（通信与信息系统专业论文）cdma2000移动台协议软件的研究与实现.pdf

东南大学硕士论文 摘要 c d m a 2 0 0 0 是一种基于i s 一9 5 c d m a 技术发展起来的第三代移动通信系统空中接口技 术。作为第三代移动通信系统空中接口的主流技术之一，它不但能提供真正的全球性无 缝覆盖和漫游，还具有支持各类多媒体业务的能力，并且能提供较高的服务质量和频谱 利用率。 本文首先介绍了c d m a 2 0 0 0 网络的总体结构，并对其空中接口协议做了简单的介绍。 在空中接口协议中，本文详细论述了l 3 信令层的功能，总结了移动台在呼叫控制各个 状态下的处理流程，并对c d m a 2 0 0 0 所支持的部分业务选项进行了简介。 本文其次就移动台对移动性管理的支持进行了讨论，主要包括移动台身份识别、漫 游、鉴权与加密以及越区切换等内容。 最后，本文介绍了c d m a 2 0 0 0 移动台协议软件实现方法，重点分析了鉴权以及切换 功能的实现方案，探讨了协议软件的测试方法，并给出了最终的实现结果。 【关键字】c d m a 2 0 0 0 ，l 3 层信令，服务选项，鉴权，切换，协议软件 东南大学硕士论文 a b s t r a c t a so n eo ft h em a i n s t r e a ma i ri n t e r f a c es o l u t i o n sf o rt h e3 r dg e n e r a t i o nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，c d m a 2 0 0 0c a ns u p p l yr e a l 掣o b a lc o v e r i n ga n dr o a m i n g ， s u p p o r th i g hd a t ar a t em u l t i m e d i as e r v i c e ，a n dp r o v i d eh i g h e rq u a l i t yo fs e r v i c ea n d h i g h e rs p e c t r u me f f i c i e n c y i nt h i sp a p e r ，w e p r e s e n t t h ea r c h i t e c t u r eo fc d m a 2 0 0 0n e t w o r ka n dt h e h i e r a r c h y o fc d m a 2 0 0 0a i ri n t e r f a c e ，e s p e c i a l l yu p p e rl a y e rs i g n a l i n ga n dc a l lp r o c e s s i n go f m o b i l es t a t i o n f u r t h e r m o r e ，w ed i s c u s ss o m es e r v i c eo p t i o n so fc d m a 2 0 0 0 i no r d e rt or o a mi nc o m m e r c i a ln e t w o r k ，m o b i l es t a t i o ns h o u l ds u p p o r tm o b i l i t y m a n a g e m e n t ，w h i c h i n c l u d e sm o b i l es t a t i o ni d e n t i f y i n g ，r e g i s t r a t i o n ，a u t h e n t i c a t i o n ， a n dh a n d o f fe t c t h ei s s u e sm e n t i o n e da b o v ea r ed i s c u s s e da sk e y p o i n t so f t h i sp a p e r f i n a l l y w e i n t r o d u c eo u rs o l u t i o n st o i m p l e m e n tp r o t o c o l s o f t w a r ef o r c d m a 2 0 0 0m o b i l es t a t i o na n dg i v et h ee x p e r i m e n tr e p o r to fp r o t o c o ls o f t w a r e k e y w o r d s c d m a 2 0 0 0 ，s i g n a l l i n gl a y e r3 ，s e r v i c eo p t i o n ，a u t h e n t i c a t i o n ，h a n d o f f ， p r o t o c o ls o f t w a r e 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：e t 期：鱼丝尘多o f 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：日期：璺生：i ：竺 蚪 、_ ：v 一 东南大学硕士论文 第一章绪论弟一早珀1 = 匕 移动通信发展的最终目标是实现任何人可以在任何地点、任何时间与其他任 何人进行任何方式的通信。