（通信与信息系统专业论文）集群通信基站子系统中控软件设计与实现(1).pdf

晴尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘要 集群系统是一种应用广泛的专用移动通信系统，有着很大应用前景，国 外对此系统的开发已处于数字集群阶段；国内现以模拟集群系统为主，并在 不断地提出和发展适合中国国情的集群基站子系统。本论文在现有集群系统 的基础上，针对特定的情况提出了集群系统基站子系统，并对该系统的中央 控制单元软件( 简称中控软件) 进行了设计和调试。 本文分析了基站子系统所采用的m p t - 1 3 2 7 数字信令，它是集群通信的 保证，规定了集群系统控制器和用户无线单元之间的通信协议准则。并在此 基础上添加了内部传输信令，它是为完成基站子系统无线用户和主系统用户 之间的通信协议。本文还分析了随机持续协议a l o h a 协议。为了扩展系统 覆盖区域，在不改变原有集群系统配置的条件下，设计了一种可以独立工作 的基站子系统。本文阐述了基站子系统不同于一般集群系统的特点及相关技 术，当基站子系统不与外界通信时，基站子系统可以独立地完成本系统覆盖 区域内的调度通信；当需要扩大主系统覆盖区域时，可通过工作在主系统频 段内的中继信道控制单元将基站子系统作为主系统的用户终端接入主系统， 并通过主系统进入其它通信网络。接着从基站子系统的组成结构入手，进行 了系统方案的设计，确定了基站子系统各个部件的技术要求，明确了基站子 系统的功能、系统硬件结构、中继功能，以及系统所要达到的技术指标。 基站子系统的突出特点是既可以独立运行，又可以作为主集群系统的终 端进入主集群系统。本文根据研制的技术要求，分析制定了基站子系统中央 控制单元设计的总体方案、程序设计思想及结构，重点描述了中控软件的设 计与实现过程，给出了中控软件的总流程图，同时对软件的编程所涉及的内 容也做了简单介绍。 最后对中控软件进行了系统调试，证明了它的可行性。 基站子系统可以有效地扩大无线通信系统覆盖区域，解决“盲区”等实 际问题，因此具有重要的现实意义和“阔的市场前景。 关键词集群通信；基站子系统；中央控制单元；m p t - 1 3 2 7 信令 窒尘堡三些奎兰三兰堡圭兰篁丝兰 a b s t r a c t t h e t r u n k i n gs y s t e m i sa n e n c y c l i c a la p p l i c a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s s y s t e m ，i th a sal a r g ea p p l i c a t i o nf o r e g r o u n d ，a b r o a dt h ed i g i t a lt r u n k i n gs y s t e mi s d e v e l o p i n g ，i nc h i n a t h es i m u l a t et r m a k i n gs y s t e mi st h e p r i n c i p a ls y s t e m ，b e s i d e sw e c a r r yo u ta n dd e v e l o p t h et r u n k i n gs y s t e mt h a tf i t st h es i t u a t i o no fo u rc o u n t r y h e r e a tt h eb a s eo ff o r m a lt r u n k i n gs y s t e mw e p r o d u c e b a s es t a t i o ns u b s y s t e mt h a tf i t sf o r s p e c i a li n s t a n c e ，a l s ow ed e s i g na n dt e s tt h e c e n t e rc o n t r o lc e l l s o f t w a r e ( c e n t e r c o n t r o ls o f t w a r ef o rs h o r t ) o f t h i ss y s t e m t h i sa r t i c l es h o wt h em p t - 1 3 2 7s i g n a l i n gb a s es t a t i o n s u b s y s t e mu s e s ，t o a s s u r et h ec o m m u n i c a t i o n sb e t w e e n s y s t e m s ，w h i c hs e t t i n g ac r i t e r i o no ft h e c o r r e s p o n d e n c ea g r e e m e n tb e t w e e nt r u n k e ds y s t e mc o n t r o la n dr a d i ou n i t i t a l s oa d d st oi n s i d et r a n s m i s s i o ns i g n a l i n g ，w h i c hi st h ec