（通信与信息系统专业论文）3g网络自动测试终端的设计与实现.pdf

摘要 摘要 3 g 通信业务的蓬勃发展，要求运营商不断提高自己对网络维护和优化的能 力；传统网络测试产品自动化程度不高，使用定制不便，且升级费用昂贵，在 当前网络测试需求大量增加的情况下，越来越显示出其自身的不足。建立能够 分离测试控制与执行部分，自动完成重复大量测试业务，并能及时返回测试数 据，便于集中处理的测试系统，成为当前网络测试二 作者的共同愿望。 本文结合当前网络测试业务的特点和要求，充分利用嵌入式系统处理能力 强大、硬件驱动丰富的特点，设计了基于a r m 的嵌入式自动网络测试终端，并 且开发了p y t h o n 脚本程序为主体的测试软件，以满足无线网络自动测试系统的 需求。该终端可控制3 g 模块和g p s 模块，搭载了嵌入式l i n u x 系统，运行简洁 高效的p y t h o n 脚本编写的模块化测试程序，能够通过网络接收控制指令，并依 照测试人员编写的测试脚本，自动执行无线通信网络的测试任务，同时将数据 及时传送给测试控制人员。该终端拓展定制方便，可以满足常见的d t 路测和 c q t 测试任务的所有需求。 通过对测试终端在实际测试中的表现，可以看到终端运行情况良好，能够 独立完整的完成语音业务、短信业务及无线数据业务的测试工作，说明设计满 足无线网络测试的要求。该终端设计的功能基本涵盖了当前网络测试的全部需 求，并且可以依照新业务进行扩展。 关键词：网络测试，嵌入式，p y t h o n ，w c d m a ，测试脚本 a b s t r a c t ： 一一一 a b s t r a c t i tm a k e st h em o b i l en e t w o r ko p e r a t o r sc o n t i n u o u s l yi m p r o v et h ea b i l i t vt o n e t w o r km a i n t e n a n c ea n do p t i m i z a t i o n ，t h a t3g c o m m u n i c a t i o ns e r v i c e sg of o r w a r d a n df l o u r i s h ；aw i t has u b s t a n t i a l l yi n c r e a s i n gd e m a n df o rn e t w o r k t e s t i n g ，t r a d i t i o n a l p r o d u c t sg r a d u a l l ys h o wi t so w n s h o r t c o m i n g s ，l i k el o wd e g r e eo fa u t o m a t i o n ，u s i n g i n c o n v e n i e n ta n de x p e n s i v et ou p g r a d e i t r e c e n t l yb e c o m e st h ec o m m o na s p i r a t i o no f t h en e t w o r kt e s t i n gw o r k e r st oe s t a b l i s ha t e s t i n gs y s t e m ，w h i c hc a ns e p a r a t ec o n t r o l a n do p e r a t i v ep a r t so ft e s t i n g ，a u t o m a t er e p e t i t i v et e s t i n go p e r a t i o n sa n d t i m e l ys e n d t e s td a t af o rc e n t r a l i z e d p r o c e s s i n g i nt h i sp a p e r , t of i tt h er e q u i r e m e n t so ft h ec u r r e n tn e t w o r kt e s t i n gb u s i n e s sa n d t a k ef u l la d v a n t a g eo ft h ep o w e r f u lp r o c e s s i n gc a p a b i l i t i e sa n dr i c hh a r d w a r ed r i v e r s o fe m b e d d e ds y s t e m s ，w ed e s i g na na u t o m a t e dn e t w o r kt e s t i n gt e r m i n a lb a s e do n a r me m b e d d e ds y s t e m ，a n dp r o g r a ma p y t h o ns c r i p ta st h em a i nt e s ts o f t w a r