（通信与信息系统专业论文）dmr中转台转发协议的研究与实现.pdf

设计了转发模式下d m r 通信系统控制层的实现方法。用m a t l a b 仿真了转发模式 下d m r 系统性能，分析了不同情况下呼损率与话务量之间的曲线变化。然后，基 于a d s l 2 开发环境，编写了实现呼叫控制层协议的程序，并在a t r m 9 2 0 0 硬件 平台上调试实验。最后，对全文做了简单的总结，对d m r 通信协议的进一步应用 具有一定的参考价值。 关键词：d m r 协议转发模式数字对讲机呼损率信令 a b s t r a c t i nt h em i d - 1 9 9 0 s ，d i g i t a lt r u n k i n gt e c h n o l o g yf o u n di t st r e n di nt h ew o r l do nt h e b a s i so ft h et e t r as y s t e ma n di d e ns y s t e ma st h em a i n s t r e a mt e c h n o l o g ys t a n d a r d h o w e v e r , 晰t ht h ed e v e l o p m e n t o ft e c h n o l o g yi n n o v a t i o n s ，i n2 0 0 4 e u r o p e t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d si n s t i t u t e ( e t s i ) b r o u g h tf o r w a r dan e wd i g i t a lt r u n k i n g t e c h n o l o g y s t a n d a r dc a l l e d d i g i t a l m o b i l er a d i os y s t e m ( d m r s y s t e m ) t h e d m r ( d i g i t a lm o b i l er a d i o ) p r o t o c o l ，w a sp a i da t t e n t i o nt ob e c a u s eo fi t sa d v a n t a g e s s u c ha st h el o w e rc o s t , s i m p l e rt e c h n o l o g ya n ds u p p o r t sf r o ma n a l o gt od i g i t a lt r a n s i t i o n d m r d i g i t a lt e r m i n a l sd e v e l o p m e n tb o t l ld o m e s t i c a l l ya n da b r o a da r es t i l li ni t si n f a n c y i nt h i sp a p e r , w es t u d i e dt h es e c o n ds e c t i o n , t h er e p e a t e rm o d e ，o ft h ed m r s y s t e m i nf o l l o w i n g4a s p e c t s f i r s t , t h es t r u c t u r eo fl a y e r so ft h ed m rc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o la n dt h ef u n c t i o no fe v e r yl a y e rw a si n t r o d u c e d s e c o n d ，w ea n a l y z e da n d d e s i g n e dam e t h o df o rt h ec o n t r o ll a y e ro fd m r c o m m u n i c a t i o n s y s t e mi nt h er e p e a t e r m o d e ，a c c o r d i n gt ot h ed m rc o m m u n i c a t i o np r o t o c 0 1 ap r o g r