（通信与信息系统专业论文）cdma短信中心系统性能改进的研究.pdf

摘要 摘要 c d m a 短信中心主要用于提高c d m a 网络的服务质量和网 络效率，增加c d m a 网的市场竞争力，同时通过c d m a 短信中 心大力开展短信业务，为c d m a 网络带来可观的经济收入。作为 移动c d m a 系统的重要补充，短信中心是c d m a 系统的重要组 成部分。 作为提供短信服务的短信中心( m c ) 在c d m a 网络中短信中心 作为一个独立实体存在，完成c d 】i l a 蜂窝移动通信系统用户短消息 的接收、存储和转发，保存用户相关的短消息的数据。近些年来， 人们使用短信联络已渐成习惯，尤其在重大节日期间，短信的发 送量更是成几十倍地增加，这就对c 网中短信中心的的抗负荷能 力、处理能力提出了更而的要求。 在原有的c d m a 短信中心中存在某些不足之处。业务管理器中 的队列有两个：定时消息队列和重试用户队列，对这两个队列的 操作效率较低；外存储器采用单线程、消息触发的方式，处理速 度慢；系统结构采用单模块方式，处理能力有限；仅设置了简单 的过负荷保护机制，抗负荷能力弱。由于这些问题的存在，使得 c d m a 短信中心的处理能力和运行性能都受到影响。为确保c 网能 够更好得为用户服务，从而为运营商带来更高的经济效益，需要 对原有的c d m a 短信中心系统进行改进。 在新版本的c 网短信中心中，针对上文提到的问题进行了改 进。在队列管理中引入快速索引表，将定时消息队列和重试用户 队列统一成一个消息队列；确定合适的消息业务量，以平衡内存 和效率；设定效率更高的队列插入、删除算法。增加内存数据库， 摘要 采用多线程同步处理，提高了数据库的存取效率，和业务量突发 时的系统处理能力。设定短消息网关、业务管理器、数据库等为 多模块结构，采用这种多模组网能够分担系统业务负荷，提高的 系统处理能力。选择c p u 占用率、消息等待时间等五项过负荷判 断准则，采用分级控制的过负荷控制方法，这些都可以有效地保 障系统的可靠性。 在本文中，会重点对改进的部分进行详述。 关键字：c d m a 、短信中心、队列管理、业务管理器、信令网关、 内存数据库、全用户广播 l l a b s l r a d a b s t r a c t m e s s a g ec e n t e ro fc d m ai su s e df o rj m p r o v i n gs e r v e r q u a l i t va i l dn e t w o r ke f ! f i d e n c yo fc d m an e t w o r k ，a d d i n ga b i l i t y o fm a r k e tc o m p e t i t i 彻 a i l d i n c r c a s i n g i n c o m eo fc d m a n e t w o r k m e s s a 叠ec k n t c ri sn o to n l ys u p p l y m e n tb u ta l s o a i m _ p o n a n tp a r to fc d m as v s t e m m e s s a g ec e n t e rw h i c hi su s e df o rs u p p o n i n gs h o r tm e s s a g e s e e ri sa nu n a t t a c h e de n t j t yi nc d m an e 柳o r ka n da c c o m p l j s h t a k i n go v e r 、s t o r i n ga n dt r a n s m i t t i n gu s e r s ss h o r tm e s s a g eo f c d m ac c nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns v s t e ma n ds a v et h er a l a t e d d a t a0 fu s e r s f o rr e c e n tv e a r s ，p p l ea r ea c c u s t o m e dt 0 n n e c t w i t h e a c ho t h e rb vs h o nm e s s a e e sa de s p e c i a l l vd u r i n gt h e i m p o n a n tf e s t i v a l sq u a n t i t vo fs e n ts h o nm e s s a g e sh a si n c r e a s e d m 柚vt i m e st h a tr c q u i r em e s s a g ec e m e rt oi n c f e a s ed i s p o s a l a b i l i t va n df e s i s tb u r t h e na b n i tv f o 舯e rv e r s i o nc d m am e s s a g