e , w h i c h c a nm e e tt h en e e d so ft h ew i r e l e s sn e t w o r ka u t o m a t i c a l l yt e s t s y s t e m t h i st e r m i n a l c a nc o n t r o lm e3 gm o d u l ea n dg p sm o d u l e ，u s ee m b e d d e dl i n u xs y s t e m ，r u nt e s t i n g m o d u l ew r i t t e nb yp y t h o ns c r i p t s ，r e c e i v ec o n t r o lc o m m a n d st h r o u g ht h en e t w r o k ，a n d c o m p l e t et h ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kt e s ta c c o r r d i n gt ot h et e s ts c r i p t ss e tb v t e s tc o n t r o lo f f i c e r s ，w h i l et i m e l ys e n d i n gd a t at ot h e m r h et e r m i n a li s e a s ye x p a l l s e d a n d c u s t o m i z e d ，w h i c hc a nm e e ta l lt h en e e d so ft h ed ta n dc q t t e s t i n gt a s k s f r o mt e s tt e r m i n a lp e r f o r m a n c ei nt h ea c t u a l t e s t ，w ec a nr e a l i z et h a tt h e t e r m i n a lr u n s s t a b l y a n di n d e p e n d e n t l yc o m p l e t e s t e s to fv o i c es e r v i c e s ，s h o r t m e s s a g es e r v i c ea n dw i r e l e s sd a t as e r v i c e s ，i n d i c a t i n gt h a tt h ed e s i g nm e e t st h e r e q u i r e m e n t so fw i r e l e s sn e t w o r kt e s t i n g t h et e r m i n a ld e s i g nt oc o v e ra l lt h en e e d s o ft h ec u r r e n tn e t w o r kt e s t i n g ，a n db ee a s i e di m p r o v e di na c c o r d a n c ew i t ht h en e w b u s i n e s s k e y w o r d s ：n e t w o r kt e s t i n g ，e m b e d d e dl i n u x ，p y t h o n ，w c i ) m a ，t e s ts c r i p t s i i 第一章绪论 第一章绪论 第一节项目研究的背景 2 0 0 9 年1 月7 日，工业和信息化产业部正式确认3 g 牌照发放给运营商，中 国移动、中国电信和中国联通分别获得t d s c d m a 、c d m a 2 0 0 和w c d m a 三 种制式的牌照，中国正式进入3 g 时代【1 。3 g 网络在短短3 年的时间内展现出了 良好的发展势头。据统计，截至2 0 1 1 年第三季度，中国移动互联网用户规模已 经达到3 9 6 亿人，其中3 g 用户规模增长明显，整体已经突破1 亿【2 j 。 伴随3 g 用户数量的快速增长，新的无线应用产品也如雨后春笋般涌现，网 络小说、游戏下载，网络游戏、微博微信、手机定位、视频电话等等新业务层 出不穷。同时随着a n d r o i d 、i o s 、w p 等新的操作系统的发展，智能手机、智能终 端设备也在逐渐走进每个人的生活。这些都对3 g 网络性：能提出了越来越高的要 求。 无线通信网络的建设一般要经过前期规划设计阶段、中期建设阶段和网络 商用成熟阶段三个阶段 3 1 。为了满足无线用户的使用要求，还要在网络建成后不 断的进行优化。网络优化可以分为阶段性和持续性的两种模式，阶段性优化指 为了满足特定要求，在一段时间内提高网络性能，如网络扩容等工作，往往在 短时间内需要投入大量的人力，对网络做较大的调整，时间紧，任务重；持续 性优化也可以纳入网络运维中，它是从网络建成后就开始的、长期的工作，改 动较少，只需要固定的人员。 