a mw a sa l s od e v e l o p e d b a s e do nm a t l a bt oc a l c u l a t et h ep r o b a b i l i t yo fb l o c k i n go ft h ed m r s y s t e mi nt h e r e p e a t e rm o d ea n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep r o b a b i l i t yo fb l o c k i n ga n dt h eo t h e r p a r a m e t e r s ，s u c ha st h ec o m m u n i c a t i o nc h a n n e l sa n dt h ea m o u n to ft r a f l i c ，w a ss t u d i e d u s i n gt h i sp r o g r a m t h e n ，ad e t a i l e ds c h e m ew a sm a d ea c c o r d i n gt ot h er e s u l tf r o mt h i s s i m u l a t i o ns t u d y t h i r d ，ap r o g r a mu s e dt od r i v et h eh a r d w a r e ，t h ed m r i n t e r p h o n e ， w a sw r i t t e nb a s e do nt h ea d si 2i d ea n dd e b u g g e do nt h eh a r d w a r eo fa t r m 9 2 0 0 s u c c e s s f u l l y f i n a l l y , ac o n c l u s i o n , w h i c hm a yb ev a l u a b l ef o rt h ef u r t h e rs t u d yo ft h e d m rc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l ，w a sm a d e k e y w o r d ：d m rc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l i nr e p e a t e rm o d e d i g i t a lh a n d s e t s s i g n a l i n g c a l lr e j e c t i o nr a t e 1 1 ：! ：! 发展3 z 1 4 7 7 8 2 3d m r 协议数据链路层概述9 2 4d m r 协议呼叫控制层概述1 l 2 4 1d m r 直通模式呼叫控制流程n 2 4 2d m r 转发模式呼叫控制流程1 2 2 5d m r 转发模式协议工作方式13 第三章转发模式下d m r 控制层协议分析17 3 1 无线信道接入原理j l7 3 1 1 信道接入准则1 7 3 1 2 信道接入协议分析18 3 2 控制层的呼叫控制分析1 9 3 2 1 移动终端呼叫控制层分析2 0 3 2 2 中转台呼叫控制层协议分析2 3 3 3 中转台主要信令的构成及其编码。2 6 第四章d m r 系统性能的研究与仿真3 3 4 1 信道容量性能研究参数3 3 4 1 1 话务量3 3 4 1 2 呼损率3 4 4 2 爱尔兰呼损率3 4 4 3d m r 系统的性能研究。3 6 4 3 1 仿真模型的建立3 6 4 3 2 仿真程序设计及结果分析3 8 第五章转发模式下高层控制协议的软件设计4 7 5 1 实现转发模式的总体方案介绍4 7 5 2 芯片介绍4 8 5 3d m r 协议控制层在a t r m 9 2 0 0 中实现5 2 5 3 1 具体实现的程序设计5 2 5 3 2 在a d s l 2 环境下的实验结果5 5 第六章结束语6 1 致谢6 3 参考文献6 5 第一章绪论 第一章绪论 1 1 专用无线通信系统概述 在当今高度信息化的社会中，移动通信技术发展日新月异，移动通信系统不 断为人们提供全球性优质服务，成为日常生活中最不可或缺的前沿技术。