ec e n t e rh a ds o m es h o n a 只e s t h e r ea r et w oq u e u e si ns e r v i c em a n a 肚rw h i c ha f en 砌e dt i m i n g m e s s a g eq u e u ea n dr e t r y u s e rq u e u e s e i c em a n a g e rd i d n t o p e r a t et h et w oq u e u e se f ! f i c i e n t e x t e n a ls t o r a g eu s e ds i n 譬l e t h r e a da n dm e s s a g et r i g g e r t h a tm a d ed i s p o s em e s s a g et os p e e d d o w n t h es y s t e mc o n f i g l l r a t i o no fm ci ss i n d em o d u l et h a t m a d et r a n s a c tl i m i t e d l v t h ep r o t e c t i v et e c l l n i q u eo fo v e r l o a di s t o os i m p l et or e s i s to v e r l o a d t h ed i s p o s a la b i l i t va n df i l n c t i o c a p a b i l i t yo fc d m am e s s a g ec e n t e rw a si n f l u e n c e db vt h e s e e x i s t e dp f o b l e m s i l lo r d et om a k ec d m am e s s a g ec e n t e rp r o v i d e b e t t c rs e r v i c ef o ru s e r sw h i c hc a i lb f i n gh i g he c o n o m i cb e n e f i t ， f o m l e rv e r s i o nc d m am e s s a ec e n t e fn e e dt ob ea m e l i o r a t e d n e wv e r s i o nc d m am e s s a g ec e n t e rh a s姗e l i o r a t e d p r o b l e m sm e n t i o n e di na b o v ep a f a g r a g h s f a s “n d e xt a b l cj su s e d m q u e u em a l l a g ca i l dt m l n gm e s s a g eq u e u ea n dr c t r yu s e rq u e u e a r ec o m b i n e dt oo n eq u e u ea n dp r o p e rq u a n t i t yo fs h o nm e s s a 聆 i sc o n e n i l e da n d 盯j t l l l l l e t i c so fd e l e t i n ga n di n s e n i n gm e s s a g e 仃o mt h eq u e u ea r ea l s 0m a d e c o n f i g u r a t i o no fe x c e s s i v em o d u l e w h i c hc 卸p a r t i c i p a t es e n r i c el o a da n di m p m v ed i s p o s a la b i l i t vo f s y s t e ma r eu s e di ns h o nm e s s a g es i n g a lg a t e w a y 、s e e rm a n a g e r a n dd a i a b a s ee t c t h e r ea r ef i v en l l e so fo v e r l o a di u d g e m e t ，f o r e x a m p l e ，c p uo c c i l p a n c vr a t e a i l dm e s s a g ew a i t i n gt i m ea n d m e u l o do fo v e r l o a do o n t r o lt h a ti sc l a s s i f i c a t o r i l vc o n t r 0 1 、v h i c h c a ne n s u r er e l j a b i l i t vo fm cs v s t e m i n t h i sp a p e r ，a m e l i o r a t e dp a n so fc d m am e s s a g ec e n t e r i a b s h a c l w i l lb ee x p a t i a t e di nd e t a i l k e y w o r d s ： c d m a 、m e s s a g ec c n t e f 、q u e u em a n a g c 、s e r v i c em a n a g e 、 s i n g a lg a t e w a ”m e m o r yd a t a b a s e 、u b c i v 北京交通大学硕j i 学位论义 第一章绪论 第一章绪论 随着社会的进步，我国经济的高速发展，信息已在社会各行 各业中起着举足轻重的作用。