无线网络性能测试是对网络性能评估的重要指标，也是现在检测3 g 网络问 题的主要手段之一，是网络优化的重要依据。传统2 g 网络中，无线网络性能测 试主要包括语言和短消息业务，随着2 5 g 的出现，数据业务测试逐渐增多。3 g 网络中，对高速率的数据传输测试成为最主要的方面。测试系统的设计功能， 可操作性，对测试工作的进行意义重大，也对人力要求和工作量有决定性的影 响。 3 g 网络用户量的不断增长、新终端应用对数据传输的要求不断提高，都要 求运营商在3 g 网络稳定运行的同时，不断发现网络中存在的问题、缺陷，并及 第一章绪论 时处理、改进，以满足3 g 用户的稳定应用。这就要求进行大量充足的网络测试 业务。近期l t e 试验网已经在上海、杭州、南京、广州、深圳和厦门开始建设， 更大规模的、具有新特性的测试任务也将出现在我们眼蒯4 1 。 第二节传统网络测试产品简介 目前国内主要的网络性能测试系统，主要是由g s m 网络测试软件发展而来 的，都基本采用“测试员+ 测试软件+ 测试设备”的模式，公司提供测试软件和 指定的配套测试设备【5 】，主要包括测试终端或测试手机，由运营商或网络设备公 司安排人员完成网络性能的测试。国内产品主要有世纪鼎利公司的p i l o tp i o n e e r 、 大唐移动公司的s r a n 、中兴公司的c n t 系列软件等，国外的产品主要有爱立 信的t e m s 和安捷伦公司的系列软件。这些产品的单个软件大都价格在几十万 元，且测试设备大都是公司提供的定制设备。下面以t e m s 为例，简单介绍传 统的网络性能测试产品。 图1 1 常用测试设备组成 上图就是传统路测产品的硬件设备组成实物图。路测设备包括笔记本电脑、 g p s 设备、测试手机和电源设备等，其中笔记本电脑主要用于安装测试软件， 测试过程中，测试软件保持运行状态，控制测试手机执行测试任务并记录相关 数据，测试完成后处理分析数据进行网络性能评估。 传统网络性能测试设备有以下几个不足： 1 路测时需要专门测试人员跟随，完成测试任务执行切换等控制，执行阶 段性网络优化测试时，会需要较多的人力。 2 测试手机及测试终端不能任意更换，对w c d m a 、t d s c d m a 及 2 第一章绪论 c d m a 2 0 0 0 不同网络需要测试软件公司提供相应的设备，为网络性能测试实际 工作带来很大不便。 3 当有新业务及新的性能特性需要进行测试时，原有测试软件可能没用完 成相关业务的功能，同时新数据分析功能也要添加；此时，测试任务将无法执 行，需要等待测试软件及相应设备的更新，很难保证新：i 业务的测试的顺利进行。 第三节主要工作及论史结构 针对传统网络测试产品的局限及缺点，本文设计了新的自动网络测试终端， 主要工作包括： 1 对3 g 无线网络的发展状况及趋势做了叙述，并具体介绍了3 g 网络优化 及性能评估的基本知识。 2 结合3 g 网络及其测试需求，简要介绍了传统测试产品的特点，指出了 它们中存在的普遍存在局限和缺点。 3 结合w c d m a 网络的结构及接口特点，分析了测试业务的需求特点，并 以此为依据，设计了测试脚本程序的流程及构架。 4 对测试终端整体设计做了简要说明，详细介绍了各硬件设备及接口的电 路设计、嵌入式系统移植和测试环境的搭建。 5 对测试脚本的主要程序模块的实现做了具体分析，模拟完成了语音路测 及定点数据测试，并展示了终端的运行结果。 本论文共分七个章节： 第一章绪论。本章介绍了课题的研究背景及工作意义，并对项目的主要工 作进行了介绍。 第二章背景知识。本章主要介绍了3 g 无线通信技术的发展现状及当前网 络优化测试的基本知识，最后对w c d m a 无线网络结构及接口协议做了简要介 绍。 第三章测试终端系统设计。本章首先介绍了测试终端硬件组成及电路设 计，然后对嵌入式系统移植工作和进行网络测试脚：本运行的环境建立过程做了 详细说明。 第四章测试脚本结构设计。本章结合w c d m a 网络的测试需求，对测试终 端上测试脚本程序要实现的功能及组织机构进行了：分析，提出了最终的设计方 3 第一章绪论 案。 第五章脚本模块程序实现。本章在脚本程序结构及需求分析的基础上，介 绍了具体脚本模块的p y t h o n 语音编程实现。 第六章运行结果演示。本章主要模拟了网络测试的环境，控制终端完成语 音路测和定点数据业务测试工作，对测试结果进行了简单分析。 第七章总结与展望。本章对测试终端的设计工作做了总结，对其自身的优 缺点及可能的发展方向做了简要介绍。 4 第二章背景知识 第二章背景知识 第一节3 g 技术发展概论 全球范围内的移动通信技术的发展非常迅猛，第一代模拟移动通信系统( 如 a m p s t a c ) 只能提供简单的通话业务和基本的补充类和承载类业务，第二代数 字移动通信系统( 如g s m c d m a ) 能够提供丰富的：补充类和承载业务，为了提 供对数据业务的支持，2 5 代移动通信技术( g p r s 和c d m a l x 等技术) 也应用 而生。近年来，由于市场对先进的无线通信技术的巨大需求，第三代移动通信 ( 3 g ) 技术已逐渐成为主流。