o r r e s p o n d e n c ea g r e e m e n t b e t w e e nb a s es t a t i o n s u b s y s t e m a n dm a i n s y s t e m u s e r s t h i sa r t i c l ea l s o i n t r o d u c e sa l o h a a g r e e m e n t t oe x t e n dt h ec o v e r i n ga r e a ，w ed e s i g nak i n do f b a s es t a t i o ns u b s y s t e mt h a tc a nw o r ki n d e p e n d e n t l yb a s e do nn o tt o c h a n g et h e d i s t r i b u t i o no ft h eo r i g i ns y s t e m s t h i sa r t i c l ee x p l a i n sw h a tt h ed i f f o r e n c ea n d c o r r e l a t i o n t e c h n i q u e s a r eb e t w e e nb a s es t a t i o n s u b s y s t e m a n d g e n e r a l t h e t r u n k i n gs y s t e m w h e nt h eb a s es t a t i o ns u b s y s t e md o e sn o tc o m m u n i c a t ew i t h o t h e r s y s t e m s ，i t c a nd e a lw i t hc o m m u n i c a t i o n sa n dd i s p a t c h i n gi ni t s s i g n a l c o v e r i n ga r e a t h r o u g ht h ec h a n n e lr e l a y u n i tb a s es t a t i o n s u b s y s t e mc a nb e c o n n e c t e di n t ot h em a i ns y s t e ma sau s e ra n dt h e nc o n n e c tw i t ho t h e rn e t w o r k s t h r o u g ht h em a i ns y s t e m s t a r t i n gw i t ht h es t r u c t u r eo fb a s es t a t i o ns u b s y s t e m ，i t d e s i g n s t h e s y s t e mp r o g r a m a n dd e f i n i t et h et e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n o ft h e a s s e m b l yp a r t so f b a s es t a t i o ns u b s y s t e m i ti d e n t i f i e st h ef u n c t i o no fb a s es t a t i o n s u b s y s t e ma n ds y s t e mh a r d w a r es t r u c t u r e ，t r a n s l a t i o nf u n c t i o na n dt h et e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n t h a tt h es y s t e ms h o u l da c h i e v e d t h eo u t s t a n d i n gc h a r a c t e r i s t i c so fb a s es t a t i o n s u b s y s t e ma r ei t si n d e p e n d e n t w o r k i n ga n db e i n gau s e rf o rm a i nt h i n k i n gs y s t e mw h e nb a s es t a t i o ns u b s y s t e m c o m m u n i c a t i o n 谢1o t h e rm a i n t r u n k i n gs y s t e m i nt h i sa r t i c l e c l o s e l ys u r r o u n d i n g t h et e c h n i c a ld e m a n dt h a tt h i si t e mc a r r i e so u t ，w ep l a nt h ew h o l e d e s i g np r o j e c ta n d p r o g r a mc o m p o s i t i o nt