而随着信息时代的到来，人们对通 信的质量和系统的灵活性要求越来越高。在任何时间、任何地点、 和任何个人实现多媒体通信，成了人们最热切的追求。由于c d m a 技术以其“容量大、抗干扰性强、系统设计相对简单”的技术优 势得到电信运营商的广泛支持，更以其“辐射小、话音清晰、保 密性强”的高服务质量得到广大移动用户的青睐，而使c d m 技术 从军转民用后即以飞快的速度发展。根据有关电信分析专家分析， 在未来的几年内，c d m a 将高速地迅猛发展。而随着时间的推移， 用户对r 益增长的快速数据传输、宽带的视音频多媒体业务的要 求，以c d 撇技术为基础的第三代蜂窝移动通信系统，必将为电信 运营商创造新的业务增长点。从各个方面来看，c d 鼢技术都具有 广泛的市场前景。 s m s ( s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c e ) ，短信业务，即可以通过手 机等移动设备发送文本型短信。s m s 采用存储转发机制。s m s 传送 数据包的工作由移动网络中的短信中心而不是终端用户来完成， 如果用户不在服务区内，短信就被存储在短信中心，等用户出现 之后再转发给他。另外采用传递确认机制。s m s 可以在手机内建 立一段文字后再发送给朋友，简单方便易用，s m s 以简单方便的 使用功能受到大众的欢迎。 s m s 这个术语最早在8 0 年代初期出现，但一直到了9 0 年代 北京交通大学硕j 学位论文第一章绪论 初爿开始进入商用市场，并且一直到1 9 9 9 年，该业务才在世界各 国迅速蔓延，并有持续爆炸性的增长趋势。 作为提供短信服务的短信中心系统( m c ，下文或简称称短信 中心) 在c 喇a 网络中占有重要位置，在c d l i i a 网络中短信中心作 为一个独立实体存在，完成c d m a 蜂窝移动通信系统用户短消息的 接收、存储和转发，保存用户相关的短消息的数据。近些年来， 人们使用短信联络已渐成习惯，尤其在重大节日期间，短信的发 送量更是成几十地增加，这就对c 网中短信中心的的抗负荷能力、 处理能力提出了更高的要求。 在原有的c d m a 短信中心中，业务管理器中的队列有两个：定 时消息队列和重试用户队列，对这两个队列的操作效率较低；外 存储器采用单线程、消息触发的方式，处理速度慢；系统结构采 用单模块方式，处理能力有限；仅设置了简单的过负荷保护机制， 抗负荷能力弱。由于这些问题的存在，使得c d m a 短信中心的处理 能力和运行性能都受到影响。为确保c 网能够更好得为用户服务， 从而为运营商带来更高的经济效益，需要对原有的c d m a 短信中心 系统进行改进。 在新版本的c 网短信中心中，针对队列管理，引入快速索引 表，将定时消息队列和重试用户队列统一成一个消息队列；确定 合适的消息业务量，以平衡内存和效率：设定效率更高的队列插 入、删除算法。增加内存数据库，采用多线程同步处理，提高了 数据库的存取效率，和业务量突发时的系统处理能力。设定短消 息网关、业务管理器、数据库等为多模块结构，采用这种多模组 网能够分担系统业务负荷，提高的系统处理能力。选择cp u 占 用率、消息等待时间等五项过负荷判断准则，采用分级控制的过 2 北京交通大学硕士学位论文 第一章绪论 负荷控制方法，这些都可以有效地保障系统的可靠性。 在本文接下来的内容中除了介绍c d m a 网络短信中心的基本 原理外，将主要对现有短信中心存在的问题进行分析，并提出有 效的改进方案。 北京交通人学硕上学位论文 第二章c d m a 原理概述 第二章c d m a 原理概述 2 1 无线蜂窝移动通信的发展过程 无线通信的历史可以追溯到1 8 9 8 年发送第一份无线电报之 时，而投入使用的历史可以追溯到2 0 世纪2 0 年代美国底特律州 公安系统使用的警车无线通信，真正投入商用的无线通信系统可 以追溯到2 0 世纪4 0 年代美国贝尔实验室进行的商用移动无线通 信系统的实验和6 0 年代推出的一种称为改进型移动电话业务的 新型移动电话系统。但当时由于技术的相对落后，移动通信没有 能得到广泛的应用。而由于近2 0 年来大规模集成电路技术、无线 通信技术以及计算机技术的兴起，才使移动通信实用化得到了飞 速的发展。 实际上，无线移动通信技术基本上是围绕开辟新的移动通信 频段、合理有效地利用频率资源和移动台的小型化、轻便化、多 功能化为中心而发展的。从7 0 年代初提出“蜂窝”理论开始，蜂 窝移动通信得到了广泛地应用。