在在诸多3 g 技术标准中，又以3 g p p 制定的标准 最具影响力，w c d m a 、t d s c d m a 、h s p a 等各种：系统已经逐步在全球大规模 部署：同时，3 g p p 又启动了l t e 、h s p a + 、l t e a d v 2 m c e d 等长期标准演进项目， 4 g 技术也在快速发展【6 】。以下将对3 g 技术主要标准做简要介绍。 2 1 1第三代移动通信标准 1 9 9 8 年6 月，国际电信联盟( i t u ) 所征集的第：三代无线接口技术标准共有 1 5 种，经过类似技术的彼此融合，最后形成5 种：w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、 t d s c d m a 、u w c 1 3 6 以及e pd e c t 。w c d m a 。和c d m a 2 0 0 0 宽带c d m a 技术以及我国提交的t d s c d m a 是其中3 个主流技术 7 ；u w c 1 3 6 是基于北美 i s 一1 3 6 ( d a m p s ) 的t d m a 方案；e pd e c t 是在欧洲d e c t 的基础上稍做改进 而成的，其主要是由于采用了第三代频谱的原因而提交的。2 0 0 7 年1 0 月1 9 日， i t u 正式接纳移动w i m a x 加入i m t - 2 0 0 0 ，命名为o p d m at d dw m a n ，成为 第6 种3 g 空中接口技术。 2 1 1 1w c d m a w c d m a 是由日本的a r i b 提出的，并得到a r i b 、e t s i 电信工业方案联 盟( a t i s ，t h ea l l i a n c ef o rt e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r ys o l u t i o n ) 、 w i m s ( w i r e l e s si n t e ：g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r km u l t i m e d i as e r v i c e s ) 等重要标准 化协会和行业协会的支持。w c d m a 技术【8 的发展分为日本无线工业广播协会 5 第二章背景知识 ( a r i b ) 支持的纯技术和欧洲的第三代通信技术使用的最初平台为基础相互结 合而成。 根据3 g p p 的发展和目前的计划，w c d m a 的发展经历了几个发展阶段9 1 ， 早期的r 9 9 版本与g s m 系统的体系结构大致相同，可以支持语音、视频以及多 种类型的数据连接业务；随着r 4 、r 5 和r 6 版本的推出，其在无线接入网络和 核心网络系统结构方面发生了很大变化；r 7 阶段是r 6 工作的延续，完善无线 接入网络、核心网、空中接口和业务，r 8 阶段是在现有系统基础结构和空口技 术下，进一步提升网络性能。w c d m a 网络技术发展的各个阶段如图2 1 所示。 雯墓二压】至蕊黧 i ! ：多 i 。羔釜窆i ：孽耋。j 擘鐾羔主| 篓羔l 2 耋譬。! 篓誊t 篓一鬟( i 5 3 7 。i 氅。鎏鬏毛一” * 图2 1w c d m a 的技术发展过程 2 1 1 2c d m a 2 0 0 0 这一标准是由美国提出宽带c d m a 技术，从i s 9 5c d m a 网络技术发展而 来，对来源于i s 9 5 网络技术的的c d m a 系统窄带设备的投资起到了很好的保 护作用，受到了c d m a 发展集团( c d g ，c d m ad e , v e l o p m e n tg r o u p ) 、宽 带扩频数字技术电信工业委员会( t w s d t c ，t i aw i d e b a n ds p r e a d s p e c t r u m d i g i t a lt e c h n o l o g yc o m m i t t e e ) 等协会和标准化组织的支持。 c d m a 2 0 0 0l x 的发展经历r e v 0 ，r e va 、r e vb 、r e vc 和r e vd 几个 版本，其中，r e vc 和r e vd 特别加强对数据业务的支持，也称为c d m a 2 0 0 0 l x e v - d v 系统。这一条技术演进路线与c m d a o n e 保持后向兼容，沿用c d m a o n e 的部分信道( 寻呼和接入信道) ，对性能的增强主要体现在协议结构的变化、支 持新频段和新带宽、增加新信道等，也采用高阶信号调制、快速算法调度、定 向天线技术等提高速率和容量的方法。c d m a 2 0 0 0 的技术发展路线如图2 2 所示。 6 第二章背景知识 、”瓣：鬻鼙囊一曩 拶游 。、 图2 2c d m a 2 0 0 0 的技术演进路线 2 1 1 3i d - s c d m a t d s c d m a 标准是我国提交的第三代通信网络技术标准，它采用了将 f d m a 、t d m a 和c d m a 三者融为为一体的技术【1 1j ， 【6 m h z 的载波带宽提供 高达2 m b s 的数据速率。 