h o u g h to fb a s es t a t i o ns u b s y s t e m m o s t l yw es u b s c r i b et h e i i 哈尔滨工业大学丁学硕十学位论文 p r o c e s s o fi t sm a i nc o n t r o l s o t b _ v a r e ，a tt h es a m et i m ei n t r o d u c i n gb r i e f l y t h e p r o c e d u r e o fs o f t w a r ep r o g r a m m i n ga n dt h ec o n t e n tc o n c e r n e d l a s t ，w et e s tt h em a i nc o n t r o ls o f t w a r e sp e r f o r m a n c e o fb a s es t a t i o ns u b s y s t e m a n d p r o v e i t sf e a s i b i l i t y i ti sm o r ef l e x i b l et h a nc o m m o nb a s es t a t i o n b e c a u s et h eb a s es t a t i o n s u b s y s t e mc a ne x t e n ds e r v i c ea r e ae c o n o m i c a l l ya n de f f i c i e n t l y , i th a si m p o r t a n t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n d w i d em a r k e t f o r e g r o u n d k e y w o r d st r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n s ，b a s e s t a t i o ns u b s y s t e m ，t h ec o n t r o lc e n t e r m p t - 13 2 7t r t m k i n gs i g n a l i n g 1 1 1 晴尔滨工业大学t 学顺士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题背景及研究意义 集群通信系统，是一种高级移动调度通信系统，代表着通信体制之一的 专用移动通信网发展方向。c c i r 称之为t r u n k i n gs y s t e m ( 中继系统) ，为 与无线中继的中继系统区别，自1 9 8 7 年以来，更多译者将其翻译成集群系 统。 所谓集群通信系统，即系统所具有的可用信道可为系统的全体用户共 用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服 务的多用途、高效能的无线调度通信系统【2 】。 传统的专用移动通信系统指的是应用于某个行业或某个部门内以调度指 挥为主要特征的移动通信系统。这种通信方式顺其发展过程来看，从一划一 单一对讲开始，到单信道一呼百应且进一步到选呼系统，后来发展成多信道 自动拨号系统，它们的主要特点在于信道是“专有”的，也就是说通话过程 中用户使用的频率是固定的，这就导致一旦用户选择了某信道，那么它的通 话就只能在这一信道上，直至通话结束；如果这一信道已被其它用户占用， 则它就不能选择其它空闲信道，从而出现阻塞。由此可见，传统的专用通信 系统频率利用率低，而导致通信质量降低。 针对上述专用移动通信系统中存在的缺点，就产生了高层次的专用移动 通信形式集群通信系统。 集群通信系统信道的配置方式有三种：消息集群、传输集群、准传输集 群。消息集群是指在整个调度通话期间自始至终占用一个无线信道。信道未 被充分利用、效率较低。传输集群中用户的通话是以对讲为单位来申请和占 用信道的，一个完整的通话过程可能要分几次在几个不同的信道上完成，在 通话双方对话之间的暂停可以被其他用户占用，进一步提高了频率利用率和 信道利用率。传输集群方式是集群通信系统的主要手段 3 1 。准传输集群兼顾 信息集群和传输集群的优点缩短了“脱网时间”。本论文集群系统基站予系 统选用的是消息集群。 集群通信系统的信道控制方式有两种：专用信道控制方式，也称集中控 制方式；非专用信道的分布控制方式，也称分散控制方式。集中控制方式的 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 系统，它采用一条信道作信令信道，并且必须由系统控制中心集中控制和管 理，处理呼叫请求和分配空闲信道。分布控制信道方式的系统称为随路控制 信令系统，也称为亚音频控制信令系统，每个信道既要传输话音，又要传输 信令【3 。在信道数少时，分布控制方式信道利用率较高，可靠性较高，设备 成本低且易开发，但调度功能少，不易联网，只能作为信道数较少( 5 1 0 信道) 单区小容量的一般专业调度用 4 j 。 