 前向信道和反向信道上传输的数据格式是不相同的，但它们的基本单元是r s 数据块( 以后简称为b l o c k ) ，它由固定长度( 3 7 8b i t s ) 的r s 码和其他信息组成。 两者的具体格式在下文介绍，这里首先介绍它们的共同组成部分。 1 r s 码： c d p d 采用伽罗华域g f ( 2 6 ) 上的( 6 3 ，4 7 ) r s 码，其中信息位有4 7 个符号， 校验位有1 6 个符号，每个符号有6 个b i t 。( 6 3 ，4 7 ) r s 码的结构如图3 3 。 比特65432l 第6 2 个符号 信息位 第1 6 个符号 第1 5 个符号 校验位 第0 个符号 图3 3 ( 6 3 ，4 7 ) r s 码的结构 r s 码的信息位由帧组成，共4 7 * 6 = 2 8 2 比特。当m a c 层没有更多的帧需要 第三乖m a c 层协汉分析 传输时，用多个f l a g 填充，若不能用整数个f l a g 填充时，使用比特“1 ”填充， 此时将最后一个填充f l a g 的最后的0 比特去掉，使f l a g 中的比特“1 ”和填充比 特“l ”连续起来。在接收端，若收到7 个或7 个以上的比特“1 ”时，认为这7 个或7 个以上的比特“1 ”以及后续比特均为填充比特，本次b l o c k 的接收结束。 2 伪随机( p n ) 序列： 由于编码后的数据可能出现长串的“1 ”比特或“0 ”比特，这将影响接收端 位同步的建立和保持。因此，每个r s 块在发送之前和同定的p n 序列相异或， 以降低长串相同比特出现的可能性。在接收方，收到的r s 块必须在解码之前和 相同的p n 序列相异或，去掉p n 序列恢复发送方的编码后数掘。 c d p d 使用的p n 序列和r s 码相对应，也表示为6 3 个6 比特长的符号，本 文将和p n 序列相异或后的r s 码的每个符号称为s ，发送顺序从第6 2 个符号s 。、 到第0 个符号s 。，每个符号的低比特先发送。表3 1 给出了p n 序列的值。 表3 1p n 序列 符号十六进制二进制符号十六进制二进制符号十六进制二进制 6 20 50 0 0 1 0 i4 11 90 1 1 0 0 i2 02 d】叭l o l 6 l170 1 0 1 1 l4 03 31 1 0 0 1 l1 9f0 1 1 1 1 i 6 03 21 1 0 0 1 03 91 50 1 0 l 叭1 82 31 0 00 i l 5 92 21 0 0 0 1 03 82 f1 0 l l l i1 7 l l 0 1 0 0 0 l 5 8 l a 0 1 1 0 1 03 7 o d 0 0 】1 0 】1 60 00 0 0 0 0 0 5 12 51 0 0 1 0 】3 6 1 8 0 1 1 0 0 01 5 le 0 1 1 1 l o 5 61 f0 1 1 1 1 13 52 91 0 1 0 0 1l j2 81 0 1 0 0 0 2 cl o l l 0 0o c- 0 0 1 1 0 01 33 41 1 n n 5 40 50 0 0 l o l3 32 00 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 i 5 33 a1 l 】0 1 03 20 80 0 l0 0 01 11 a0 1 10 1 0 5 2l e0 1 1 1 1 03 ll e0 1 i l l 01 01 90 1 1 0 0 】 5 l0 50 0 0 lo l3 02 7】0 0 1 l l 9 0 f 0 0 1 】l l 5 080 1 1 0 0 02 92 01 0 0 0 0 080 5 0 0 0 j 0 】 4 92 61 0 0 1 】02 83 b】1 1 0 1 l0 60 0 0 1 1 0 4 880 1 1 0 0 02 7l a0 1 l0 060 e0 0 1 1 l o 4 70 i 】0 1 02 63 41 】0 1 0 02 c1 0 i l o o 4 6 0 8 0 0 10 0 0 2 52 31 0 0 0 l l 4 1 bo l l o l l 4 53 3 】1 0 0 2 42 21 0 0 0 1 031 20 1 0 0 1 0 0 bo o l 0 i l2 30 40 0 0 】0 01 a1 0 l o l o 4 30 70 0 0 l i l0 d0 0 】0 ll 0 40 0 0 1o o 4 2 3 9 l 】l o o 】2 12 b1 0 1 0 1 1 00 20 0 0 0 1 0 3 色码： c d p d 的每个信道都被分配一个8 b i t 的信道色码。8 b i t 的色码包括3 一b i t 的 区域色码( a r e ac o l o r ) 和5 - b i t 的区群色码( c e l lg r o u pc o l o r ) 。在一个m d 一1 s 控 制下的所有区群的c d p d 信道具有相同的a r e ac o l o r ，每个区群仃自己的g r o u p c o l o r 。图34 给出了一个色码分配的例子，在这个例子中，傅个区群仃7 个小区， c d p d 卒中接u 中m a c 层协泌的研究l 程芋世 每个小区有3 个扇区，扇区内的数字是信道编号。 使用色码是为了检测同道干扰。不同区群内相同频率的信道具有不同的色码。 