t d s c d m a 的主要技术特点有： 1 功率调整及功率控制：功率调整步长范围为1 m l d b ，同步精度为1 8 码 片宽度，而且功率控制采用开环+ 闭环的同步方式。 2 上行同步( u p l i n ks y n c h r o n i z a t i o n ) ：基站接收移动台动态数据，发生时 间受到网络控制，通过正交吗扩频技术的上行链路，确保基站接收上行信号的 同步到达，保证上行信道信号不相关，降低了码间二f 扰 1 2 】。提高了系统容量， 降低了基站接收机的复杂度。 3 智能天线( s m a r t a n t e n n a ) ：采用类似于相控阵的波束成形技术，基站天 线的方向图随移动台的移动而动态获取信息；同时由于波束很窄，因此不仅对 相关的移动台增益高，而且对其他用户的干扰也很小并取得了移动台的位置信 息，所以降低了多径和多址干扰并提高了系统容量。 4 联合检测( j o i n td e t e c t i o n ) ：同一时隙过程中，将大量用户的信号和多 径信号统一关联起来进行处理，可以对全部用户的信号准确地解调出信息，因 此这项技术能够有效地解决实际运行中多用户干扰及码间干扰的问题。 5 接力切换( b a t o nh a n d o v e r ) ：系统能够准确获取移动台实时的位置数据， 7 第二章背景知识 必要时对其小区进行准确的转换，大大降低了系统切换操作，从而使系统的相 对容量得到提高。 6 软件无线电( s o f t w a r er a d i o ) ：用软件来代替部分需要硬件实现的功能， 而使得设计、检测变得灵活便利，可以提高不同系统间的通用性。 7 低速率模式( l o wc h i p r a t e ) ：采用1 2 8 m c s ，为u r t at d d 码片速率的 1 3 ，这有利于与u t r at d d 系统的兼容。 8 基站站址可以重复利用：根据平滑过渡的原则，在原有2 g 基站的配置 地点，t d s c d m a 节点b 可以配置在同一基站站址。 t d s c d m a 标准自建立起，经历了不同的演进阶段，其过程如图2 3 所示。 穆鹫； 、搿f 豁缀巍馘瓣遵攀；t 2 避蔫羧携疆攀：蜷壤：穗攀； 糕殴：臻l 辣s拳辎鹣+ 、2 冀艇熟粤f 爹疆蜘轴瓣s ， 稽粥辩群8 獬跨遴枣；2 8 鲻i 辱舔游般攀； 麟鹣熬懿建攀一：黼秘f 耔5 躺h 、l 曩妇，戴彰s 氛。瓢# ；蠹露麓； ：i 酗 i i2 i ，鞘疆z 渤产一豁髓瓣： f 翻麓孵翱j 瓢豹臻 i 为i i s i ) i j a 鹣：一3 磐 图2 3t d s c d m a 演进过程 第二节3 1 3 通信网络优化 2 2 1 通信网络优化简介 3 g 网络从建网到成熟，一般要经过三个阶段：前期规划设计阶段、中期建 设阶段和商用成熟阶段。为了使3 g 网络正常运行并能充分满足用户的需要，除 了系统设备的增加改进，网络测试优化称为提高无线网络的重要手段。无线通 信系统网络优化就是指，根据通信网络的实现情况，网络展现的性能，分析各 方面问题缺点，在分析的基础上通过对网络配置的调整，使网络性能得到有效 的改善，为现有的硬件设备软件资源环境下服务质量的最佳实现，即最优的覆 盖力、充足的信号强度、最优的语音通信音质和足够低的掉话率等【l 引。2 g 通信 时代的网络优化流程已经比较规范，主要依靠基站检修、数据搜集、测量仪器 等分析手段。3 g 通信网络的优化对2 g 网络有一定的承接关系，可以借鉴已有 的优化手段，但相比而言，3 g 网络在数据业务、信息业务方面有更高的要求， r 第二章背景知识 这就要求我们探索新的网络优化方法。 2 2 2网络优化测试简介 无线网络评估的主要指标包括c s 电路域业务和p s 分组域业务的网络覆盖 和性能 1 4 】。路测是获取无线网络运行数据的重要手段，能直接反应出用户可感 知的网络性能，并能体现出无线接入网络乃至核心网中存在的问题。无线网络 评估测试主要包括两种方式：车载路测( d t ，d r i v et e s t ) 和定点呼叫质量测试 ( c q t ，c a l lq u a l i t y t e s t ) 。 2 2 2 1d t 测试 通常d t 测试的设备包括承载车辆、测试仪表、测试终端或手机、g p s 模块 及测试用p c 电脑等。测试时，车辆以一定速度在规定路线上行驶，使用测试软 件控制其他设备完成各种测试业务。不同网络及地区，对测试时间也有不同的 要求。如选择工作日周一到周五每日9 ：0 0 1 0 ：0 0 之间的工作时段评估一般适用 于稳定运行了一段时间的区域系统。不考虑异常情况的测试，特大城市需要保 持时间在8 小时以上，大型城市需要保持6 小时以上，中型城市需要保持4 小 时以上。路测的线路要提前制定，一般需要满足以下要求： 1 路测线路应该选择径向和环形两种形式的方向； 2 径向路线能够反映信号质量与基站距离变化的情况； 3 环形路线能够提供基站不同方向上信号质量的预测； 4 优化测试时每个基站簇一般需要定义三条测试路线。 