移动通 信系统有多种分类方式，比如：按使用对象可分为民用设备和军用设备；按覆盖 范围可分为广域网和局域网；按服务范围可分为专用移动通信系统和公用移动通 信系统等【l l 。其中，由于移动通信系统服务范围的不断扩大，专用移动通信系统和 公用移动通信系统已成为人们研究的焦点问题。 专用移动通信系统最早是由对讲机发展而来的，在后来的应用中，人们把对 讲机的频率集中起来为更多的用户服务，就构成了所谓的集群通信系统。专用移 动通信大致可分为两类【2 】：一类是设有中心基站的集群通信系统，主要用于大的企 业、单位和团体，但需要建设大量的基础通信设施，费用较为昂贵；另一类是没 有中心节点控制的无中心对讲机，无需通信设施的支持，可自由组网，成本较低。 公用移动通信系统是一种包含很广的移动通信系统，它有多种体制，其中较为典 型的是蜂窝移动通信系统。 专用无线通信系统是专用移动通信系统中最为典型的一种，主要应用于集团 调度指挥通信1 3 , 4 1 ，如：群组呼叫、紧急呼叫、发起或接收与公网之间的呼叫等， 同时还可以为用户提供可靠的通信信道、快速的建立通话、优先等级的划分、动 态重组等多种功能。由于具备特有的调度、组呼和快速呼叫等特性，因此，专用 无线通信系统在通信领域中发挥着巨大的作用。其主要的应用对象大体可分为两 种： 1 ) 对指挥调度功能要求较高的特殊部门和企业，主要包括：政府部门( 如军队、 国家安全部门、公安部门和紧急事件服务部门) 、铁道、电力、水利、民航等单位。 2 ) 一般的普通行业用户，如出租、物流、物业管理和工厂制造等。 专用无线通信系统与其他移动通信系统类似，也经历了从模拟到数字的发展 过程。数字专用无线通信在信令、多址方式、话音编码、调制解调和信道控制等 多个关键技术环节采用数字化处理，结合同步技术、检错纠错技术以及分集技术 等，从而具备了抗干扰能力强、远距离传输质量高、保密度好和灵活度小等业务 适应能力和外设接口连接能力。而且，数字专用无线通信系统的信息容量更大， 系统联网更方便，较蜂窝移动通信系统的公众网，有着不可替代的优势。随着移 动通信技术的发展，数字专用无线通信系统会在更多的方面发挥更大的作用1 3 1 。 2 d m r 中转台转发协议的研究与实现 1 2 数字专用无线通信系统的发展 1 2 1 数字专用无线通信标准 通过对集群通信技术的研究，i t u ( n 际电信联盟) 根据各国提交的集群通信系 统标准制定了多个数字集群通信系统的国际标准，其中，t e t r a 系统和i d e n 系 统更容易被人们接受，应用更为广泛。 t e t r a 系统是e t s i ( 欧洲通信标准协会) 联合使用部门、制造商、检测部门等， 为了满足欧洲各国对移动通信的需求而设计、制订的具有统一标准的开放性系统。 t e t r a 系统不仅可以在同一技术平台上提供指挥调度、数据传输和电话服务，还 可以提供短数据信息服务、分组数据服务以及数字化的全双工移动电话服务等功 能，而且，还能够支持功能强大的移动台脱网直通( d m o ) 方式，可以实现鉴权、 端到端加密和空中接口加密。t e t r a 数字专用无线通信系统同时也具备虚拟专网 功能，可使一个物理网络为互不相关的多个组织机构服务p j 。但是，目前t e t r a 网络对外互联部分技术尚未完全公开，不同厂家t e t r a 产品的互联、不同网络之 间的用户和业务的互通乃至异地漫游均存在一些问题。另外，t e t r a 的系统设备 采购、建网成本和终端价格较高，这些都在一定程度上制约着t e r e a 的进一步发 展。 i d e n ( 集成数字增强型网络系统) 是美国摩托罗拉公司研制生产的一种数字专 用移动通信系统，它吸收了大量数字蜂窝通信系统的优点，增强了电话互联功能。 i d e n 所采用的高效调制技术采纳了传统的8 0 0 m h z 频谱，保证了专用无线通信系 统数字化进程中模拟和数字系统共存，方便运营商更加灵活的配置频率资源。而 且，它所采用的蜂窝式小区结构提高了网络的覆盖能力，可实现跨系调度通信【6 j 。 但是，由于i d e n 系统是由摩托罗拉独家生产制造，接口没有公开，目前网络设备 主要由摩托罗拉供应，因此系统设备采购、建网和终端成本比较高。而且，由于 研发年代较早，虽技术比较成熟，但对新业务支持能力相对较弱。 在国内，集群通信技术的发展相对比较落后，在2 0 0 3 年由信息产业部电信研 究院牵头组成专家组，启动了数字集群技术试验以及相关的标准制订工作。 