从理论上，蜂窝系统的本质是： 在不同的地理位置可重复使用无线电信道，即频分复用。将服务 区分割成一个个抽象的六边形蜂窝状小区，两个不相邻的小区可 以使用相同的频率，小区的大小取决于用户密度，因而大大提高 了频谱利用率，从而有效地提高了系统的容量。同时，由于微电 子技术、计算机技术、通信网络技术、信号编码技术及其数字信 号处理技术的发展，移动通信在交换、信令网络体制和无线调制 编码技术等方面都有了长足的发展，从而使蜂窝移动通信系统经 历了从模拟到数字、从频分( f d m a ) 到时分( t d m a ) 、码分 4 北京交通大学顿 ：学位论文 第一二章c d m a 隙理概述 ( c d m a ) 的变化；从第1 代蜂窝移动通信系统到第3 代蜂窝移 动通信系统的演迸。下面首先对这三代蜂窝移动通信系统的发展 作简单的回顾，然后对相关的系统技术原理及其特点进行一一介 绍。 2 1 1 第一代蜂窝移动通信系统 7 0 年代末，产生了以f d m a 和模拟调制( f m ) 为特征的第 一代蜂窝移动通信系统，开创了蜂窝移动通信系统商用化的先锋。 这一阶段主要的制式有英国的1 1 a c s 、美国的a m p s 和北欧的 n m t 。这一阶段的特征表现为：频率利用率低、容量小、无统一 的国际标准、设备相当复杂、费用较贵、需要一定的保护频带、 无十分有效抗干扰抗衰减的措施、话音质量不高、安全性差等缺 陷，并且用户数受到一定的限制，无法承担非语音业务和数字通 信业务，随着业务的发展，己无法满足市场的需求。并且在传输 系统中，话音传输采用模拟方式、网关信令采用数字方式，从而 导致网络管理得不到有效的控制。 2 1 2 第二代蜂窝移动通信系统 8 0 年代中期，产生了以1 r i ) m a 、c d m a 和数字调制( q p s k 、 n 4 q p s k 、g m s k ) 为特征的第二代蜂窝移动通信系统。这一 阶段主要的制式有欧洲的g s m 、美国的d a m p s 和美国 q u a l c o m m 公司提出的c d m a 系统。当时由于c d m a 中的一些 关键技术没有篚褥到很好地解决，丽使c d m a 技术发展相对缓 慢。而g s m 系统由于采用当时成熟的t d m a 技术，提高了频谱 的利用率，较好地解决了模拟系统的不足，从而得到世界电信运 营商和设备制造商的广泛支持，建立了世界统一的g s m 系统标 5 北京交通大学硕上学位论文 第二章c d m a 原理概述 准。然而，这种系统也正出于采用的是t d m a 方式，抗干扰抗衰 减的能力仍然不尽如意，需要一定的保护时隙，系统容量仍然满 足不了用户同益增长的需要。况且，这种系统设计也很复杂，频 率利用率不是很高，越区切换采用硬切换，容易产生掉话现象， 更无法满足用户日益增长的快速数据传输、宽带的视音频多媒体 业务的要求。 而c d m a 技术由于其采用了多项关键技术，具有诸多独特的 性能，从而大幅度地提高了系统的容量( 据相关分析：系统容量 是f d m a 的1 0 倍，t d m a 的4 倍以上) ，并且不需保护频带与 时隙。c d m a 技术本身又为软切换及软容量的实现提供了基础， 况且c d m a 系统中的频率划分变得相对简单，抗干扰和抗衰减的 能力也较前两者好。总而言之，c d m a 蜂窝移动通信系统的整体 性能均优于目前所有的蜂窝移动通信系统。 由于c d m a 存在诸多以上所述诸多优点，更由于q u a l m m 公司解决了其中的一些关键技术，从而受到了世界电信业的广泛 关注，认为c d m a 是未来无线技术发展最具潜力的一项通信技 术，而使其成为数字蜂窝移动通信系统中的佼佼者。c d m a 的发 展是一个渐进的过程，目前市场商用的产品基本上都是基于 l s - 9 5 a 的窄带n c d m a 技术。在现有窄带n c d m a 的基础上， 实现低成本、高质量、互联互通、支持i p 和数据业务，实现无线 智能网( w 烈) 业务，向用户提供方便、有效的通信服务，是目 前c d m a 发展的方向。从通信技术和人们的需求来看，未来的无 线通信世界将是一个宽带、综合、数据、多媒体网络。宽带c d m a 技术将是支撑这个网络的重要支柱。 6 北京交通大学硕上学位论文 第二章c d m a 原理概述 2 1 3 第三代蜂窝移动通信系统简介 第三代移动通信系统3 r dg e n e r a t i o n3 g 国际电联也称 l m t - 2 0 0 0( i n t e r n a t i o n a lm o b i l e t c l e c o m m u n i c a t i o n si nt h ey e a r 2 0 0 0 ) 欧洲的电信业巨头们则称其为u m t s 通用移动通信系统 它能够将语音通信和多媒体通信相结合其可能的增值服务将包括 图像音乐网页浏览视频会议以及其他一些信息服务3 g 意味着全 球适用的标准新型业务更大的覆盖面以及更多的频谱资源以支持 更多用户。 3 g 系统与现有的2 g 系统有根本的不同3 g 系统采用 c d m a 技术和分组交换技术而不是2 g 系统通常采用的t d m a 技术和电路交换技术在电路交换的传输模式下无论通话双方是否 说话线路在接通期间保持开通并占用带宽与现在的2 g 系统相比 3 g 将支持更多的用户实现更高的传输速率。 