同时测试路线应该尽量覆盖整个业务区，以实 见业务充分全面的执行，得 到更可靠的数据 2 2 2 2 c q t 测试 c q t 测试可以看作是固定的d t 测试，通常是在一定区域内选择若干点放 置测试设备，重复测试业务，并采集无线网络数据。c q t 定点测试的时间要求 与d t 运动测试基本相同，对测试所处位置的选取通常要涉及以下因素： 1 测试地点所处范围的通话及数据业务量，通常测试稳定运行的网络，一 般选择话务量较大的几个地方测试。 2 测试地点所处范围内的位置因素，遵循选择8 0 要在室外测试2 0 要在 9 第二章背景知识 室内测试的原则，并且要充分满足位置均匀的分布的设计规范。 3 测试地点所在地域的无线信号环境。对于安装了直放站，或者安装了室 内分布系统的地方，需要优先考虑作为测试点。 4 网络可能存在问题的地域。对于可能成为覆盖盲区的地方，如处于高楼 大厦之间的街区峡谷的地点，或处在多载频区域的地点等。 选取测试点时应当充分考虑选择城市中的特别重要场所，如高级旅馆饭店、 火车站、商务酒店等，对于中小城市来说，三星级的饭店就属于重要的场所， 因此应将三星级酒店等列为必选测试点。特大城市测试地点一般至少取6 0 个位 置；大型城市一般至少取4 0 个位置；中等城市一般至! 少取3 0 个位置；一般城 市一般至少取2 0 个位置。 2 2 2 3 测试的主要指标 在进行无线通信网络性能测试时，一般情况下只会涉及覆盖率测试、电路 域业务测试及分组域业务测试。 覆盖率计算一般有两个定义： 覆盖率= ( 满- 4 4 - 足门限的采样点数采样总点数) 1 0 0 ( 里程) 覆盖率= ( 满足门限的里程数n 试路段总里程数) 1 0 0 门限一般是依据不同业务及要求设定的，且不同无线网络制式的计算标准 也不同。如g s m 常用的门限标准为r x l e v 一9 0 d b m ，w c d m a 的门限标准为 e c i o 一1 6 d b 且e c - 1 1 0 d b m ，t d s c d m a 的门限标准为r s c p - 9 5 d b m 且c i 一3 d b m 。 c s 域业务测试主要记录起呼成功次数、被呼成功次数、失败次数、掉话次 数等数据，评估项目主要包括接通成功率、掉话率、质差通话率和平均呼叫延 时等。相应的计算公式如下： 呼叫成功率= ( 呼叫成功次数总的呼叫次数) 【0 0 语音掉话率= ( 语音掉话次数总呼叫次数) 1 0 0 质差通话率= ( 质差通话次数接通总次数) 1 0 0 平均呼叫延时= e ( 主叫终端收到c n 直传a 1 i e r t i n g 信令时间一主叫终端 开始呼叫时间r r cc o n n e c tr e q u e s t ) e 终端呼叫次数 p s 域业务测试主要记录p d p 业务执行时上下文激活成功数、通信中断次数、 上下行传输速率等数据，评估项目主要包括附着成：功率、上下文激活成功率、 1 0 第二章背景知识 上下文平均激活时间、通信中断率、下行平均传输速率、上行平均传输速率。 相应的计算公式如下所示： 附着成功率= ( 附着成功次数发起p s 域附着总次数) 1 0 0 p d p 上下文激活成功率= ( p d p 上下文激活成功次数发起p d p 上下文激 活的总次数) 1 0 0 p d p 上下文平均激活时间= ef u e 接收到“d r ( a c t i v ep d pc o n t e x t a c c e p t ) 信令时问一u e 发起“d t ( a c t i v ep d pc o n t e x tr e q u e s t ) ”信令时间1 终端呼叫次数 通信中断率= ( 由于异常原因发生通信中断的次数p d p 上下文成功激活的 总次数) 1 0 0 第三节w c d m a 系统 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 u n i c a t i o ns y s t e m s ) 是 采用w c d m a 技术的第三代移动通信系统，它是基于g s m 系统演进而来的， 其网络结构功能结构与g s m 网络相一致，分为无线接入子系统、核心网络子系 统和操作维护子系统【1 5 。u m t s 系统也被成为w c d m a 。系统，作为一种现代电 信系统，它支持的功能特性比g s m 系统有所增强，并且发展方向是逐步递进地 向i p 网络演进。以下将对u m t s 网络结构和其遵循的仂、议规范做简要的介绍。 2 3 1u m t s 的网络结构 u m t s 系统结构与原有g s m 无线通信系统十分相似，u m t s 系统主要由核 心网( c n ) 、无线接入网( u t r n ) 和用户设备( u e ，u s e re q u i p m e n t ) 三部分 组成。核心网与无线接入网的接口定义为i u 接口，无线接入网与终端设备的通 信接口定义为u u 接口，如图2 4 所示。