2 0 0 4 年3 月1 9 日，z t e 公司在北京宣布成立数字集群系统g o t a 产业联盟， 它是世界上首个基于c d m a 技术的数字专用无线系统，具有我国自主的知识产权， 其主要特色在于方便了运营商建设共网集群网络，适合大规模覆盖，频谱的利用 率高，在业务性能和容量方面能较好的满足共网集群和业务应用的需要【r ，j 。 2 0 0 5 年5 月，华为公司在北京宣布其g t 8 0 0 数字集群系统的产业联盟正式成 立，它是我国另一项具自主知识产权的基于t d m a 技术的专业数字无线通信，通过 对t d m a 和t d s c d m a 进行创造性地融合和创新，为用户提供了大容量、高性 第一章绪论 3 能的专用无线通信业务。其技术创新主要体现在专用无线通信特性的实现与增强 方面，目前已形成了数十项专用无线通信技术的核心专利【7 1 。 2 0 0 7 年，华为公司推出了基于c d m a 2 0 0 0 1 x 的t r u s t a r 标准，将通信发展又 推向了另一个高潮。t r u s t a r 解决方案的全称为“t r u n k i n g s t a r ，是华为公司基于 3 g 技术研制推出的新一代数字集群解决方案。作为新一代数字集群系统里的明星， 它提供了更高的性能以及定制化业务，为从事团队工作的用户提供了人性化的多 业务通讯平台，同时也为运营商提供了一种低成本的解决方案【8 】。 随着集群通信技术的不断发展，数字集群通信系统标准也不断更新，e t s i ( 欧 洲电信联盟) 先后推出了使用t d m a 技术的d m r ( d i g i t a lm o b i l er a d i o ) 标准和使用 f d m a 技术的d p m r ( d i g i t a l p r i v a t em o b i l er a d i o ) 标准。现在，d m r 的发展在国 内外都处于起步阶段，在e t s i 新颁布的协议e t s it s1 0 23 6 1 中还没有完全成型， 如果现在就进行跟踪研究，那么可以避开专利的技术壁垒，在技术上保持同步【9 】。 更重要的是d m r 标准采用的信道数符合我国对讲机的相关规定，并且相比较 t e t r a 和i d e n 系统其成本更低，分层协议结构也更加简单明了，通信系统设备“_ 。 实现较为简单。d m r 协议是目前研究最为热门的数字集群通信系统标准，具有巨 大的开发价值。 一6 t p 。”，。o 十，q ，糖工? ，1 簟痔j 、 1 2 2 数字专用无线通信产品的发展 数字专用无线通信系统作为公众通信系统的一种补充，与公共移动通信系统 。帅触 有着本质上的不同，它被用于不同的目标用户群，并以不同的方式向用户提供服 务，是不可替代的日常通信方式。数字专用无线通信系统在发展过程中，不断借 鉴和汲取其他通信系统的经验，不断地完善自身，不断地为社会行业用户提供专 业化的、定制的调度指挥通信手段嗍。 随着集群通信在世界范围内的迅猛发展，数字终端也得到了大范围的应用。 据欧美市场调查显示：在2 0 0 3 年，模拟对讲机和数字对讲机的使用比例是8 ：2 ， 到了2 0 0 4 年该比例变为5 ：5 ，而2 0 0 7 年该比例就已接近2 ：8 。据权威部门预测， 我国数字集群系统有大量的潜在市场，移动台约8 0 0 9 0 0 万部，信道约l 如1 5 万 个，其中，数字集群公用网未来1 0 年用户将达到4 0 0 万，产值高达5 0 0 亿元。由 此可以看出，数字对讲机作为主要的数字终端，是未来无线通信市场的主要发展 方向，将在今后的无线通信中占据重要地位。 对数字对讲机产品的研发，始于上世纪七十年代，电信行业巨头摩托罗拉公 司率先将数字技术引入到对讲机系统设计中，摩托罗拉是世界上最早开始研究数 字对讲机的公司。1 9 7 5 年研制出第一台数字语音加密的d v p 对讲机，1 9 8 0 年又 推出了第一套数字数据的通信系统，到2 0 0 8 年初，摩托罗拉已经拥有多款数字对 4 d m r 中转台转发协议的研究与实现 讲机产品，而此时，国内市场上还没有数字对讲机的出现l l0 1 。但是这些产品普遍 比较昂贵，而且需要大量的基础设施，移动性差，实际应用性不强。 在我国，对讲机虽已有几十年的历史并且形成了一系列的标准，但是这些标 准都是针对模拟制式的对讲机。随着数字技术的发展，近年来，我国加大了对数 字对讲机的研究力度。2 0 0 7 年9 月1 3 日，国家无线电管理局正式发布了“关于 数字对讲机系统设备无线射频技术指标要求试行的通知”( 以下简称技术指 标要求) 。