随着半导体技术和计算机技术的发展以及生产工艺的提高，数字设备集 成化程度以及计算机处理能力和处理速度的大幅度提高，数字信令技术已在 各种通信系统中获得越来越广泛的应用，通信的各个方面也在逐步向数字化 方向发展，数字信令技术最终将完全取代模拟信令技术。集群通信的国际标 准信令m p t - 1 3 2 7 信令因此应运而生。m p t - 1 3 2 7 数字信令是英国邮电部8 5 年公布的标准，通常利用专用信令信道传输。它具有标准化和公开化特点， 世界上许多国家和公司都采用这种信令开发了各种集群移动通信系统【5 】。如 n o k i a 公司的a c t i o n e t 集群移动通信系统、澳大利皿的a p t - l i n k “智灵”集群移动通信系统等都是采用的m p t - 1 3 2 7 信令 3 l 。m p t - 1 3 2 7 数 字信令主要优点：传输速度快、编码数量大、电路易于集成化、设备易于小 型化、便于计算机处理、容易实现通信加密、抗干扰能力强、能实现真正的 再生和重现【6 】。这对于覆盖区域很大的多系统网络来说是非常重要的一个特 性。 另外，我4 1 知道，单独建立一个集群系统，是需要很大的费用的，尤其 是无线集群系统还需要占用一定的频谱资源，当扩大系统覆盖范围和对原有 系统进行扩容时，必须对现有系统做整体上的改动，还必须重新规划信道频 率，调整发射功率，造成系统扩容不便。 集群移动通信系统有它特殊的功能，如通信调度、指挥等；同时对系统 内的用户有较强的优先级别管理功能，但不能满足一些突发性、暂时性和机 动性的通信需求，有些地区对调度通信的需要是突发性和暂时性的，没有必 要建立一个长期的固定基站。例如在某一地区抢险救灾，或是建设施工时， 这时的调度通信需要就是突发性和暂时性的。对于没有集群通信覆盖的地 区，这样的通信需求是现有系统无法实现的。同样，对于军队等一些机动性 很强的部门，现有的集群系统在覆盖的盲区是无法满足这种机动性的需要 的。 所以，如建立一个能独立运行的可移动式基站子系统，同时本基站予系 统又可以主系统的用户终端身份进入主集群网络，与主系统的用户进行通 哈尔滨 j 业大学工学硕士学位论文 信，则可以既减少了投资，从某种程度上又扩大了集群系统的服务范嗣j 。 这种配置方式，可以在不对原有集群系统做任何修改的情况下，扩大服务覆 盖区域，同时对于基站子系统内部的用户可以进行自动或人工刷新和设置。 而且，基站子系统也可以建立在汽车上，这样就可以做到在任何情况下，快 速地建立通信指挥中心，如需要还可以快速移动基站子系统【6 j 。基于这些设 想，并结合我们已经没计并运行的采用m p t - 1 3 2 7 国际标准的系统，同时考 虑系统向数字化过度的需要【f 7j ，我们提出了集群系统基站子系统的设计。 1 2 集群通信系统的发展现状 1 2 1 集群专用移动通信技术的进步 早期的专用移动通信是由对讲机构成，8 0 年代发展成为大区制覆盖的 单频道单基站系统，随后发展成为多频道单基站系统。在引入多频道共享技 术之后，于1 9 8 5 年发展成为第一代模拟集群调度系统，即多频道共享的单 基站或多基站调度通信系统，并于1 9 8 7 年商业化。第一代模拟集群系统的 贡献在于：频率、设备、服务的资源共享，费用分担和系统的集中维护与管 理。在单工通信方式下，利用多频道共享技术实现了“消息集群”和“传输 集群”，提高了频道利用率i l j 。 随着引入数字化技术，产生了第二代的数字集群通信系统。它的频谱利 用率比模拟系统大大提高，因而，数字集群系统具有更大的系统容量 ”。目 前，具有调度功能的数字移动通信系统有欧洲的t e t r a 系统、 m o t o r o l a 的i d e n 系统、欧洲的g s m r 系统、以色列的f h m a 系统， 它们都是基于t d m a 多址方式系统【8 l 。 1 2 2 国际集群通信系统的发展现状 自7 0 年代国外开始研究集群通信系统以来，在各国的共同努力下现已 研制和生产有多种集群通信系统 8 】，如芬兰n o k i a 公司的a c t i o n e t 系 统、美国m o t o r o l a 公司的智慧网、爱立信g e 公司的d a c s 系统、日 本n e c 公司的m c s 系统、新西兰的t a i t 系统、香港泰和公司的a p t - i a n k 系统、荷兰飞利浦公司的t n 2 0 0 系统【9 l 、英国马可尼公司的集群系 统、美国e f j o h n s o n 公司m u l t i n e t 网等。 哈尔滨t 业大学工学硕士学位论文 m o t o r o l a 系统采用高速数字信令，具有较强的故障弱化功能，信道 利用率高。m o t o r o l a 系统的控制信道在话音信道都被占用时，也可做为 话音信道。m o t o r o l a 公司的s m a r t n e t 采用专用控制信道，系统由中 央控制器集中控制管理 1 。而e f j o h n s o n 公司的集群移动通信系统 则采用随路信令，分布处理，分散控制方式，不用专门控制信道和系统控制 器，具有充分利用信道和入网时间短的特点。但这些系统要组成宽区大网， 仍需增加网络控制终端或网络管理终端。e f j o h n s o n 公司的 m u l t i n e t 系统，通过r n t ( 无线网络终端) 可把各种通信方式的系统如： 不同频段的系统、集群与常规系统、有线和无线系统组合在一起，形成完整 的大网。