到目前为止，移动通信系统已发展到第三代。第一代 移动通信系统是采用f d m a 方式的模拟蜂窝系统，如a m p s 、t a c s 等，其缺点是容 量小，不能满足飞速发展的移动通信业务量的需要；第二代移动通信系统采用 t d m a 或c d m a 为主的数字蜂窝系统，如g s m d c s l 8 0 0 、i s 一1 3 6 、i s 一9 5 等，其容 量和功能都比模拟系统有了很大的提高，但其业务种类主要限于话音和低速数 据。随着社会的发展，人们对通信业务种类和数量需求的剧增，一种能够提供全 球漫游、支持多媒体业务且有足够容量的第三代移动通信系统就应运而生。 1 1 第三代移动通信系统概述 第三代移动通信系统的出现是与人们对更高比特率的数据业务和更高的频 谱利用率的迫切需求分不开的。国际电信联盟( i t u ) 从1 9 8 6 年开始对全球个人 通信进行研究并为未来的第三代移动通信系统确定了长期的频率需求。第三代 ( 3 g ) 移动通信系统将提供能全球接入和全球漫游的广泛业务。1 9 9 2 年，i t u 将2 g h z 波段上的2 3 0 m h z 带宽划分出来以实现i m t 一2 0 0 0 。i m t 一2 0 0 0 是一种全球 的卫星和陆地通信系统，它能提供包括声音、数据和多媒体的各种业务，。而在不 同的射频环境下质量和固定电信网一样好。i m t 一2 0 0 0 的目标是提供一个全球覆 盖的移动通信网络，使得移动终端能在多个网络之间实现无缝漫游。 图卜1i m t - - 2 0 0 0 的功能模型及接口 如图卜1 所示，i m t - 2 0 0 0 主要由四个功能子系统构成，即核心网( c n ) ，无 线接入网( r a n ) ，移动台( m t ) 和用户识别模块( u i m ) 组成。为了确定子系统 之间的标准操作，i t u 还定义了4 个标准接口，包括： 网络与网络接口( n n i ) ：用于同类或者不同类核心网络之间的连接， 这是保证网络互通和移动台漫游的关键接口。 ；。乐y；i眦 东南大学颐士论文 无线接入网与核心网之间的接口( r a n c n ) ：相当于g s m 的a 接口。 无线接口( u n i ) ：定义了移动台和相关系统基站之间的无线空中接 口。 用户识别模块和移动台之间的接口( u i m m t ) 。 1 2c d m a 2 0 0 0 系统简介 在第三代移动通信系统的研究中，各国政府组织以及各通信设备制造厂商都 提出自己的标准，目前主要包括w - c d m a 、c d m a 2 0 0 0 以及t d s c d m a 。在这 些标准中，c d m a 2 0 0 0 由于从i s 一9 5 标准演化而来，在实际的商用部署上可以实 现从i s 一9 5 网络的平滑升级，因此在北美以及亚洲得到了广泛的支持和应用。在 我国，中国联通公司在c d m a 网络一期网络中采用了增强型的i s 一9 5 a 标准， 并在2 0 0 2 年底将某些地区的网络升级为c d m a 2 0 0 0 1 x ，除开通了基本通话业务 和各种附加功能外，还开通了短消息以及移动上网等增值业务。 与i s - 9 5 系统相比，c d m a 2 0 0 0 系统具有一些新的技术特点，简要可归纳成如 下几点： 多种信道带宽； 快速前向功率控制； 前向发送分集； t u r b o 码技术； 4 辅助导频信道； 反向链路相关解调： 灵活的帧长； 改进的媒体接入控制方案。 由于使用了上述的一些新技术，c d m a 2 0 0 0 系统可以为用户提供一些新的服 务功能，比如： 新的物理层技术能支持多种传输速率和q o s 指标，每信道传输速率可达到 1 m b i t s ，每用户传输速率可达到2 m b i t s 。 新的链路接入控制( l a c ) 和媒体接入控制( 1 a c ) 协议结构可以更加有效地 使用无线资源，支持灵活的有效复用控制和o o s 管理。 新的频带和带宽选择可以满足运营商的多种需要，实现i s 一9 5 系统向 c d m a 2 0 0 0 系统的平滑过渡。 核心网协议除使用i s 一4 1 标准外，还可使用g s m - m a p 标准，以及新型的i p 骨干网标准。 东南太学硕士论文 1 3 论文的主要工作及意义 为了跟踪国际移动通信发展的最新技术，促进我国移动通信事业的发展，东 南大学移动通信国家重点实验室积极参与了第三代移动通信技术的研究，并承担 了国家“8 6 3 计划”c 3 g 项目中c d m a 2 0 0 0 的部分课题，研制了基站收发信系统 以及移动台样机，并在试验系统中进行了验证，为进一步的研究取得了宝贵的经 验。 。 随着c d m a 2 0 0 0 系统在全球以及我国逐步投入使用，研制适合商用化的 c d m a 2 0 0 0 产品已成为目前的研究重点。