系统中所有与无线通信相关的功能全部 由u t r n 实现管理，核心网主要处理整个系统中所有的语音呼叫和传输连接。 c n 从逻辑上分为电路交换域( c s d ，c i r c u i ts w i t c h e dd o m a i n ) 和分组交换域 ( p s d 。p a c k e ts w i t c h e dd o m a i n ) 。 第二章背景知识 受 到罩d o m a i n ； 墨剥鼎n 叠 l u p s b e d o l l l i a i n u t f 蠛n - 1 繁 _ i - i 0in o 帕b k f r n c n o d e b i ll 、 + i m r z ， n o d e b 1 刻r n c 毕 n o d e b 吲 i ! l u b 焉r 图2 4 u m t s 系统结构 1 u e u e 指用户使用的终端设备，它通过u u 接口与无线通信网络进行交互，为 用户提供的业务功能可以分为电路域和分组域两个类别，包括普通语音、数据 通信、移动多媒体、i n t e m e t 应用( 如e m a i l 、w w w 浏览、f t p 等) 。u e 包括 m e ( m o b i l ee q u i p m e n t ) 和u s i m ( u n i v e r s a ls u b s c f i b e ri d e n t i t ym o d u l e ) 两 部分，u e 提供应用和服务，u s i m 提供用户身份识别。 目前的3 g p p 协议中包含了两种u e 工作模式：空闲模式和连接模式。 u e 启动后，就进入空闲工作模式，直到它向网络请求建立一条r r c 连接 为止，该状态下使用非接入层标识来标识一个u e 主要信息包含i m s i 、t m s i 及p t m s i 等。 u e 通过建立r r c 连接，可以进入连接工作模式，此时的r r c 连接存在于终 端和无线网络控制器之间【1 6 】，无线网络控制器会为u e 分配一个无线网络临时标 识( u r n t i 或c r n t i ) ，用于在公共传输信道上标识u e 。当r r c 连接被释放 或r r c 连接发生错误时，终端连接工作模式结束，重新进入空闲工作模式。 小区广播消息在空闲模式和连接模式下工作的用户终端都可以接收到。 2 u t r a n u t r a n ( 陆地无线接入网) 主要由网络中基站( n o d e b ) 和无线网络控制 器( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 组成，u t r a n 的网络结构如图1 5 所示。可以看 出u t r a n 是由许多无线网络子系统( r n s ) 组成的，它们与核心网进行连接通 过i u 接口实现，相互之间连接可以通过i u r 接口实现，。一个r n s 由r n c 设备 1 2 簸了e蕊嚣。哐 i ： ， 、u 第二苹背景知识 通过i u b 接口连接一个或多个n o d eb 设备组成的系统。 3 c n c n ，即核心网络，在w c d m a 系统中，不同协议版本的核心网络设备有所 区别。核心网络的主要工作包括与其他网络的连接以及对终端设备的信息交互 和数据管理。r 9 9 具有和g s m 系统相同的核心网络结构；r 4 系统中电路域核 心网络部分做了改进，将信令传送和语音传送通路相：分离，并采用不同的功能 单元予以实现；r 5 体系中核心网部分引入了i m s 实体，无线部分可以提供 h s d p a 等增强功能；r 6 体系结构中进一步增强了核心网络部分的q o s 管理等 功能，并支持h s u p a 等无线增强技术；未来r 7 和l t e 等体系结构将进一步完 善无线和核心网络的功能，向全i p 和多业务融合的方向发展。 2 3 2u t r a n 系统接口及协议 在u m t s 通信系统中u t r a n 的接口包含i u b 、i u r 、i u 、u u 几类，i u b 、i u r 、 i u 、u u 都为标准的接口【1 7 】，不同通信设备供应商提供的设备都可以连接使用。 习惯上将i u b 、i u r 、i u 三个接口统称为u t r a n 的地面接口。 由于r n c 与核心网连接的设备情况不同，i u 接口又可以分i u c s 接口、i u p s 接口和i u b c ，其中i u c s 为r n c 和m s c 之间的接口，i u p s 为r n c 和s g s n 之间的接口，i u b c 为r n c 和c b c 之间的接口。 2 3 2 1u u 接口及协议 u u 接口为u e ( u s e re q u i p m e n t ) 与u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s n e t w o r k ) 之间的接口，是u m t s 系统的空中接口，也；是最重要的接口，一般可 从逻辑上划分为三个协议层【1 8 ：物理层( 层1 ) 、数据链路层( 层2 ) 和网络层 ( 层3 ) ，如图2 5 所示： 1 3 第二章背景知识 ，。