这就使得我国数字对讲机的技术指标有章可寻，数字对讲机的市场从 此被完全打开。2 0 0 8 年2 月2 6 日和2 0 0 9 年1 月1 3 日先后两次在北京举办的数字 对讲机应用与发展论坛，对促进我国数字对讲机的发展也起了良好的推动作用。 与此同时，国内模拟对讲机市场份额占有率最大的对讲机制造商h y t 公司也 开始了数字对讲机的研制，投入了大量的人力物力，同时，结合国外的先进技术， 取得了丰硕的研究成果，成为国内少数能够介入数字对讲机领域的民族企业。但 是，迄今尚没有关于数字对讲机核心技术中基带、语音编解码、信道编码等的国 家标准，希望我们能早日填补这些空白。 1 3 课题来源 本课题来源于西安电子科技大学信息科学研究所承接的一个持续开发项目， 是对前期工作中d m r 数字集群终端项目的一个技术延续。主要任务是研发符合 d m r 协议的第二阶段的数字中转台，主要分为硬件设计和软件开发两个部分：硬 件设计主要包括了基带数字信号处理、射频接收发射机的实现等部分；软件开发 主要指的是对通信协议、语音编码、调制解调等的研究。 1 4 论文的结构及安排 本文的主要内容可分为以下几个部分： 第一章介绍了数字专用无线通信系统的发展历史，并简要介绍了数字对讲机 的研究背景和d m r 协议的相关知识，然后说明了本课题来源与本文研究内容，最 后对本文的章节安排做了介绍。 第二章主要介绍d m r 通信协议包含的大概内容、协议栈分层以及简要概述每 层的主要功能和协议中规定的相关参数。 第三章主要研究了转发模式下呼叫控制层协议，分析了d m r 系统无线信道接 入原理、中转台双时隙工作的原理以及协议对转发模式下信令的编码。 第四章主要研究了d m r 系统的性能，在m a t l a b 中对所设计系统的呼损率 与话务量之间的关系进行了仿真并将其与理论值对比分析得出结论。 5 境 设 研 6 d m r 中转台转发协议的研究与实现 7 一，它的整个协 分阶段的研究 ，本文所设计 计认为先从小 样一个观点本 统低成本和相 案，以满足本 d m r 协议是由e t s i ( 欧洲电信联盟协会) 制定的关于集群通信的标准，适用于 在陆地移动通信系统的频段，它描述了一个可升级的数字无线系统，它的实现总 共分三阶段完成】： 第一阶段为直通模式：在没有基础设施、移动终端只装有天线的情况下，研 发出工作于直通模式下的数字移动终端，而且收发端机都是在没有业务授权的情 况下，完成协议中要求的职能。 第二阶段为转发模式：在有基础设施的情况下，有两种实现方式：一种是在 点对点模式下由第三方移动终端提供转发功能；另一种是由基站实现转发，这里 的基站是在授权的情况下实现的。两种方式都可以完成转发功能，本文所讨论的 正是第二种情况。 第三阶段为集群通信方式：在基础设施支持的情况下，实现具有自主管理功 能的集群通信，最终完成d m r 中的集群系统。 不同于o s i 七层模型，它的协议结构分三层，物理层( p l ) 、数据链路层( d l l ) 和呼叫控制层( c c l ) ，其中呼叫控制层有两面：用户面和控制面，如图2 1 所示d m r 协议栈【1 1 , 1 2 】。 8 d m r 中转台转发协议的研究与实现 图2 1d m r 协议栈结构 务 物理层要实现的功能：调制解调，发送和接收的转换，射频特性，比特和符 号定义，频率和符号同步，脉冲建立。 数据链路层要实现的功能：信道编码( f e c ，c r c ) ；交织去交织和比特排序； 确认和重发机制；信道接入控制和信道管理；帧、超帧的形成和同步；脉冲和参 数的定义；链接寻址( 源目的地) ；语音应用软件( 声码器) 与物理层的接口；数据承 载服务；与呼叫控制层进行呼叫用户数据交换。 呼叫控制层要实现的功能：空中接口的控制面，它在第二层功能之上，是受 d m r 服务实体支持的。功能有基站激活去激活、呼叫的建立、维持和终止、个体 和群呼叫的发送与接收、目的寻址、固有服务的支持( 紧急呼叫、预占、晚接入等 等) 、广播语音呼叫等。 2 2d m r 协议物理层 物理层的主要任务就是透明的传输比特流，将原始的物理突发从一个移动终 端传输到另外一个移动终端。d m r 系统规定的射频频率使用从3 0 m h z l g h z 的 部分频段。它的射频载波带宽为1 2 5 k h z 。d m r 系统采用的是4 f s k 调制方式， 调制时每秒发送4 8 0 0 个符号，其中每个符号携带2 b i t 的信息。