在此背景下，本课题将以实现c d m a 2 0 0 0 移动台在实际商用网络中的漫游为目标，研究开发c d m a 2 0 0 0 移动台协议软件。 在实验室前期的工作中，移动台协议软件的开发主要是基于试验系统的，在 接入商用系统时遇到的主要困难在于：首先，原系统对实际使用的各种业务支持 能力不够，且缺乏服务协商功能，在呼叫中不能灵活地改变以及建立业务；其次， 原有系统缺乏对移动性管理的支持，特别是鉴权功能的缺乏直接导致移动台无法 接入商用网络，另外，其切换功能也无法满足在由不同设备制造商研制的商用网 络中漫游的需要。本课题的主要任务即是对以上几个方面做出改进，研究实现适 合在商用网络中使用的移动台协议软件。 本文共分为五章，本章为第一章序论。 第二章将简要介绍c d m a 2 0 0 0 协议基本体系结构，以及主要的信令层呼叫流 程。 第三章将介绍c d m a 2 0 0 0 支持的多种业务，描述其功能，以及支持各种业务 所需要的配置。 第四章将讨论移动台在商用网络中对移动性管理的支持，包括移动台识别方 法、鉴权与加密过程以及各种切换方式。 在论文的第五章，我们还将简要讨论移动台协议软件的实现方法，研究鉴权 与加密以及切换的具体实现方案，讨论其测试方法并给出最终的实现结果。 东南大学硕士论文 第二章c d m a 2 0 0 0 空中接口协议 2 1c d m a 2 0 0 0 系统体系结构 参照国际电信联盟( r r u ) 对蹦t - 2 0 0 0 系统体系结构做出的定义，c d m a 2 0 0 0 网络采用了如图2 一l 所示的主要结构。 空中接口 图2 - 1c 枷0 0 0 网络体系结构 其中，移动台( m s ) 和基站收发信系统( b t s ) 之间的接口称为空中接口( u m ) 。 不同的基站收发信系统可能连接到同一个基站交换中心( b s c ) 之上，而多个基 站交换中心又连接到共同的移动交换中心( m s c ) 。通过移动交换中心，c d m a 2 0 0 0 网络可以和公共电话交换网络( p s t n ) 连接。通过基站交换中心或者移动交换中 心，还可以实现移动网络和数据业务节点( p d s n ) 的连接。 鉴权中心( a c ) 代表用于移动台身份验证和确认的鉴权功能实体。鉴权中心 负责管理并处理与移动台相关的鉴权信息，包括加密和鉴权密钥、用于防止网络 欺骗的鉴权或者加密算法。 归属用户寄存器( m 且) 代表为无线智能网络及控制而存储用户信息数据库 的功能实体。归属用户寄存器由无线业务提供商管理，存储有每个归属地入网的 用户原始记录，包括用户的位置信息、状态、注册服务和号码簿，具有数据库、 移动应用以及其它业务的逻辑功能。个归属用户寄存可以为多个移动交换中心 服务。 在实际使用的c d m a 2 0 0 0 商用网络中，除了上述的一些功能实体外，还存在 着其它的一些功能实体，这里就不再一一列出。在以下的章节中，我们将重点讨 论c d m a 2 0 0 0 的空中接口协议。 固 固 固 东南大学硕士论文 2 2c d m a 2 0 0 0 空中接口协议 为了规范移动台与基站之间的接口，3 g p p 2 定义了一系列的标准协议，统称 为c d m a 2 0 0 0 空中接口协议。 如图2 2 所示，c d m a 2 0 0 0 空中接口协议可以分为物理层、链路层以及信令层 三个功能内聚的层。从o s l 分层的角度来看，物理层对应与o s i 第1 层、链路层 对应于o s i 第2 层，包括信令层的上层对应于o s i 第3 层到第7 层。 r v o i c e s e r v i c e ，上 。 一( l 3 ) i d a t m c e i j 。 阿5 i u p p e rl a y e r s i g n a l i n 8 t i fl c 子屡 s i = n a l 沁l a cl i m a c 子层 l， i s r b p ll r l p lin u l l r o i ，：li m u xa n dq o s $ u b l a y e r 彳、， 弋夕 、 物理屡 p h y s i c a ll a y e r ( c o d i n ga n dm o d u l a t i o n ) + 图2 - 2空中接口协议结构 物理层主要定义了用于承载c d m a 2 0 0 0 业务的各种物理信递，包括前反向链 路的公共或者专用信道的编码解码以及调制解调的方法。物理层是整个c d m a 系统的核心和基础，它融合了c d m a 2 0 0 0 的诸多关键技术。 链路层可以分为两个子层：媒介接入控制( 凇e ) 子层以及链路接入控制( l a c ) 子层。 媒介接入控制子层的主要功能包括了两点：第一，尽力传输。由无线链路协 议( r l p ) 尽力而为的保证传输的可靠性，实现在无线链路上适度可靠的传输。 东南大学顶士论文 第二，复接以及服务质量( q o s ) 的控制。 链路接入控制子层又可以分为如下四个子层：鉴权子层、a r q 子层、地址匹 配、效用子层和s a r 子层，主要提供了保证信令可靠传输的机制。 