3 g 的无线传输技术r t t 有以下需求： 信息传输速率： 1 4 4k b p s 高速运动 3 8 4 k b d s步行运动 2 m b p s室内运动 根据带宽需求实现的可变比特速率信息传递； 一个连接中可以同时支持具有不同q o s 要求的业务： 满足不同业务的延时要求( 从实时要求的语音业务到尽力而 为的数据业务) 。 第三代蜂窝移动通信系统具有3 大特点： 北京交通大学硪上学位论文 第二章c d m a 绦理概述 无缝的全球漫游； 高速传输，其中：高速移动环境：1 4 4 k b i t s ；步行慢速移 动环境：3 8 4 k b i 帕：室内静止环境：2 m b i “s ： 无缝业务传递，即在固定网、移动网和卫星网业务均能 互通。 3 g 的技术基础是以i p 技术为承载，实现端到端的l p ，在此 基础上提供多种业务的多媒体通信系统。虽然由于不同技术、政 治和商业和益驱动影响了3 g 的发展以及标准的制定，迄今为止， 提出3 g 商用标准有w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 以及t d s c d m a 等。然而无论是那一种标准，其信号传输方式的基础都是c d m a 。 下面对3 g 系统结构作一简单的描述。 系统纵向层次 ( 1 ) 承载层 位于最底层是承载层。以i p 技术为核心的承载层负责传输、 路由上层应用的所有数据，包括话音、数据、视频等。未来的作 为第三代蜂窝移动通信系统的基石i p 协议应该在安全性、效率、 地址空间等诸多方面中有重大的改进，应该能够提供端到端的 o o s 保证，可以使用多种传输机制，如：i p 0 v e r a t m ，i p o v e r s d h ， i po v e rd w d m 等。高速、高效、灵活将是其主要特征。 ( 2 ) 交换层 第二层是交换层。在本层，放置着多个功能专一的服务器， 每个服务器完成某一项特定的功能。如：c s c f ，呼叫状态呼叫控 制服务器负责呼叫的建立、维护和拆除；队d i u s 服务器负责用 户身份的鉴权；h s s ，归属用户服务器，负责保存拥护的各种签 8 北京交通大学硕十学位论文 第二章c d m a 原理概述 约、位置信息，参与移动性管理等；视频点播服务器负责提供视 频点播服务。各种应用服务器互相配合可以提供一些基本的服务。 如c s c f 服务器同其他实体配合，可以提供基本的话音服务等。 ( 3 ) 应用层 最高层为应用层，相当于智能网中s c p 层。该层的功能实体 同交换层的各功能服务器互相配合，控制用户呼叫的接续的流程， 快速生成各种新兴的业务，满足用户的需求。 系统横向层次 ( 1 ) 3 g 移动台 3 g 移动台应该全面支持i p 协议以及i p 协议上的各种应用， 如w e b 浏览、视频点播等。是未来的个人办公、娱乐中心。 ( 2 ) 全i p 的无线访问网络 3 g 的气n 系统全面支持高速分组业务，可以透明传递腰数 据。m n 还负责用户的无线资源分配、维护、拆除等无线资源管 理，与其他实体配合完成移动性管理。 ( 3 ) 全1 p 的核心网 核心网负责用户的呼叫控制、多媒体数据流的传输、路由等， 为用户提供丰富多彩的多媒体业务。3 g 的核心网通过各种媒体网 关和其他网络相连。如通过信令、传输网关和p s t n 相连；通过 p d s n 和叮目t n e t 相连；通过漫游网关和传统的第二代网络相 连接。 2 2c d m a 无线传输系统概念 2 2 1 无线多址通信 众所周知，在无线通信环境的电波覆盖区，如何建立网内用 户间的信道的连接，是任何一个传输系统考虑的首要问题。实际 9 北京交通大学硕上学位论义 帮二章c d m a 矩理概述 上，该问题的本质是一个多址移动通信问题。目前使用的无线多 址方式有：模拟系统中的f d m a 、数字系统中的t d 姒和c d m a 。实 现多址连接的理论基础是信号分割技术，即在发送端进行恰当的 信号设计，使各站所发射的信号有所差异；在收端有信号识别能 力，能从混合信号中分离选择出相应的信号。 当以传输函数的载波频率的不同划分来建立多址移动通信 时，称为频分多址( f d 姒) 方式；当以传输信号存在的时间不同 来建立多址移动通信时，称为时分多址( t d m a ) 方式；当以传输 信号的码型不同来建立多址移动通信时，称为码分多址( c d m a ) 方式。图2 一1 分别给出了f d m a 、t d m a 、c d m a 传输过程中的时域和 频域示意图。 辨辨渺9 f d m at d m a c d m a 图2 - 1f d m a 、t d m a 、c d m a 时域和频域示意图 2 2 。2c d m a 概念 所谓c d m a ，即是在发送端使用各不相同的、相互( 准) f 交的伪随机地址码调制其所发送的信号；在收端则采用同样的伪 随机地址码从混合信号中解调检测出相应的信号。 2 2 3 扩频通信概念 c d m a 传输系统中采用了扩频技术。