最大频偏d ，定义 有： d = 3 h 2 t 式( 2 - 1 ) h 代表每个特殊调制的频偏系数；t 代表符号周期( 1 4 8 0 0 ) s ： 其频偏系数h ，在4 f s k 中定义为o 2 7 。这个范围内符号的频偏为1 9 4 4 k h z 。 第二章d m r 通信协议概述 9 符号和比特的对应关系如表2 1 所采1 。 表2 1 二进制符号对应的4 f s k 频偏 信息比特符号4 f s k 频偏 b i tlb i to ol+ 3+ 1 9 4 4 l ( h z o0+ l+ o 6 4 8 k h z l0 一l 加6 4 8 k h z ll 一3 1 9 4 4 l ( h z 4 f s k 调制器由一个平方根升余弦滤波器，级联一个频率调制器构成，如图 2 2 所示【l l 】： 输入 f ( f ) 滤波器 频率调制器 输出 两位2 进制 4 f s k “ 。 馋节9 + 崎 图2 24 f s k 调制器 其中f c f ) 滤波器是采用平方根升余弦滤波器，奈奎斯特升余弦滤波器的一部，= l e ：；? 分用于抑制邻道干扰，另一部分用于接收机抑制噪声。信息流经过映射、滤波成誓一妒 形和调制后成为4 f s k 输出信号。所采用的平方根升余弦滤波器的频率响应如下： 二 珥= 峨= 而= l o - 拨号的7 2 4 位空中接口转换，通过号码判断单呼还是群呼； 呼叫请求，呼叫应答，呼叫等待( 包括由于信道忙而导致的失败呼叫) ； 语音发送，以超帧为基本单位； 呼叫保持以及呼叫终止。 2 ) 中转台完成的功能，包含以下部分： 中转台的激活、去激活； 中转台对接收信令的判断，以及对语音信号的转发。 3 2 i 移动终端呼叫控制层分析 1 对于移动台来说首先是处于关机状态，只要开机就开始寻找网络，找到网 络后高层就进入了相应的状态。具体的状态有如下几种： 开机未同步( o u t：移动终端开机之后，高层便进入这个状态，此时 只是在搜索同步； o f _ s y n c ) 搜索同步( o u t o f s y n c _ c h a n n e l _ m o n i t o r e d ) ：在所规定的寻找同步的时间内， 如果没有搜索到同步信号，移动终端便开始进行信道监视； 已同步系统识雯j j j ( i n _ s y n c _ u n k o w n _ s y s t e m ) - 在同步上i q 络后，并不知道同步 上的系统是否为d m r 系统； 已同步所在系统( i n _ s y n c _ m y _ s y s t e m ) ：己同步上网络而且是自己所在的d m r 系统； 非通话( n o ti nc a l l ) ：在同步于自己所在的系统状态后，若收到的信令是空闲 信令，便进入这个状态； 被呼确认( m yc a l l ) ：在进入同步于自己所在的系统后，如果收到的信令目的 i d 和自己相同且帧类型是语音头，则进入这个状态； 被呼非确认( o t h e r sc a l l ) ：在进入同步于自己所在的系统后，如果收到的信令 目的i d 和自己不同，便进入这个状态； 会议( i ns e s s i o n ) ：在进入同步于自己所在的系统后，如果收到的信令目的i d 和自己相同但帧类型是语音结束信令便进入这个状态。 具体状态转换图如图3 2 所示： 第三章转发模式下d m r 控制层协议分析 2 l 图3 2 移动台状态转换图 端机的呼叫流程如下： 1 ) 移动端开机后就进入开机未同步状态，需要时刻检测同步信息和射频等级， 如果没有收到呼叫请求，在规定的时间里能同步上系统就进入已同步系统识别的n 状态，如果没有同步上就进入搜索同步的状态。如果从高层收到呼叫请求就需要 进行信道检测的状态，检测射频等级，将得到的射频与射频门限值州r s s i l o ) 对比， 如图3 1 所示来决定是否发射，对于不同的信道接入等级有不同的射频门限与之对4 一- 应。 2 ) 进入搜索同步状态之后，继续检测同步信息和射频等级，在收到呼叫请求 时检测射频门限。如果丢失同步就进入开机未同步状态。如果没有收到呼叫应答 时就检测色码，看是否收到色码，如果色码不匹配或者出栈时隙号不匹配就进入 开机未同步状态；如果色码和出栈时隙号都匹配就进入已同步所在系统( d m r 系统) 状态。 3 ) 进入已同步所在系统状态之后，一方面需要时刻检测同步信息、色码、出 栈时隙号以及同步信息与色码信息是否丢失，只要当中有一个条件不符就进入开 机未同步状态。