信令层( l 3 ) 在链路层之上，实现了c d m a 2 0 0 0 的上层信令控制，并提供了 包括语音业务、数据业务等在内的多神业务，其具体的功能包括：1 ) 三层的信 令体系和三层与二层的接口。2 ) 安全和认证规范。3 ) 三层的信令控制以及应用。 4 ) 消息蛆及消息的格式。其中信令的控制和应用包括呼叫处理功能、切换功能、 鉴权与加密功能、移动性管理功能等主要部分。 2 3 信令层( l 3 ) 呼叫流程 不能接收 寻呼信道消息 未收到 寻呼响应消息 移动台上电 移动台 、 初始化状态 一 l l 素鑫藿薷 己? 移动台 空闲状态 j收到寻呼 l发起呼叫 士进行登记 、 系统接入 、 状态， 图2 - 3移动台呼叫控制流程 业务信道 停止使用 被制 动业 竖粼 一 业控 东南大学硕士论文 在c d m a 2 0 0 0 移动台中，具体的呼叫控制流程是由l 3 层信令控制的。根据协 议，呼叫流程可以分为移动台初始化状态、空闲状态、系统接入状态以及业务信 道控制状态四个子状态。呼叫流程状态如图2 3 所示。 2 3 1 移动台初始化状态 移动台在上电之后即进入初始化状态。在初始化状态中，移动台首先要判断 它要在模拟系统中工作还是在c d m a 系统中工作。如果选择模拟系统，则移动台 按模拟工作模式处理，与通常的模拟移动台工作方式类似。如果选择了c d m a 系 统，其初始化状态包括如下子状态。 上电 空闲状态 图2 - 4 移动台初始化状态 1 系统决定予状态 在系统决定子状态中，如果移动台选择在c d m a 系统中工作，则首先根据预 先决定的系统选择准则来搜索c d m a 系统。例如：可以仅选系统a ( 或b ) ( 只有 0 类波段类) ：可以优选系统a ( 或b ) ( 只有0 类波段类) ；可以仅选c d m a 系 统( 或模拟系统) ；可以优选c d m a 系统( 或模拟系统) 等等。确定了系统选择 的顺序以后，移动台就根据该顺序设置自己的参数，准备对目标系统进行搜索和 捕获。 东南大学硕士论文 2 导频信道捕获子状态 移动台在选择了c o m a 系统之后，不断地检测周围基站发来的导频信号，各 基站使用相同的导频伪随机序列，但实际相位互不相同。移动台只有改变搜索的 导频相位，即可很容易测出周围有哪些基站在发送导频信号。移动台比较这些导 频信号的强度，即可判断出自己处于那个小区之中。 3 同步信道捕获子状态 移动台根据导频信道搜索结果选择所在小区的基站，在同步信道检测并记录 下c d m a 系统的相应参数和时间信息，如系统识别号、网络识别号、导频相位偏 移值、长码状态、系统时间、寻呼信道速率等系统配置参数。 4 定时改变子状态 在定时改变子状态，移动台从获得的系统同步消息中提取时间信息，将移动 台的长码发生器状态和基站同步上，并同时改变移动台系统时间，使之与基站一 致。在定时改变子状态完成后，移动台与基站之间同步即可建立，移动台开始进 入空闲状态。 移动台初始状态的子状态如图2 - 4 所示。 2 3 2 移动台空闲状态 在空闲状态下，移动台监听寻呼信道，或前向公用控制广播控制信道，并 且处理这些信道上的消息。若丢失了所处理的寻呼信道或者前向公用控制信道 广播控制信道，移动台就进入初始状态；若移动台发起始呼或者收到需要应答或 响应的消息，移动台就进入系统接入态，并在接入信道或增强接入信道上发送消 息。 基站在广播信道上至少每隔t l b ( 1 2 8 ) 秒发送一组系统附加消息，广播信道 对应的物理信道可以是寻呼信道或者广播控制信道。处在空闲状态的移动台不断 监听着附加消息。 在寻呼信道上发送的系统附加消息有：系统参数消息( s y s t e mp a r a m e t e r s m e s s a g e ) ，接入参数消息( a c c e s sp a r a m e t e r sm e s s a g e ) ，邻区表消息( n e i g h b o r l i s tm e s s a g e ) ，c d m a 信道表消息( c d 姒c h a n n e ll i s tm e s s a g e ) ，扩展系统参 数消息( e x t e n d e ds y s t e mp a r a m e t e r sm e s s a g e ) 。 系统参数消息主要包括配置消息序列号、系统、网络和基站识别号，时隙周 期指数信息、登记使能信息、登记参数信息、功率控制使能信息、功率控制参数 信息，切换参数信息以及其它系统附加消息使能指示等。移动台收到系统参数消 息后首先判断收到消息体配置消息序列号与移动台存储的是否相等，如相等，则 移动台将不处理；如不相等，则移动台将处理此消息剩下的字段。 东南大学硕士论文 接入参数消息主要包括移动台在接入信道上的随机接入过程所必需的参数， 如接入信道数、标称发射功率、接入初始功率、功率增量、接入试探数目、接入 消息最大封装尺寸、接入消息长度以及与鉴权有关的参数。相似的，移动台对接 入参数消息要进行序号判别，只有收到消息的接入参数消息序列号和所存储的不 同时，移动台才进一步处理此消息。 