e f j o h n s o n 和u n i d e n 系统，由于采用随路信令信道配置 方式和低速亚音频信令，系统中所有信道都可作为话音信道使用，对中小规 模的系统有显著的优势1 1 1 1 。n o k i a 、t a i t 和u n i l a b 系统，由于采用的 m p t _ 1 3 2 7 信令在技术上比较成熟，是公开信令，并有为该信令体制而生产 的专用集成电路芯片，因此便于开发生产。 n o k i a 的a c t i o n e t 系统和澳大利亚u n i l a b 的集群移动通信系统 是采用开放的英国m p t _ 1 3 2 7 信令标准的集群移动通信系统【6 】。它是以移动 交换机为中心，连接基地台、控制点构成的网络，交换机易于实现无线网与 p a b x 、p s t n 以及控制点( 调度台) 连接，是从组大网的方面考虑的，采用 专用控制信道方式，几个交换机互联可构成宽区覆盖的大网，结构灵活、易 于扩展，可构成区域网、全国网 1 。其中u n i l a b 集群移动通信系统是以 五信道为基本系统的小网结构，它是将交换控制器、转发台、天馈系统以及 电源都安装在一同柜中，易于开发、安装方便、价格低廉。 e r i c s s o n g e 公司的d a c s 系统，办由基本系统1 6 w e e t 系统发展 而成1 6 p l u s 系统，统称为d a c s 系统，是一种先进的数字集群移动通信 系统【” 。系统性能超过美国警察通信协会a p c 0 1 6 要求，利用高速数字信 令( 9 6 0 0 波特) 可进行数据通信( 9 6 0 0 b i t s ) ，入网时间短( 约2 6 m s ) ，话 音可数字加密等，采用集中控制和分布处理相结合方式，具有较好的故障容 限，很适合于公共安全和军队的调度指挥用 8 1 。 现代社会对集群通信系统的需求，促进了集群通信系统的发展，集群通 信系统既可以作为公众服务移动通信系统，在大、中城市为用户提高移动电 话业务，也可以针对某些政府部门、工厂、企业的通讯要求建立专业移动通 信系统。因此，集群通信系统在西方发达国家使用率超过蜂窝通信系统，国 际上出现了集群系统热。专业集群系统在美国从1 9 7 9 年到1 9 8 5 年年平均增 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 长率为1 0 4 ，日本为4 0 5 0 ，欧洲国家近年来发展更为迅速【l “。1 9 9 6 年3 月摩托罗拉公司在新泽西, k l - f 安装了全球第一套t e t r a 系统，1 9 9 7 年6 月开通全世界第一套实际运营的多站的t e t r a 系统【l ，南非丌普敦市以 t e t r a 技术为基础，已经实施了全南非第一套数字式双向无线电通讯基 础、数字式双向无线电通讯基础设施 1 4 1 。t e t r a 是一个全公开国际标准， 具有集群通信、非集群通信、直接通信工作模式等特点。提供的服务包括： 话音、电路方式的数据、短数据报文及分组数据，当移动台超出移动网的覆 盖区时，提供移动台与移动台间的直接通信【l ”。在集群通信方式下，采用4 时隙2 5 k h z 的t d m a 多址方式，其信息速率为1 9 2 k b i t s ，传输速率为 3 6 k b i t s 1 1 6 。 1 2 _ 3 我国集群通信系统的发展现状 我国集群通信的发展起步较晚，我国第一个集群通信系统是1 9 9 0 年7 月在上海开通的，同年九月在北京亚运会前也开通了集群通信系统，有 1 0 0 0 多个用户，系统设备均是从m o t o r o l a 公司引进的。北京电视台 8 0 0 m h z 集群通信系统采用的是爱立信g e 公司的d a c s 系统 1 7 】。陕两省于 1 9 9 0 年1 0 月开通了u n i d e n 公司的f a s t 集群通信系统i i 。系统 设备是从国外引进的。但随着我国经济的高速发展，对集群通信系统的需求 在不断增长，目前我国也出现了集群通信热，1 9 9 2 年国家无线电管理委员 会又将8 0 6 8 6 6 m h z 频段划为8 0 0 m h z 集群通信系统使用，并对6 0 0 个信 道进行了严密科学的规划。 目前，我国的集群移动通信仍以模拟集群为主，数字集群正在试验阶 段。摩托罗拉与湖北全通电讯在武汉建设的8 0 0 兆t e t r a 数字集群技术试 验网通过了信息产业部国家无线电监测中心组织的验收评审，成为国内最稳 定、最成功的同类技术试验网之一。我国的t e t r a 数字集群通信已经从技 术试验阶段开始步入运营阶段【l ，中国的数字集群应用正在走向“成年”。 此外，我国信息产业主管部门于1 9 9 7 年成立了中国数字集群联合体。2 0 0 0 年6 月，信息产业部科技司指示下，以哈尔滨工业大学通信技术研究所为首 的数字集群移动通信系统总体组成立，这不仅说明我国丌始了研制自己的数 字集群，而且表明我国的集群发展更上了一个台阶。 集群通信系统是指挥调度通信的较高阶段，它采用微机控制通信，只要 增加或修改软件就能实现所需的各种功能，其发展趋势可大致归纳为以下几 哈尔滨工业人学工学硕十学位论文 个方面【1 9 j ： 1 开拓新频段、提高频谱利用率。 