另一方面，看是否有呼叫请求信令需要传输，如果有则发送，待 收到呼叫应答后发送语音头信令移动台便进入通话状态；如果没有但是收到空闲 信令，那么就进入非通话状态。 4 ) 在非通话状态，如果收到的信令包含新的i d 号码，判断目的i d 是否是自 己，如果i d 不是自己，那么就进入被呼非确认状态，如果i d 是自己的而且是语 音头就进入自己的呼叫状态，如果i d 是自己的但是收到的是语音结束信令就进入 会议状态，如果有呼叫请求，则发送，待收到呼叫应答后发送语音头信令，移动 d m r 中转台转发协议的研究与实现 台进入通话状态。具体流程图如图3 3 所示： 图3 3 移动台工作流程图 2 移动终端的信令 移动终端根据发送的类型分为语音信号和控制信令，语音信号是由麦克风直 接进行调制发送的，控制信令是由呼叫控制层产生然后再进行调制发送，其中控 制信令包含激活信令、呼叫请求信令、呼叫应答信令、语音头和语音结束信令。 这些信令在d m r 协议当中属于c s b k 信令类型。 1 ) 激活信令 移动终端在开机之后便会搜寻网络，如果它没有搜索到同步信息，就不能同 步上中转台，于是终端就会从高层产生一个激活信令，发送出去之后继续搜寻试 图同步上中转台。 在移动台收到呼叫应答之后，就会开启麦克风，然后从高层产生一个语音头，、 它在每6 个语音帧所组成的超帧中的a 帧前发送一次。 5 ) 语音结束信令 在每一个语音超帧结束后都会产生一个语音结束信令，逐层向下传递并发送 出去。 3 2 2 中转台呼叫控制层协议分析 1 中转台的时隙工作 中转台作为第二阶段的关键设备，它的工作流程如下所示：首先中转台处于 休眠的状态，处于这个状态时任何的信令都不进行处理和转发，只要对收到的信 令判断否为c s b k 中的激活信令，若是则激活中转台，并且开启激活定时器，然 后根据中转台是双时隙还是单时隙进行处理。当为单时隙的时候，则信道状态就 变为等待，此时如果收到的信令为c s b k 类型那么中转台就保持信道等待状态不 变。如果收到的是发送语音帧等其他的信令，比如开始转发信令，那么就进入时 隙转发状态，直到收到语音转发结束信令，则进入呼叫等待状态。如果在呼叫等 待超时之前都还没有收到语音头信令中转台就进入休眠状态，否则若收到转发信 令则进入时隙转发。 d m r 协议中的中转台可以在单时隙和双时隙下工作。双时隙的工作情况其实 就是两个单时隙同时工作，所以我在这里只讨论双时隙工作，如下图3 4 所示：基 站被激活之后两个信道将都处于信道等待状态，每个时隙都是通过呼叫控制层来 对应处理的。如果中转台只是收到时隙1 的信令或者是时隙2 的信令，那么时隙l 2 4 d m r 中转台转发协议的研究与实现 或者时隙2 就进入转发状态，如果收到呼叫结束信令，则查看是对应的是时隙1 还是时隙2 ，之后就重新开启激活定时器，任何一个时隙再次进入等待状态，如果 同时收到转发信令则中转台就进入时隙转发状态，直到时隙l 和时隙2 的呼叫信 令都结束。 图3 4 基站的双时隙转发流程图 2 中转台的高层状态 到同步，就会从高层产生一个激活信息，逐层发送激活中转台的激活信令。信令， 由高层产生，一层一层向下传递，在传递过程中会进行信令的编码、加冗余等， 再发送给中转台。处于休眠状态的中转台收到之后，对该信息判断是不是激活信 息以及是否是自己管辖范围内的移动台，如果中转台检测所有信息都符合条件， 它就会被激活。激活之后就在自己的空闲信道上发送空闲i d l e 信令。如果移动台 按下p 订，那么就会产生呼叫请求。与发送激活信令一样，呼叫源逐层传递呼叫 请求信令，按照l b t 协议进行网络接入，如果收到空闲信令，那么就说明有空闲 信道存在，就会发送呼叫请求信令。当中转台收到呼叫请求信令之后，继续在该 信道上发送空闲i d l e 信令直到收到语音头为止。此时信道的高层状态也不会改变， 一直处于信道等待状态。 2 ) 呼叫请求信令 移动终端发送呼叫请求存在次数限制，因此就可能会有以下两种情况发生， 第一种是等于最大重呼的限制，在寻找空闲信道时间内没有找到空闲信道后，就 会宣告呼叫失败，于是会从底层向高层返回一个信令，信令所代表的含义是没有 c s b k 类型的呼叫应答回复：第二种是小于最大重呼极限，在上一次由于没有找到 空闲信道而发送失败后移动台就会再次开启寻找空闲信道计时器寻找空闲信道。 此时如果找到空闲信道，就会将呼叫请求信令发送出去，但是如果目的移动端不 接受拒绝了呼叫也就导致呼叫失败，此时如果收到呼叫应答信令那么就说明目的 端接受该呼叫，则此信令将会被传递到呼叫控制层，呼叫控制层会打开麦克风允 许开始通话，于是宣告呼叫成功。 