邻区列表消息主要包括邻近小区基站的导频p n 的偏置及其配置情况。移动 台由此得到邻区基站的全部信息，开始对邻区导频强度进行监测，并且为越区切 换做好准备。 c d m a 信道列表消息主要列出了本小区基站支持的所有c d m a 信道号。 扩展系统参数消息主要包括移动台在寻呼信道上所用的地址类型、移动台临 时识别号信息、协议版本信息、切换参数信息、快速寻呼信道信息、功率控制信 息、信令加密信息等。 移动台在空闲状态下也将处理除了系统附加消息和寻呼消息以外的所有消 息。如果这个消息或者命令要求移动台发送一个响应时，移动台就应在t 3 3 m 内 进入系统接入态的系统开销消息子状态。 2 3 3 移动台接入状态 移动台在进入系统接入状态以后，移动台将在反向公用信令信道上给基站发 消息，并且接收前向公用信道的消息。系统接入状态包含以下子状态： 系统开销消患更新子状态：在这个子状态，移动台一直监听寻呼信道，直到 收到最新的附加消息。 呼叫尝试子状态：在这个子状态，移动台向基站发送始呼消息。 寻呼响应子状态：在该子状态移动台发送一个寻呼响应消息到基站。 移动台命令消息响应子状态：在该子状态，移动台对前向收到的要回应的 消息反向发送回应消息。 登记接入子状态：在这个子状态，移动台向基站发送登记消息。 移动台消息发送子状态：在这个子状态，移动台向基站发送数据突发消息。 p a c a 取消子状态：在这个子状态，移动台发送优先接入信道分配消息。 系统开销消息更新予状态下，移动台监听寻呼信道确保移动台收到最新的配 置消息，为了确保移动台得到的是最薪的接入信道参数，移动台至少要接收一条 包含接入消息序号的消息。比如接入参数消息或者寻呼响应消息。移动台为接收 接入参数消息设定定时器t 4 1 m ，如果在这期间移动台收到了接入参数消息，此 定时器就被取消，但如果等到这个定时器超时还没收到，移动台就将进入初始态 的系统确定子态并指示系统丢失。在此状态下，移动台将监听寻呼信道，如果寻 东南大学硕士论文 呼信道丢失，移动台将申明接入尝试故障并进入移动台空闲状态。如果在此状态 下移动台收到g p m 消息，如果此消息通过了寻呼匹配并且这条消息是当前基站所 发的话，移动台就进入寻呼响应子状态，否则移动台进入空闲状态。 如果此次接入的原因是发起呼叫或者是对系统寻呼消息的响应，移动台将在 进入呼口q 初始子状态或者寻呼响应子状态后等待系统给自己分配专用的业务信 道。在收到相应的信道指配消息后，移动台将进入业务信道控制状态，否则将退 回到系统初始化状态。 移动台接入状态的状态转移如图2 - 5 所示。 空闲状态 注：来标出所有子状态 及状态转移 图2 - 5 移动台系统接入状态 2 3 4 移动台业务信道控制状态 在业务信道控制状态下，移动台通过基站指配的业务信道与基站之间进行通 信，进行信令消息的交换并维持业务链路。 如图2 - 6 所示，移动台业务信道控制状态可以分为下列五个子状态：业务信 道初始化子状态、命令等待子状态、应答等待子状态、通话子状态以及释放子状 态。 东南大学硕士论文 系统接入 初始化状态 图2 - 6业务状态控制状态 在业务信道初始化子状态，移动台将监听一个或者多个激活集合导频信号相 关的前向业务信道，同时，移动台将执行导频信号的强度测量，但是将不发导频 强度测量报告消息。如果移动台不支持所分配的c d m a 信道，移动台将进入初始 化状态的系统确定子状态。如果在指配的前向业务信道上移动台在t 5 0 m 秒内没 有收到n 5 m 个质量充分好的帧( 好帧) ，移动台将进入系统初始化状态并指示系 统丢失；如果在t 5 0 m 秒内收到了n s m 个好帧，那么移动台将调整其发射机功率 并开始发送业务信道前导。如果移动台收到的扩展信道指配消息中包含有多个导 频，则移动台将立即支持这几个导频对应基站的宏分集。 如果呼叫是移动台发起的，移动台将进入通话状态；如果移动台被呼，并且 东南大学硕士论文 基站的免振铃应答指示为1 ，那么移动台将进入对话状态，如果指示位是0 ，那 么移动台将进入等待命令子状态。 在命令等待子状态，移动台等待来自基站的振铃消息。若在指定的时间t 5 2 m 内收不到振铃消息，移动台将重新进入初始化状态。如果收到振铃消息，移动台 将进入应答等待子状态。在应答等待子状态中，如果用户在指定的时问t 5 3 m 内 没有摘机，移动台将重新进入初始化状态。如果用户摘机，移动台将进入通话子 状态。 在通话子状态下，移动台和基站之间通过业务信道进行通信，用户此时可以 进行正常的通话。在此状态下移动台将会收到以下消息：振铃消息、候选频点搜 索控制消息、候选频点搜索请求消息、数据突发消息、扩展切换指导消息、扩展 补充信道指配消息、通用切换指导消息、移动台登记消息、周期导频测量请求命 令、功率控制消息、功率控制参数消息、释放消息、发送突发d t m f 消息、服务 连接消息、服务选项控制消息、服务选项控制命令、服务选项请求命令、服务选 项响应命令、服务重定向消息、服务请求消息、服务响应消息、状态请求消息、 补充信道指配消息等。移动台将会在指定的消息动作时间处理该消息。 在通话过程中，如果移动台收到释放命令，则会进入释放子状态。