所谓扩频技术，即是将原 始信号的带宽变换为比原始带宽宽的多的传输信号，以来达到提 1 0 北京交通大学硕十学位论文第二章c d m a 原理概述 高通信系统的抗干扰目的。其数学模型即为信息论中的香农 ( s h a n o n ) 公式，即：在白噪声干扰的条件下，信道容量 c = b l o ( 1 + s n ) 其中：b 一信道带宽s 一信号平均功率 n 一噪声平均功率c _ 一信道容量 从上面的公式中可以看出：当s n 减小时，只要增大带宽b ， 同样可以在不降低系统容量的情况下达到高质量的通信目的。 2 2 4c d m a 的技术特点 c d m a 传输系统中采用了扩频技术。所谓扩频技术，即是将原 始信号的带宽变换为比原始带宽宽的多的传输信号，以来达到提 高通信系统的抗干扰目的。其数学模型即为信息论中的香农 ( s h a n o n ) 公式，即：在白噪声干扰的条件下，信道容量 c = b l o ( 1 + s n ) 其中：b 一信道带宽s 一信号平均功率 n 一噪声平均功率c l 信道容量 从上面的公式中可以看出：当s 小减小时，只要增大带宽b ， 同样可以在不降低系统容量的情况下达到高质量的通信目的。 2 2 5c d l i a 传输系统原理 2 2 5 1c d m a 无线传输系统结构 在c d m a 通信系统中，伪随机地址码为自相关性很强而互相 关性为0 或很小的周期性码序列。根据信号的调制方式不同，可 分为d s c d m a 系统、m c c d m a 系统和t d c d m a 系统。 北京交通人学硕j ：学位论文 第二章a ) m a 原理概述 对于d s c d m a 系统，也就是通常所说的直扩码分多址系统， 即是在发送端使用特定的扩频码对原始信号在时域内进行扩频， 在接收端则利用相同的扩频码对信号进行解码，最后得到所需的 有用信号；对于m c c d m a 系统，也就是多载波码分多址系统， 即是在发送端使用特定的扩频码对原始信号在频域内进行扩频， 在接收端，采用同样的方法对其进行解扩而得到所需的有用信号。 由于m c c d m a 系统是在频域内进行，因此在发送端须采用快速 傅立叶( h 叮) 变换技术，而在接收端则采用反向傅立叶( i h 叩) 变换技术。t d s c d m a 是中文含义为时分同步码分多址接入， 它的设计参照了t d d 在不成对的频带上的时域模式。t d d 模式 是基于在无线信道时域里的周期地重复t d m a 帧结构实现的。这 个帧结构被再分为几个时隙，在t d d 模式下，可以方便地实现 上下行链路间的灵活切换。 2 2 5 2c d m a 无线传输系统通信标准 c d m a 过程采用的主要标准如下： 无论是正向还是反向，都要首先对信号进行预编码处理， 其对应的接收过程即要进行相应的解码处理； 传输方式采用频分双工( f d d ) 方式； 话音编码采用q l l a l 0 0 m n 变速率码本激励线形预测编码 ( q c e l p ) 方式； 信道纠错采用卷积编码和分组交织相结合方式； j 下向调制采用q p s k ，反向调制采用n 4 q p s k ； 扩频信号速率为1 2 2 8 8 m b i l s ； 1 2 北京交通大学顾十学位论文 第二章c d m a 原埋概述 使用频段：8 2 4 8 4 9 m h z ( 反向信道基站收信) 、 8 6 9 8 9 4 m h z ( f 向信道基站发信) ； 载波间隔：1 2 5 m h z 。 北京交通人学硕士学位论文第兰章c d m a 移动通信系统回络结辆 第三章c d m a 移动通信系统网络结构 3 1c d m a 蜂窝移动通信系统网络结构图 c d m a 蜂窝移动通信系统网络结构图见图3 一l 所示。 m s l u m b t s a b l s m s cp s t n i s d n p s 删 v l r 图3 1c d m a 蜂窝移动通信系统网络结构图 其中： m s c m o b i l es w i t c hc e n t e r 移动交换中心 v u tv i s i t o rl 0 c a t i o nr c g i s t c r 拜访位置寄存器 h l rh o m el o c a t i o nr e 舀s t e r 归属位置寄存器 s s ps e r v i c es w i t c hp o j n t 业务交换点 a u c a u t h o r i z a t i o nc e n t e f 鉴权中心 p s t np u b l i cs w i t c h e dt e l e p b 舳en e 御o r k 公用电话交换网 i s d n i l l t e g r a t e ds e i c ed i 西t a ln e t w q r k综合业务数字网 p s p d np a c k e ts e i c ep u b l i cd i 舀t a ln e t w o f k 分组交换公用数字网 m cs h o nm e s s a g ec e n t r e 短信中心 s m e s h o nm e s s a g ee n t i t y 短消息实体 b t sb a s et r a s m i t t e rs t a l i o n 基站收发信台 b s cb a s es t a t j o nc 0 n t m l l e r 基站控制器 b sb a s es t a t j o n 基站 m s m o b i l es t a t i o n 移动台 1 4 m卜卜i峨i|l删ijiimii觚 窖 北京交通大学硕十学位论文 第三章c d m a 移动通信系统网络结构 3 2 网络实体简介 夺基站子系统( b s s ) 基站子系统是对服务于一个或几个蜂窝小区的无线设备及无 线信道控制设备的总称。