2 集群系统体制向规范化、国际标准化发展。发展已有下列趋势：信 道控制方式趋向采用集中控制方式或集中与分布控制相结合的方式；集群方 式趋向准传输集群方式；信令方式推荐为m p t - 1 3 2 7 ；网络结构已从单一基 本系统向区域网结构发展，并将基本系统和网络结构相结合。 3 设备向程控化、智能化和超小型化方向发展。 4 增加保密措施，提高集群系统的保密性。 5 向数字化方向发展。各种移动通信系统向数字化方向发展，在不久 的将来集群系统的数字化将成为主流。 1 3 本课题主要研究内容 本课题研究的主要内容就是集群系统基站子系统中央控制单元软件 ( 以下简称中控软件) 的设计与实现，基站子系统中控软件中本地用户之问 的通信部分可应用集群系统基站的原中控软件，在此基础上添加基站子系统 无线用户与主系统用户之间的通信过程的软件设计。 本课题准备采用建立实验室样机系统的模式，在已经研制的m p t - 1 3 2 7 集群系统的基础上，对硬件模块进行重新设计，同时对于可以重复利用的模 块，则直接利用；在软件与系统控制上，则采用理论设计与实际调试相结合 的方式。 1 4 本论文结构 本文第2 章，分析了集群系统信令技术，包括m p t - 1 3 2 7 数字集群信令 和内部传输信令；第3 章分析基站子系统的方案、结构，确定了系统功能及 主要的技术指标；第4 章描述了系统中控软件的设计思想、程序设计与实现 过程，分析得出了中控系统功能流程图，阐述了基站子系统与主系统之间的 呼叫过程，并介绍了软件模块调试过程。本文最后给出了结论，对木课题的 工作和成果做了总结。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第2 章集群系统的信令技术分析 手持机开放式对讲通信中，无须传递任何形式的信令，调谐于同一频点 上的任何一部手持机均可随时以按讲方式发射讲话并能随时接收到其他任何 手持机的发射信号，整个信道处于一种不需进行交换的，无序的自然状态。 而无线集群系统的通信方式则不同，由于采用了信令技术，信道由系统控制 器统一进行控制和管理【2 w 。当任何一部移动台需要发起呼叫时，必须首先 通过a l o h a 信令向系统控制器发出申请，系统控制器根据信道的忙闲状态 和用户档案情况动态的协调发出是否接续的信令。也就是说通过信令的传递 和交换能有效的管理用户和实现灵活多样的使用功能。这样也有利于将有限 的频率资源得到最大限度的利用【2 ”。 一个无线通信系统通常应具有三类信令：无线控制器与有线网之间的信 令，无线控制器与无线基地台之间的信令，无线控制器与无线移动台之间的 信令。集群通信系统如果要能迅速，可靠而又井然有序地管理和控制好大量 移动台的接续，最优化的分配信道，必须具有最完善的信令系统f ”1 。如果 说对移动台的接续进行快速的动态控制和管理是集群通信系统最重要的职 能，那么信令则可以说是集群通信系统实现和完成其控制管理任务的必备手 段。没有正确的信令传递，将不可能迅速可靠地建立起来正常的调度通信， 更不可能实现大型网络的有序运行。所以信令的优与劣是衡量一个集群通信 系统至关重要的一个因素1 2 ”。 按信令的传输方式分：共路信令和随路信令。 共路信令：共路信令方式采用专用控制信道传送信令。其优点是信令 传送速度快，电路容易实现，适用于信令传送量较大的大中型无线通信网或 系统。 随路信令：随路信令方式是在一个话音信道中利用话音以外的亚音频 传送信令，不单独占用信道，这种方式的优点是节省信道，缺点是接续速度 慢，适用于信道数少、信令传送量不大的小型系统。 按信令的信号形式分：模拟信令和数字信令。 按信令的功能分：状态标志信令、拨号信令、控制信令。 数字信令应用很广泛，基站子系统利用的是m p t i3 2 7 集群标准数字信 令。 2 1m p t _ 1 3 2 7 信令 2 1 1m p t - 1 3 2 7 信令的特点 m p t - 1 3 2 7 是一种为集群专用陆地移动无线网公开化的信令标准，在该 标准中，规定了集群系统控制器t s c ( t r u n k e d s y s t e m c o n t r 0 1 ) 和用户无线荦 元r u ( r a d i o u n i t ) 之间的通信协议准则。协议可用于多种系统，这些系统小 到只有几个无线信道( 甚至仅有一个信道系统) ，大到可以由多个集群系统控 制器组成的网络3 1 。 m p t - 1 3 2 7 信令是在8 0 年代末以英国为主起草颁布的，它具有组网灵 活，编码容量大，传输速率高，接续速度快，抗干扰能力强，动态分配信道 效率高，增加系统的用户容量等一些列优点 2 ”。 2 1 2m p t - 1 3 2 7 信令的格式 m p t - 1 3 2 7 信令的基本格式是以1 2 0 0 b i t s 的比特率使用快速频移键控 f f s k 副载波调制方式发射，它是为异频半双工无线单元和全双工集群移动 通信系统控制器t s c 设计的阱1 。建立呼叫的信令在一个信道中传输时，在 集群系统控制器t s c 中解决信令信道上“碰撞”问题的方法，是采用既稳 定又灵活的动态帧长时隙a l o h a 协议【2 5 1 。 信令的基本格式如下： l e tp r e a m b l em e s s a g eh 链路建立时间收发同步头信令数据挂机信号 在用户台发射的多信令中，有至少1 6 b i t 校验位。