在释放子 状态中，移动台释放所占用的资源，发送一条释放命令给基站，并退出到初始化 状态。如果用户在通话中主动要求挂机，则移动台会先向基站发送释放命令，再 进入释放子状态，并等待基站的释放命令。在等到基站的释放命令后，释放所占 用的资源，并退出到初始化状态。此外，在释放子状态时，如果收到振铃消息， 移动台可以重新进入至应答等待子状态。 东南大学硕十论文 第三章c d m a 2 0 0 0 系统对各业务的支持 第三代移动通信系统区别于以前的移动通信系统的一个主要特点就在于能 够支持多种类型的业务，其中既包括传统的语音业务、短消息业务，也包括各种 宽带的多媒体业务，比如可视电话、电子邮件、互联网浏览等。作为对以上这些 应用业务的支持，c d m a 2 0 0 0 系统在基本的承载业务之上定义了一系列的电信业 务，表现在空中接口协议中即为一系列的业务选项的定义。 为了实现对这些业务选项的支持，c d m a 2 0 0 0 系统引入了新的业务控制体系， 采取了一系列的业务质量控制措施来保证各种业务的服务质量。 另外，为了灵活地在呼叫过程中建立、释放以及改变所需的业务，c d m a 2 0 0 0 系统采用了业务协商机制来协调业务的类型以及连接时的具体配置。 3 1 业务选项 在c d m a 2 0 0 0 空中接口协议中，对应于每种电信业务，都有一种相应的业务 选项( s e r v i c eo p t i o n ) 。在业务选项的定义中，具体定义了该业务的用途、连 接过程、以及使用的配置参数，这些配置参数规定了移动台和基站处理业务比特 的方式。一个业务选项可以申请使用一特定的业务类型，例如主业务( p r i m a r y t r a f f i c ) 或者次业务( s e c o n d a r yt r a f f i c ) ，或者采用不止一种的业务类型。 一个业务选项可以是单向的( 只支持前向或者反向业务信道) ，也可以是双向的 ( 同时支持前向和反向业务信道) 。根据这些配置参数，m a c 层可以决定该业务 连接时的复接选项、数据速率以及数据块格式。因此，服务选项实际上表示了各 业务连接时，物理层和复接子层之间的数据接口属性。一般情况下，这些属性应 该包括： 一前反向业务信道复接选项； 一前反向业务信道传输速率； 前反向业务信道业务类型； 一前反向各业务信道无线配置； 当该业务类型要使用补充信道时，接口属性还应该包括： - 前反向补充信道复接选项： 一前反向补充信道无线配置； 一前反向补充信道帧长； _ 前反向补充信道编码类型： 在协议中，每一种业务选项都有各自对应的服务选项号( s o ) ，取值范围可 以从l 到6 5 5 3 6 。在这些服务选项中，常见的有： 东南大学硕士论文 一基本的可变速率语音业务，即s 0 1 ； _ 增强的可变速率语音业务，即s 0 3 ； 移动台回环业务( l s o ) ，即s 0 2 ； 一马尔可夫业务( m s o ) ，即s 0 5 4 ： - 数据测试业务( t d s o ) ，即s 0 3 2 ； 高速分组数据业务，即s 0 3 3 ； 一短信业务( s 裕) ，即s 0 6 ； 其中，语音业务s 0 1 和s 0 3 的呼叫流程在l 3 层信令中己被定义清楚。我们 将在本节中介绍其它的几种业务。这几种业务都已在我们的移动台上得到了实现 和验证。 3 1 1 回环业务 回环业务选项( l o o p b a c k s e r v i c e o p t i o n ) 提供了一种用于测试基本信道的测 试方法。在回环业务选项中，移动台将收到的来自基站的基本信道上的数据发送 回基站，以此来评估前，反向基本信道的性能。 回环业务选项的有效服务配置如表3 - 1 所示： 服务配置属性有效选项 前向复接选项 0 x 0 1 反向复接选项 0 x 0 1 前向传输速率 r a t e1 ，1 2 ，1 4 ，1 8 ： 反向传输速率r a t e1 ，1 2 ，1 4 ，1 8 前向业务类型 p r i m a r y t r a f f f i co nf c h 反向业务类型 p r i m a r y t r a f f f i co i lf c h 表3 - 1 回环业务选项的有效服务配置 当移动台收到基站的寻呼消息，并判断出此呼叫为回环业务时，首先判断自 身是否支持回环业务选项，若支持则会向基站发送寻呼响应，然后建立业务信道， 进行业务协商。当处于回环业务模式下时，移动台无需等待用户应答，直接进入 通话状态。一旦业务协商成功，移动台复接子层便根据速率和内容对收到的每帧 数据进行处理，具体即是给每帧数据加上2 比特的c a t _ t y p e 字段并在下一帧 发送给基站。基站在一固定的延迟，通常为几个数据帧的时间后，将收到经过移 动台处理过的数据帧。根据c a t _ t y p e 字段，基站将统计出在数据回环时产生 的误帧率。 东南大学硕士论文 由于在回环测试时，数据将经过前向业务信道从基站到移动台，再经过反向 业务信道从移动台到基站，因此实际得到的误帧率反映了前反向链路上误帧率的 总和。