b s s 一般包括一个或多个基站控制器 ( b s c ) 及基站收发信台( b t s ) 。 夺移动交换中心( m s c ) m s c 是完成对位于其服务区域内移动台进行控制、交换的 功能实体，也是c d m a 网与其他公用交换网或其他m s c 间用户话 务的自动接续设备。m s c 是c d m a 蜂窝移动通信系统的核心，它 与有线交换机的不同在于：m s c 必须考虑无线资源的分配和用户 的移动特性，且至少必须做以下处理： ( 1 )位置登记处理 ( 2 ) 切换处理 夺移动关口局( g m s c ) 如果一个非c d m a 网络用户呼叫c d m a 用户，该呼叫会首先 路由到一个m s c ，由该m s c 查询相应的h u t ，并将呼叫路由至被 叫所在的m s c 。这种m s c 称为网关m s c ，选择哪些m s c 作为 g m s c 由网络运营商决定。 夺拜访位置寄存器( v i 丑) 拜访位置寄存器负责存储和更新漫游到该v l r 服务区域的移 动台的用户数据，v l r 一般与m s c 合设。当移动台进入新位置 区，m s c 将通知v i 且，由v l r 向h l r 发起登记处理以更新用 户位置信息。v u t 还在数据库中存储呼叫建立所必需的信息以供 m s c 检索。一个丑可负责一个或多个m s c 区域。具体有如下 信息： 北京交通人学硕上学位论文 第三章c d m a 移动通信系统网络结构 服务项目信息( p r o f i u ) 移动识别号码国际移动台标识( m i n i m s i ) 共享保密数据( 电子序列号( e s n ) 移动台鉴权数据( a u t h e n ) 移动台批准数据( a u t h o r ) 移动台临时漫游号码( t u ) n ) 移动台位置信息( l u ) 夺归属位置寄存器( h l r ) 归属位置寄存器为移动网络提供用户信息的存储和管理功 能，包括移动用户的开户、注销、业务的授权和撤消等，同时协 助完成用户的呼叫和业务操作。一个c d m a 网络根据用户数量、 设备容量及网络组织方式可以设置一个或多个h l r ，多h l r 采用 虚拟的方式实现。在h l r 中存储的用户信息包括两种信息： ( 1 ) 用户签约信息 使呼叫的路由和计费能够实现的一些位置信息( 例如：v l r 地址、 m s c 地址、本地移动台标识) ( 2 ) 在h u t 中保存和用户相关的信息 主要包括： 服务项目信息( p r o f i l e ) 移动识别号码国际移动台标识( m 删i m s i ) 共享保密数据( 电子序列号( e s n ) 移动台用户号码( m d n ) i m s 聃t i n 和m d n 通常被用于访问移动用户数据库的键 值。 h u t 中还包括移动用户的以下其它信息： 北京交通大学硕十学位论支第三章c d m a 移动通信系统列络结构 电信业务 数据业务 智能业务 短消息业务数据 服务限锘0 ( 立口：漫游限青0 ) 补充业务参数 夺鉴权中心( a u c ) 鉴权中心是一个管理与移动台相关的鉴权信息的功能实体。 完成对移动用户的鉴权，存储移动用户的鉴权参数，并能根据 m s c ，v u t 的请求产生、传送相应的鉴权参数，a u c 中的用户鉴 权参数，a u c 中的用户鉴权可以采用加密的方式存放。鉴权中心 一般与h l ，r 合设在一起。a u c 中存放的用户鉴权参数包括： 鉴权密匙( a j y ) 共享保密数据( s s d ) 移动识别号码国际移动台标识( m i n i m s i ) 鉴权算法( a a v ) 计费( c a l u n t ) 夺短信中心( m c 或s c ) c d m a 蜂窝移动通信系统中的一个独立实体，和m s c 、h l r 等其它实体配合，完成c d m a 蜂窝移动通信系统用户短消息的接 收、存储和转发，保存用户相关的短消息的数据。 夺短信实体( s m e ) 短信实体是合成及分解短消息的功能实体。 夺操作维护中心( o m c ) 1 7 北京交通大学碾上学位论文第三章c d m a 移动通信系统列络结孛句 操作维护中心为运营商提供对网络的操作和维护服务、管理 签约用户的信息、对网络进行规划，以提高系统的整体工作效率 及服务质量。根据其维护功能侧重点不同，操作维护中心可分为 o m c s 和o m c r 。对于o m c s ，主要用柬负责移动交换子系统 m s s 侧的维护工作：对于0 m c r ，主要用来负责基站子系统b s s 侧的维护工作。