在控制器发射的多信 令数据中，比特反转位根据需要插在信令数据之间。所有比特反转的最后两 个比特均为0 0 。信令数据是信令的主体，应由一个码字同步串、一个地址 码字和一个或多个( 视需要而定) 数据码字组成，任何码字的长度均为 6 4 b i t ，即半个时隙。 信令数据的格式如下 c o d e w o r dy n c a d d r e s s s e q u e n c i c o d e w o r d d a t ac o d e w o r 码字同步串地址码字数据码字 i 6 b i t6 4 b i t6 4 b i t 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 码字是集群通信系统中传递信令的基本单位，由6 4 位二进制数组成， 其中4 8 位为信息位，后1 6 位为校验位，共占用半个时隙。码字共有两种： 地址码字和数据码字。信息位首位为1 则表示是地址码字，首位为0 则表示 是数据码字。第2 到4 8 位分别包括1 5 位系统识别码，1 6 位信息码，还有 1 6 位前置码。4 8 位以后为校验位，编码采用特殊的b c h ( 6 3 ，4 8 ) 循环码 加1 位奇偶校验位。 首位第2 到4 8 位4 8 位以后 l0 或il信息位l校验位f 能检测到所有的奇数位错误和5 位随机错误或1 6 位长的突发错误，可 以纠正两位随机错误和检测3 个错误或一组4 位长的突发错误等，不需要重 发【2 6 1 。 由于地址码字和数据码字的字长均为6 4 b i t ，因此，一条最简单的实用 信令长度应为1 2 8 b i t ，即仅含一个地址码字和一个数据码字，传递这条信令 的时间长则应该为1 0 6 7 m s ( 即1 2 8 b i t 与1 2 0 0 b i t s 之比) 。为了能在一个时 隙中恰好传递一条完整的信令，m p t - 1 3 2 7 信令标准规定控制信道的时隙长 度为1 0 6 7 m s 。 m p t - 1 3 2 7 信令中还包括长、短数据信息，可用来直接传输计算机数 据。 m p t - 1 3 2 7 是一种为集群专用陆地移动通信系统应用的信令标准。它规 定了集群系统控制器和用户无线单元之间的通信协议准则，协议提供了广泛 的用户设备和系统选择。但也可以只实现一部分适当的协议，也可以再将新 的规定加入到协议中，因而信令系统具有很强的扩充性【25 1 。 总之，集群通信系统要能迅速、可靠而又井然有序的管理和控制好大量 移动台的接续，最优的分配好已利用到极限的大量信道，必须具有最先进、 最完善的信令系统 2 “。 2 1 3 m p t - 1 3 2 7 信令的呼叫类型 1 话音呼叫：m p t - 1 3 2 7 信令的基本功能是提供话音通信，考虑到各 种不同的用户要求，m p t - 1 3 2 7 信令可以提供单呼、组呼、通播及电话互连 等多种类型的通信形式，但最基本的常规通信方式为组群呼叫方式。值得 提出的是，在通播方式下，只有主叫方可以讲话。 2 数据呼叫：考虑到有时需要发送一些已有的标准中没有做出规定的 堕! ：堡三些奎兰! ；兰堡圭兰堡芝耋 其它控制信令，m p t - 1 3 2 7 信令可以为移动用户提供采用数据呼叫方式发送 自行定义的一些信令或各种状态信息的用户功能，提高了系统的灵活性和适 应能力。而且，数据呼叫也可以设定普通等级或优先等级。 3 紧急呼叫：除普通优先级别外，m p t - 1 3 2 7 信令还提供级别最高的 紧急呼叫功能，以便在系统繁忙而无空闲信道时能优先处理紧急情况。紧急 呼叫可以优先分配通话信道，甚至可以在信道全部占用时打断正在进行的通 话，强行占用信道。 4 包容呼叫：呼叫建立后，在话务信道上可以再将其它用户或组加入 到本次呼叫的信道上。包容呼叫可被用于实现会议呼叫或呼叫转移。 5 状态信息呼叫：3 2 种不同的状态信息，可以通过信令信道在无线单 元之间被传送，其中两种信息的定义被指定用做“回叫请求”和“取消回叫 请求”，其余3 0 种状态信息用户可自定义。 6 短数据信息呼叫：m p t - 1 3 2 7 信令提供移动台与移动台之间、移动台 与集群控制器之间的简短数据传输功能，数据长度不能超过1 8 4 b i t ，可利用 控制信道的闲余时间发送。 2 1 4 m p t - 1 3 2 7 信令的系统功能 1 系统容量：m p t - 1 3 2 7 信令具有足够的编码容量，该信令规定：每 个用户台组均以2 0 位二进制数表示其地址。2 0 位地址分成两段，前一段长 7 位，用于表示前置码：后一段长1 3 位，用于表示系统标识码，集群控制 器向用户台发送g t c 信道分配信令格式中，表示被分配的信道的信道号的 位数为1 0 位。因此，不难得出系统所能表示得最大地址数应为1 ，0 3 6 ，8 0 0 个；系统所能表示的系统识别码最多可达到3 2 ，7 6 8 个；系统所能提供的信 道数量最多可达到1 0 2 4 个。m p t - 1 3 2 7 信令组网非常灵活，容量可大可 小，即可以是只有几个信道的小型系统，也可以是几十个信道容量的大容量 系统【2 5 】。 