在进行回环业务测试时，往往用电缆连接前向链路，将反向链路开放在实 际传输环境中，这就就可以假设前向链路上的误帧率为零，最后得出的结果便可 以作为反向链路上的误帧率。在测试前向链路误帧率时，可以采取类似的方法， 即闭合反向链路，开放前向链路。 由于上述的制约条件，网环业务产生的澳试结果往往不够精确，同时测试过 程也不够灵活。为了更精确地测试业务信道性能，新的业务选项：马尔可夫业务 选项以及数据测试业务选项被引入到实际的测试中。在这两种新的业务选项中， 基站和移动台将同时产生同样的测试数据，并向对方发送。其中单独的一方便可 以根据收到的数据和自己产生的数据作比较，从而可以得到单向业务信道上的误 帧统计。我们将在随后的两节中分别介绍马尔可夫业务选项以及数据测试业务选 项。 3 1 2 马尔可夫业务 马尔可夫业务选项( m a r k o vs e r v i c eo p t i o n ) 提供了一种测试基本信道的方 法。在马尔可夫测试中，基站和移动台可以产生马尔可夫数据块，并在基本信道 上按帧发送。移动台和基站所产生的马尔可夫数据块是一种伪随机序列，其统计 特征比较符合人的语音，因此在测试结果可以较正确地反映基本信道上语音业务 的性能。 马尔可夫业务选项的有效服务配置如表3 - 1 所示： 服务配置属性有效选项 前向复接选项0 x 0 1 ，0 x 0 2 反向复接选项0 x 0 1 ，0 x 0 2 前向传输速率r a t e1 ，1 2 ，1 4 ，1 8 反向传输速率 r a t e l ，1 2 ，l ，4 ，1 8 前向f c h 无线配置r c l 2 ，3 ，4 ，5 ，6 ，7 ，8 ，9 反向f c h 无线配置r c l ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 表3 1 马尔可夫业务选项的有效服务配置 移动台和基站之间建立马尔可夫业务连接后，将直接进入通话状态，并完成 服务协商。在第一个同步帧之前，移动台将产生i ，8 速率的随机数据来填充数据 帧。一旦第一个同步帧开始产生，移动台将根据基站的命令来产生不同速率或者 东南大学硕士论文 数据模式的随机数据并发送给基站。在基站侧，同样要等第一个同步帧开始才比 较来自移动台的随机数据，并且采用同样算法以及初始值来产生随机数据。基站 将收到的数据和自己产生的数据进行比较，统计不同速率的数据帧的总帧数，以 及检验不匹配的数据帧的帧数，并将这些信息保存在不同的计数器之中。经过一 定时间的测试后，基站可以通过发送一条业务选项控制命令来向移动台查询所需 计数器的值。移动台收到查询消息后，将相应的计数器值通过业务选项控制命令 发送给基站。基站根据这些计数器器的值，计算统计结果，得出误帧率。 3 1 3 数据测试业务 和马尔可夫业务选项一样，数据测试业务选项( t e s td a t as e r v i c eo p t i o n ) 同 样是用来测试业务信遵性能的。但马尔可夫业务选项只能测试基本信道的性能， 而数据测试业务选项不但可以测试基本信道的性能，还可以测试专用控制信道以 及补充信道的性能。此外，在测试补充信道性能时，数据测试业务选项还可以按 照数据业务的统计规律来产生伪随机数据序列。 数据禊8 试业务选项的有效服务配置如表3 2 所示： 服务配置属性有效选项 前向f c h d c c h 复接选项o x 0 1 ，o x 0 2 反向f c h d c c h 复接选项0 x 0 1 ，o x 0 2 前向s c h 复接选项0 x 0 3 t , 0 x 8 0 9 - 0 x 9 2 1 反向s c h 复接选项0 x 0 3 ，0 x 8 0 9 - 0 x 9 2 1 前向s c h 复接选项l x ，2 x , 4 x ，8 x ，1 6 x 反向s c h 复接选项l x ，2 x ，4 x ，8 x ，1 6 x 表3 - 2 数据测试业务选项的有效服务配置 在测试f c h 或者d c c h 时，数据测试业务选项的呼叫流程类似于马尔可夫测 试选项。即在基站的控制下实现移动台和基站的随机序列产生器的同步，在通过 计数器的维持、查询以及报告来完成相关的统计。但与马尔可夫测试选项不同的 是，在数据测试业务选项中移动台也可以主动要求查询基站的计数器，这样在移 动台侧也可以实现各种误帧率的统计。 在测试s c h 时，移动台首先向基站发送一条补充信道申请消息。如果资源 允许，基站将给该移动台指配补充信道，其配置将按照先前的协商内容来决定。 在补充信道上，移动台和基站同样要进行同步帧的建立，并在第一个同步帧生成 后开始测试数据的产生。在s c h 信道上发送的测试数据既可以是固定模式的也 东南大学硕士论文 可以是随机的，但其速率是固定的。在测试过程中，基站可以指示移动台对测试 数据的模式或者数据速率进行改变。 3 1 4 高速分组数据业务 高速分组数据业务( h i g hs p e e d p a c k e td a t as e r v i c e ) 可以提供宽带多媒体的 应用。通过前反向的补充信道，移动台和基站之间可以建立速率高达3 0 7 2 k b p s 的数据链路。 