中转台被激活之后，就会一直处于信道等待状态，这时如果它收到c s b k 类 型的信令，逐层送到高层，高层判断出帧类型之后，信道状态就转变为转发状态， d m r 中转台转发协议的研究与实现 直接进行发送。对于呼叫应答信令，中转台收到之后也是运用同样的转发方法。 3 ) 呼叫应答信令 目的移动终端收到呼叫请求信令后先将信令送向呼叫控制层，由高层判决是 否是寻找自己的信令，然后产生相应的应答信令，如果收到的呼叫请求信令的目 的端i d 和自己不符就会产生拒绝应答信令，否则产生允许信令，最后按照l b t 协议发送到网络。同样和移动端发送呼叫请求一样先侦听信道，检测是否存在空 闲信道，在寻找空闲信道计时器的规定时间内没有找到的话就看是否有排队机制 如果有则在排队等待计时器规定时间内等待，等待之后如果找到那么就发送出去， 否则发送失败。 4 ) 语音头的发送和转发 语音头是在每一个语音超帧之前发送的初始帧，在发送语音帧之前移动终端 都在语音帧前面加一个语音头，中转台收到语音头信令之后就结束发送空闲信令， 信道状态由信道等待转变成转发状态。每隔一个语音超帧和语音结束信令周期， 把语音头信令向高层发送一次。移动台在呼叫结束的时候，如果一个语音超帧还 没有发送完，发端移动台必须自行补充一个完整的语音超帧，才能发送语音结束 信令。然后目的移动台接收到信令之后，跟收到其他的控制信令一样，判断帧类 型和目的i d 是否和自己相符，然后打开麦克风，高层状态变为被呼确认状态。 5 1 语音结束信令 语音结束信令是在每一个语音超帧的后面追加一个结束帧，它的发送过程大 致和发送呼叫请求信令相同，中转台在收到语音结束信令的时候，高层的状态会 从转发状态变为呼叫等待状态，同时打开呼叫等待计时器，在计时器没有溢出之 前不断的发送，在计时器溢出或者收到语音头信令则会停止发送语音结束信令， 如果是计时器溢出，信道状态就会变成信道等待；如果是收到语音头，就会按照 收到语音头的流程处理。 6 ) 中转台从激活转变到休眠 在呼叫等待过程中会开启一个呼叫等待计时器，如果在这个计时器溢出之前 都没有收到语音帧，那么中转台的高层就进入信道等待状态，同时会开启信道等 待计时器，在空闲信道上发送i d l e 信令，同样如果在信道等待计时器溢出之前没 有收到呼叫请求信令，中转台就会往高层发送休眠信令，收回下行链路，这时中 转台就进入休眠状态。 3 3 中转台主要信令的构成及其编码 为了使第二阶段可以使用第一阶段研发的产品，在设计时有意将其与第一阶段 的端机设计保持一致，这样既易于做实验也缩短了研发的时间。因此在这里没有 第三章转发模式下d m r 控制层协议分析 专门的设置激活信令，当中转台收到发端给它发的呼叫请求信令的时候即默认为 它被激活。 首先a 想呼叫b ，则需要a 先发送一个呼叫请求，该信令的格式，协议规定 如下： i n f o r m a t i o ne l e m e n t l e n g t h r e m a r k m e s s a g ed e p e n d e n te l e m e n t s l a s tb l o c k ( l b )1t h i sb i ts h a l lb es e tt o1 2 p r o t e c tf l a g ( p f )1 f e a t u r ee l e m e n t s c s b ko p c o d e ( c s b k o )6s h a l lb es e tt o0 0 0 1 0 0 2 f e a t u r es e ti d ( f i d )8s h a l lb es e tt o0 0 0 0 0 0 0 0 2 s e r v i c eo p t i o n s8 r e s e r v e d 8a l lb i t ss h a l lb es e t t o0 2 t a r g e ta d d r e s s 2 4 s o u r c ea d d r e s s2 4 图3 6 呼叫请求p d u 由图3 6 得出所对应的信令编码是 1 ，0 ，0 0 0 10 0 ，0 0 0 0 0 0 0 0 ， 0 0 0 0 0 0 0 0 ，0 0 0 0 0 0 0 0 + 2 4 位的目的地址 + 2 4 位的源地址 。一奄，t ! 7 ：，+ j +-，。i