2 系统控制功能：m p t - 1 3 2 7 信令采用1 2 0 0 b i t s 的快速频移键控二次 调制方式，无线单元采用异频半双工，t s c 采用异频全双工方式。建立呼 叫的信令、系统的运行状况以及控制信道的改变都由控制信道以通播的形式 向全网发出。关于控制信道，m p t - 1 3 2 7 信令提供了两种选择：既可以采用 专用控制信道方式也可以采用非专用控制信道方式【2 ”。其区别在于：在专 用控制信道方式下，控制信道只能用于传送信令或简短数据；而在非专用控 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 制信道方式下，在所有其它信道均被占用时控制信道可用于话音或数据通 信。前者适合系统大、信道多的情况，后者适合只有几个信道的场合1 2 。 3 接续控制功能：由于两个或多个用户台同时发射时信令会发生冲 突，造成信令截收出错或丢失，影响系统控制器对信令的判别，m p t - 1 3 2 7 信令专门规定了一种稳定可靠、行之有效的接续控制规程【2 。为了系统利 用率，m p t - 1 3 2 7 信令规定系统控制器在收到主叫方的呼叫请求时，须检查 被叫移动台的状态以及被叫方使用者的状态，以保证不把信道分配给处于关 机状态、脱网状态或无人值守状态的移动台。一旦通话结束或通话期间移动 台释放p t t 键，呼叫维持信令会立即通知系统收回信道。为防止非法用户 接入系统，m p t - 1 3 2 7 信令标准规定集群控制器可随时要求任何一个移动台 发出其独有的标识码以便核对【2 。 4 排队功能：虽然集群通信系统大大提高了信道利用率、降低了阻塞 概率，但在系统余量小、用户又集中在同一时间使用时，仍会出现信道全被 占用的情况。对此，m p t - 1 3 2 7 信令规定，系统在无法立即连通呼叫时应采 用呼叫排队方式。同级别的用户台按先后顺序排队等候接续，具有优先权的 用户可以排在队伍的前面。 5 故障弱化功能：任何系统不管性能多么可靠，常年不间断的工作， 不可避免地要出现一些故障。m p t - 1 3 2 7 信令特别规定，当系统出现严重故 障无法以正常的集群方式工作时，应退回到常规通信方式。这时，各用户台 仍可以对讲方式工作，不过由于失去了基站的大功率转发功能，通信距离会 受到很大影响。 6 登记功能：为使集群控制器能有效地控制多站系统和网络，m p t - 1 3 2 7 信令规定r u 在漫游期间应向集群控制器登记其位置，以便集群控制 器根据信令数据中的系统识别码可以确定r u 所处的站址和系统。为了防止 非法的盗用r u 的i d 号码，系统设计了如下的可选功能，即r u 在登记 时，t s c 命令该r u 发送序列号( 出厂时一次性设定，具有唯一性和不可更 改性) ，以进行合法性复查。对多基站系统，各基站分别有独立的控制信 道。r u 在开机或基站切换时要发送位置登记，以便t s c 能随时掌握该r u 的确切位置【j 。 2 1 5 信道规则 m p t - 1 3 2 7 信令规定了t s c 和r u 在控制信道、话音信道上的基本规则 哈尔滨工业人学 学硕十学位论文 ( 包括信息传输，收发转换和信道切换) p “。 1 集群控制器的控制信道规则：每个基站至少要提供一个控制信道， 由于在控制信道上可能发生碰撞或干扰，所以当t s c 切换控制信道后应给 r u 留有足够的时间来重新锁定新的控制信道。如果使用广播信息，t s c 应 能控制声明的频率号，同时也可以广播其它系统的信令频率。当现在工作的 控制信道故障时建议通过m o v e 指令通知现锁定的r u 切换控制信道。 t s c 在控制信道上要随时接收r u 上发的信令，但要满足相应的定时要求。 当t s c 发指令r u 要求响应时，r u 应在满足随机接续协议时隙要求的定时 发送应答信息。 2 移动台的控制信道规则：当r u 没有获得话音信道时，要尝试锁定 控制信道。当r u 离丌话音信道时，要锁定上次锁定的控制信道，除非是 c l e a r 指定了要锁定的控制信道频率。r u 在没有接收到t s c 激活( 符合 的i d ) 前，不能向系统发送信息。当r u 在定时的时间内收不到同步序列 时应当自动离开当前控制信道，寻找新的控制信道。当r u 在控制信道上收 到的系统码字或低4 位频率号不对时，不能在上面发射，需要重新寻找。 r u 在随机接续协议规定的定时范围内发送信令【3 “。r u 在收到m o v e 或 g t c 时要在3 5 m s 内到指定的信道上，除非是接收不同p f i x 的呼叫，但也 必须在t s c 的信令结束后1 4 2 m s 内完成。 3 集群控制器的话音信道规则：t s c 在话音信道上应随时接收来自 r u 的信令信息。每次发送要留至少5 m s ( 6 比特) 的链路建立时间，并且 每次都要使用s y n t t 3 3 j 。t s c 在发送响应r u 的信令时，定时必须在5 2 比 特之后和n t 定时1 0 3 比特之前。 4 移动台的话音信道规则：r u 在话音信道上也要随时接收来自t s c 的信令，如果收到的是g t c ，在3 5 m s 内要转移到新的信道上。r u 发射要 有至少1 2 b i t 的建立时间，如果是未经同意的( 如包容呼叫) 至少要2 4 b i t ， 位同步1 6 b i t ，发射结束关发射机要在6 b i t 内将功