高速分组数据业务选项的有效服务配置如表3 - 4 所示： 服务配置属性有效选项 前向复接选项0 x 0 1 ，0 x 7 0 4 反向复接选项0 x 0 1 ，0 x 7 0 4 前向传输速率 r a t e l ，l ，2 ，l ，4 ，1 1 8 反向传输速率 r a t e1 ，1 2 ，1 4 ，1 8 前向补充信道复接选项0 x 0 3 。0 x 8 0 9 ，0 x 8 2 1 等 反向补充信道复接选项0 x 0 3 ，0 x 8 0 9 ，0 x 8 2 1 等 表3 4 高速分组数据业务选项的有效服务配置 3 1 。5 短信业务 短信业务( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ) 是目前继语音业务后又一种广泛使用 的业务。全面的短信业务协议层包括电信应用层、传输层、中继层。在这里我们 只讨论在空中接口上的业务建立过程。 短信业务选项的有效服务配置如表3 - 5 所示： 服务配置属性有效选项 前向复接选项 0 x 0 1 反向复接选项0 x 0 1 前向传输速率r a t e l ，1 ，2 ，1 ，4 ，1 8 反向传输速率r a t e 】，1 陀，1 ，4 ，1 ，8 前向业务类型 p r i m a r y s e c o n d a r y + 反向业务类型 p r i m a r y s e c o n d a r y 表3 5 短信业务选项的有效服务配置 东南大学硕士论文 当移动台需要发送一条短消息时，将首先判断该短消息是否能在一次接入试 探的数据封装中发送。如果能，移动台将发起一次接入尝试，并将短消息内容填 入到一条数据突发消息( d b m ) 中并在接入信道上发送给基站，基站在收到数 据突发消息后，将短消息发送给相连的短信中心( s m c ) ，并等待短信中心的应 答。短信中心将短信发送到恰当的基站，再由该基站发给目标移动台。 如果一条短信的长度超过了一次接入试探的数据封装的能力，移动台将建立 业务信道来发送该条短消息。移动台将首先发送服务选项为s 0 6 的起呼消息， 并在收到信道指配消息后建立业务信道，进行业务协商，并发送一条数据突发消 息。在收到基站的应答后，移动台将自动释放业务信道。 在空闲状态时，移动台监听寻呼信道，此时若有地址匹配的数据突发消息， 移动台将认为收到有效的短消息。同样，在业务信道控制状态下，移动台也可以 收到业务信道上发送的数据突发消息。 3 2 业务协商 为了保证业务的服务质量，c d m a 2 0 0 0 引入了多种质量控制体制。在l 3 层的 控制中，业务协商是实现质量控制的重要一环，其关系到通信链路的业务配置参 数，对业务质量有着直接的影响。 业务协商( s e r v i c en e g o t i a t i o n ) 在业务信道建立之后进行，包括了移动 台与基站就相应的业务配置选项进行协商的一系列过程。通过业务协商，移动台 和基站将最终确定所使用业务信道的业务配置。所谓业务配置是一套属性集合， 基站和移动台采用集合中的某一套公共属性来构造和分解业务信道帧，完成前向 链路和反向链路业务信道帧的交互。 移动台在发起呼叫时可以请求一个与业务选项相关联的缺省的业务配置，并 且可以在业务信道的工作过程中请求新的业务配置。所申请的业务配置可以和原 来的业务配置相同，也可以大相径庭。如果移动台请求的业务配置对于基站而言 是可以接受的，那么它们便开始使用新的业务配置。如果移动台请求的业务配置 对于基站来说是不可接受的，基站可以拒绝该请求或者提出一个代替的业务配 置。当基站提出代替的业务配置时，移动台可以根据具体情况接受或者拒绝该业 务配置，或者提出另一个业务配置请求，直到最后移动台和基站找到一个相互都 可以接受的业务配置，或者移动台和基站任意一方拒绝了对方所建议的业务配 置。这样的过程即称为业务协商。 东南大学硕士论文 第四章移动台对移动性管理的支持 在现代移动通信系统，尤其是商用蜂窝系统中。移动性管理是不可或缺的重 要环节之一。从网络和用户的角度来看，移动性管理的主要体现了网络跟踪用户 状态和位置，并持续为用户提供业务的能力。在c d m a 2 0 0 0 网络中，移动性管理 主要包括以下几个方面的内容：移动台身份识别、移动台位置登记、漫游、鉴权 与加密、越区切换。本章将基于上述的几个方面来阐述c d m a 2 0 0 0 移动台是如何 支持网络的移动性管理的。 4 1 移动台身份识别 移动台身份识别也称用户身份识别，具体是指蜂窝网络识别无线用户的一系 列过程。在c d m a 2 0 0 0 网络中，这种识别过程牵涉到移动台、基站、移动交换中 心以、归属寄存器、访问寄存器以及鉴权中心。在c d m a 2 0 0 0 网络中，标志移动 台身份的方法有多种，包括国际移动台标识符( i m s i ) 、电子序列号( e s n ) 、移 动电话号码簿( m d n ) 、移动台临时身份号( t m s i ) 等，以适合多种不同的应 用场合。 4 1 1 国际移动台标识符 国际移动台标识符i m s i 是c d m a 2 0 0 0 网络中最重要的用户识别标志之一。根 据r r u - t 建议e 2 1 1 ，i m s i 最多包括1 5 个数字