m e s 接收时会检测从前向信道收到的色码，如果m d b s 传输的色码和m e s 的 色码不相符，m e s 认为受到工作在相同频率的其他m d b s 的干扰。这时m e s 丢弃收到的b l o c k ，停止发送。m d b s 接收时也要检测收到的色码，如果从m e s 传输来的色码和自己的不相符，m d b s 丢弃收到的b l o c k ，将信道忙闲标志置为 忙，直到检测到传输结束。 。域色码r 而i 二_ 鬲、 、， 图3 4 色码的分配 三前向信道格式 前向信道的数据块由以下5 部分组成，格式如图3 5 信道色码 前向信道同步字 反向信道忙闲标志 反向信道解码标志 与p n 序列异或之后的r s 数据块 第三章m a c 层悱议讣析 解码杯志 拧制粕、志 忙闲h 、志 前向信道同步孚 图3 5 前向信道的数据格式 1 成块： 每个b l o c k 中r s 码信息域的头8 个比特是色码，之后是多个插过0 ，加过 f l a g 的帧和填充比特( 如有必要) ，它们组成r s 码2 8 2 比特的信息域c 帧和块的 关系如图3 6 。 色码 8b i t s 一 h)l00tq ，j 姒硒扶 一 4 7 个信息符号 1 6 个校验符j + ：_ ：。，了 f l a g sf l a g sf l a g sj l圈_l 图36 前同信道成块 2 前向信道同步字： 同步字共3 5 比特，分为7 组每组5 比特，按发送顺序为：1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 】o o 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 。 3 控制标志： 控制标志由忙闲标志和解码标志组成。6 _ b i t 的控制标志如图3 7 。其中最低 位比特1 首先发送，如图3 5 所示，发送控制标志之前5 b i t 的忙闲标志要和一组 c d p d 守中接u 中m a c 层悱泌的们究i 程序设计 5 七i t 的前向信道同步字相异或。 忙闲标志：“0 0 0 0 0 ”表示忙，“1 1 11 l ”表示闲。 解码标志：“0 ”表示解码成功，“l ”表示解码失败。 b i t 6432l 解码标志_ f ：闲标占 图3 7 控制标志 四反向信道格式 反向信道的数据块由以下5 部分组成，格式如图3 8 ，其成块原理和前向信道 相似，可参见图3 5 ，不同之处在于，m e s 只在反向信道突发的第一个b l o c k 中 加入色码。 引导序列 反向信道同步字 信道色码 数据块连续标志 与p n 序列异或之后的r s 数据块 图3 8 反向信道的数据格式 1 引导序列： 反向信道突发由3 8 比特的引导序列开始，为m d b s 提供突发检测及比特定 时。引导序列按照发送顺序为：1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 l 叭0 1 0 。 2 反向信道同步字： 第二幸m a c 最讪坝分析 每次突发的反向信道同步字紧跟在引导序列之后发送，2 2 比特的反向信道同 步字按照发送顺序为：1 0 1 1 1 0 1 1 0 】0 1 1 0 0 11 1 0 0 0 0 。 3 连续标志： 在，s ；，s 4 4 ，s 。s 。s ，s 。之前各插入1b i t ，用束指示当前发送的数据块是 否是本次突发的最后一块。0 0 0 0 0 0 0 表示最后一块，1 1 1 1 1 1 1 表示不是最后一块， 后面还有数据块。 3 4 数据传输过程 本节的内容是m a c 层协议的核心，主要讲述m d b s 和m e s 怎样合理有效 的配合完成数据传输的任务。如前所述，m e s 采用基于时隙的非峰持d s m a c d 算法接入反向共享信道，接入控制由前向信道提供的忙闲标志和解码标志来控 制。下面的内容就是围绕着算法d s m a c d ，从前向信道和反向信道两个方面展 丌的。 一前向信道 1 m d b s 方： m d b s 在前向信道上的传输是连续的，它为m e s 接入反向信道提供定时参 考和控制标志。控制标志中的忙闲标志为m e s 提供了反向信道的使用状态，而 解码标志在m d b s 和m e s 之间提供了一个连续的a r q 机制。对m e s 而言， 忙闲标志起到载波侦听的作用；而解码标志则是有效的冲突指示信号，但m d b s 无法区分解码出错究竟是因为冲突还是因为噪声。 m d b s 在设詈忙闲标志时，可处于以下几种状态，它们之间的转换关系如图 39 。 置闲 葫 羊口气訇签 i 删蛳。7l 塑曼鼍蕊”， 椅洲刮! - 1 步字 幽3 9m d b s 设置忙闲标忠 信道空闲状态：初始化之后或当没有m e s 在反向信道发送数据时， m d b s 处于此状态并设置忙闲标志为闲。当检测到反向信道传输时，将忙闲标 志置为忙，进入搜索同步状态：当检测到反向信道同步字刚，同样将忙闲标志置 l s c d p d 宁中接l i 中m a c 甚协泌的研究。j 程序垃计 为忙，进入搜索锁定状态。 搜索同步状态：在此状态，m d b s 试图和反向信道数据流同步。 同步锁定状态：在此状态，m d b s 和反向信道数掘流同步，等待接收 b l o c k s 和连续标志。若检测到连续标志等于0 0 0 0 0 0 0 ，意为e o t ( e n do f t r a n s m i s s i o n ) ，则进入忙挂起：状态：如果在收到e o t 之前发现丢失数据，则进入