当然对于一个操作维护系统来讲，这两部分并不 严格区分开。实际上，从总体系统而言，整个c d m a 移动通信系 统( 包括：m s c v l r 、h i r a u c 、m c 、b s c 、b t s 等) 都应由 一个高效率的操作维护系统控制。 3 3 实体间主要接口说明 夺m s c 与b s s 间接口( a 接口) 实际上为m s c 与b s c 间的接口，采用2 m b s p c m 数字链路， 该接口有标准协议( i s 6 3 4 ，i o s 2 4 ，i o s 4 o 等) 。 a 接口主要用来传送以下信息： b s s 管理信息 呼叫处理 移动性管理信息 夺 m s c 与v l r 间接口( b 接口) 浚接口为内部接口，没有标准定义。其功能描述如下： v 1 且是漫游到相关m s c 区域的用户的位置和管理数据库。 当m s c 需要该m s c 区域的用户数据时，m s c 需从且查询； 当移动台作位置更新时，m s c 请求v l r 存储相关信息；在用户 激活补充业务时或修改数据时，m s c ( 通过v l r ) 请求h l r 存 储相关数据。该接口没有标准定义，一般采用内部接口； 1 8 ! ! 皇銮里盔兰堡兰堕堡苎 星三里! 望坠壁垫望堕墨堕塑塑丝塑 夺m s c 与h u t 问接口( c 接口) m s c 与h l r 间接口。 系统采用i s - 4 1 e 协议，该接口基于2 m b s 数字接口或6 4 k b s 接口，c 接口采用2 4 b i tn o 7 信令方式。 夺v l r 与h l r 间接口( d 接口) 系统采用i s 4 1 e 协议，基于2 m b s 数字接口或6 4 k b s 接口， d 接口采用2 4 b i tn o 7 信令方式。其功能描述如下： 该接口用来交换用户位置信息、批准信息和业务数据。移动 台主要业务功能是：须具有在服务区内发起和接受呼叫的能力。 为了支持该能力，位置寄存器需交换数据，v l r 通知h u t 用户 位置信息，且在呼叫时提供用户漫游号码。h l r 发送v l r 所需 的用户业务数据。而交换数据通常发生在用户请求特殊业务、用 户或网络运营商改变用户数据的时候。 夺m s c 与m s c 间接口( e 接口) m s c 与m s c 问接口。 系统采用i s 4 1 e 协议，基于2 m b s 数字接口或6 4 l 前后台通信 前后台通信负责短信信令网关部件和业务服务器部件以及 操作维护部件问的无差错消息传输，采用标准的t c p i p 协议，数 据链路层为以太网。 业务服务器部件上的通讯系统负责接收来自网络上其他节 点的消息，并把收到的消息提交到上层应用：同时，通讯模块把 上层应用发给其他网络节点的消息准确地发送到目的地。通讯系 统负责业务服务器部件与其他部件之间的通讯。这些部件包括短 信信令网关部件、数据库部件、操作维护部件等。 j ! 室奎望盔兰竺兰些堡兰 箜至皇! 旦坠型堕主：生竺竺苎垫 数据库部件、操作维护部件上的通讯程序为各个应用程序提 供透明的通讯服务，各个应用程序通过调用动态连接库来与通讯 程序交换信息。 主备机通信 在c d m a 移动通信系统短信中心系统中，短信信令网关部 件中的主备用m p 通过共享内存板通信。共享内存板上提供主备 用m p 均可读写的双口r a m ，出错的可能性极小，因而主备通信 的控制不采用标准链路层协议，但必须对流量和差错做适当的处 理。 5 2 4 文件系统 文件操作为进程提供读写支持。文件系统位于系统较低优先 级的任务中，它可以被其它高优先级的任务抢占，避免低速的i o 操作对系统实时响应的影响。 文件系统对多个进程的并发文件访问请求按先来先服务的原 则进行排队，实现文件操作的互斥。 文件系统实现在交换机前台网络m p 问、主备m p 间、业务 服务器咀及与后台维护网络各终端间的文件列表、文件拷贝、文 件换名、文件删除等典型的文件管理功能。 5 3 七号信令子系统 为适应各运营商环境，c d m a 系统各功能实体之间均通过标 准的七号信令网相连。h 删a u c 、m c 都通过七号信令网和 c d m a 系统的其它功能实体( m s c 、v l r ) 进行信息交互，在这 一章中，将详细介绍短信系统中的七号信令。 5 3 1 概述 短信中心系统的各个产品的共路信令处理均采用一种半固定 北京交通大学硕卜学位论文 第五章a ) m a 短信中心软件结构 接续的方式( s e m i p e m a n e n tc o n n e c t i o n ) 将信令接入交换网内。 短信中心系统的n o 7 的物理层分布在主处理机和c o m m 中 间，而链路层协议由c o m m 中的h d l c 实现，第三层网络层功能 则由主处理机和交换网实现。 以下将对七号信令作较详细的介绍。 5 3 2n o 7 基本模式 七号信令模式如图5 4 所示。 。囤囤田圆圈 t c a p l ；1 6 表示层 一l ；1 5 会请层t s p ；1 4 传辕层_ * 3 网络屠 s c c p l mtp-3 i j i - 2 数据链路层l 2l耵p2 l i i 1 物层 l