砖砷徽 r 一一 l b | 耐；e 厕e 日$ l 翻琳 。、。毒e 箍争啐。、， 一 u u 摹啪埘嚣r v o 赫弘女缃似谢 沾麟弘毪骱熟榔渤n 图2 5u u 接1 ：1 协议栈规范 层1 主要提供无线物理通道作用，用于上层业务进行数据传输，具体功能 主要由n o d e b 实现。 层2 可以进一步分为接入层m a c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) 、无线链路子 层r l c ( m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) 、分组数据汇聚协议层p d c p ( p a c k e td a t a c o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 ) 和广播多点传送控制层b m c ( b r o a d c a s t m u l t i c a s t c o n t r 0 1 ) 。 层3 包含了接入层中的r r c ( r a d i or e s o u r c ec o n t r o l ，无线资源控制) 子 层和非接入层的m m ( m o b i l i t ym a n a g e m e n t ，移动性管理) 和c c ( c a l lc o n t r o l ， 呼叫控制) 。 层2 和层3 中的r r c 子层由无线网络控制器具体实现。 u u 接口各协议规范如图2 6 所示。 1 4 繇 眩 c 嗍 比 攥 剽 翁 澈 3 婚恻 嚣 2 2 t 划蝴 k 0 l 鱼 纛黼鬻，戮兰一 第二章背景知识 e 妙肆哗 厂1 滋舔焉溺磊一一1 d u p 配越o 排a 蝴d 3 打e 喀l 图2 6u u 接口协议 2 3 2 2i u b 接口 i u b 接口是n o d e b 和r n c 之间的逻辑接口，其逻辑结构从水平方向上看包 括无线网络层和传输网络层，从垂直方向上看可以划分为无线网络控制层、传 输网络控制层和用户层 19 1 。i u b 使用的协议栈的结构如图2 7 所示。 1 5 第二章背景知识 r a d i o n e t w o r k l a y e r t r a n s p o r t l a y e r 刚on e t w o r k c x 玳l r o lp l a n e t r a n s p o r t n e t w o r k c o n t r o lp l a n e u s e rp l a n e 力 l z 一 。 一 一 删 n o d e b o o _ 口 口 ：力 恻 0 a p p l i c a t i o np a r t 士 oe i 。oon n n ( n b a p ) 叫 z工 士 nnz 士 勺 哪7 1zzq 1 q _ 口 c 口 叼一口勺 _ 口 - 口 - 口 ! a l c a p q2 6 3 n 2 q 2 1 5 0 2 s s a l l 】n is s c f - u n i u d p s s c o p s c t p s s c d p a 心i p从l5 a 址 口 a 1 1 d a l 柚：l a 3 m r “i ma 1 m 西i a i j n kl z 帽 p h y s i c a ll a y e r 图2 7i u b 接口协议组成 i u b 接口使用技术规范如图2 8 所示。 r a a i on 融、撕浅u 8 e rp 汹髓 i 舒 l c o r l t r o tp l a t t e ： 备日d 蟑甜e dc o 抻抻哪 n e t w o t k n 秘a p e j n e beh ，h t i t t s2 5 4 3 3 t s2 5 4 2 7t s 2 鬟4 3 5 l a * , e r t r 耥8 # o n 糖l 蝌0 m c 0 豫洲p i a 憎 扎种$ p o 牲尊均| | 剖衲 t 伸r 瑞拈0 晤 l s 2 & 4 2 6 l a v e fm 捌衅矗e dc h 拍 l 了f 雌辨嘞 il 4 2 6 c h j n n t i gch j n e 牲取岛产t f 4 n # 口锕t lt l 扑o 8 t f | n 9 “t 1 s 2 簟4 3 2 i _ c 赢黧基鬈臻。 l t j 燃辨哪t s2 蠹自1 s 。4 3 4 |舂螂，e ml 蝌e i s2 _ & 4 两| 2 3 2 3 i u r 接口 图2 8i u b 接口协议规范 i u r 接口是r n c 之间进行信令信息和数据流交换的接1 ：3 ，i u r 接1 3 的协议栈 结构如图2 9 所示。 第二章背景知识 r a d i o c o n t r o ip l a n ed 三i r - 两石i 矿一一 n e t w o r k l a y e r i u rd a t a r n s a ps t r e