（电力系统及其自动化专业论文）tetra移动单元的软件结构及同步设计.pdf

四川i 大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) s o f t w a r ea r c h i t e c t u r e s y n c h r o n i z a t i o n a c q u i s i t i o ni nt e t r am o b i l er a d i o p o w e rs y s t e ma u t o m a t i z a t i o n ( m a j o ri nc o m m u n i c a t i o n ) p o s t g r a d u a t e ：c a ot i a n z h us u p e r v is o t ：l is h a n j u n t e t r ad i g i t a l t r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n s s t a n d a r di sak i n do f w i r e l e s s t r u n k i n g 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 b a s e do nt d m a t e c h n o l o g y ，t h es t a n d a r db u i i d su p o nt h el e s s o n sa n dt e c h n i q u e so f p r e v i o u sa n a l o g u e t r u n k e dr a d i o s y s t e m s a n dt h es u c c e s s f u l d e v e l o p m e n to fg s m t e t r as y s t e mas i n g l es t a n d a r d b a s e do p e ns y s t e m d e s i g n e db y e t s ii n c o n j u n c t i o n w i t hu s e r o r g a n i z a t i o n s ， m a n u f a c t u r e r s t e s t in ga n d g o v e r n m e n ta u t h o ritie s t os a tis f yt h e m o b i l ec o m m u n i c a t i o n sn e e d so ft h es p e c i a l i z e di n s t i r u t i o n si na 1 t h ee u r o p e a nc o u n t r i e s t h et e t r ad i g i t a lt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n s s y s t e m isa b l et op r o v i d ec o m m a n d ，d i s p a t c h ，d a t at r a n s m i s s i o na n d t e l e p h o n es e r v i c e s ，c a p a b l en o to n l yo fm u l t i g r o u pd i s p a t c h ，b u ta l s o o fp r o v i d i n gs h o r td a t am e s s a g es e r v i c e ，p a c k e td a t as e r v i c ea n d d i g i t i z e df u l ld u p l e xm o b i l et e l e p h o n es e r v i c e t h et e t r as y s t e ma l s o s u p p o r t sp o w e r f u ld m om o d ea n de n a b l e sa u t h e n t i c a t i o n ，a i ri n t e r f a c e e n c r y p t i o na n de n d t o e n de n c r y p t i o n m e a n w h i l e ，t h es y s t e m a l s oa c t s a sav p n e n a b l i n gap h y s i c a ln e t w o r kt os e r v em u l t i p l ei n d e p e n d e n l o r g a n i z a t i o n s t h a n k st ot h et e t r as y s t e m sr i c hs e r v i c ef u n c t i o n s ， h i g h e re f f i c i e n c yi nf r e q u e n c yu s e ，h i g hc o m m u n i c a t i o n sq u a l i t ya n d f l e x i b l en e t w o r k m o d e s ，m a n y n e w a p p li c a t i o n s ( s u c h a sv e h i c l e p o s i t i o n i n g ，i m a g et r a n s m i s s i o n ，m o b i l ei n t e r n e t ，d a t a b a s ei n q u i r y ， e t c ) c a nb em a d ep o s s i b ei nt h et e t r as y s t e m ， 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) t h et e t r ai so n eo ft h es t a n d a r d so fc h i n e s ed i g i t a t r u n k c o m m u n i c a t i o n sr e c o m m e n db yt h em i n i s t r yo fi n f o r m a t i o ni n d u s t r y ( m i i ) i tc a np r o v i d eas e r i e so fn e ws e r v i c e ，w h i c ha n a l o go n ed o e s n t s u p p o r t ，i n c h d ei nv o i c e ，d a t ea n d m a s s a g ef o rd m oa n dg r o u p s ，b y w h i c ht h eq u a l i t yo fc o m m u n i c a t i o ni sl a r g ei m p r o v e d t ot h ea n a l o g t r u n k i n gt e c h n i q u e ，t e t r ad i g i t a lt r u n k i n gs y s t e mw i l l b eag r e a t a d v a n c e m e n t t h ep a p e ri sa r r a n g e da sf o l l o w s f i r s t ，i ti n t r o d u c e s t h ec o r r e s p o n d i n gk n o w l e d g ea n dt e c h n i c a lr o a d m a po fd i g i t a lt r u n k i n g s y s t e m t h e n ，a n a l y z i n gt h e a r a c h i t e c t u r eo ft h es o f t w a r ei nt e t r a m o b il er a d i o ，a n dm o s tf o c u s i n go nt h es u b s c r i b e rs o f t w a r ed e s i g nf o r t h et e t r as y n ca c q u i s i t i o n a tl a s t ，s u m m a r i z i n gt h ed e s i g na n dt h e i m p l e m e n t a t i o n i nt h i sd i s s e r t a t i o n k e yw o r d s ：d i g i t a lt r u n k i n ge o m m u n i c a t i o n s t e t r aa r a c h i t e c t u r e o ft h es o f t w a r es y n c h r o n i z a t i o n 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 1 既 陀 1 1 课题的背景及意义 集群通信是移动通信中不可缺少的一个分支，它是实现移动中指挥调度 通信最有效的手段之一，也是指挥调度最重要的通信方式之一，是一种无线 专用调度通信系统。专用调度通信是很早出现的一种通信方式。它从对一 对讲机的形式、同频单工组网形式、异频( 双) 工组网形式以及进一步带选 呼的系统，发展到多信道自动拨号系统。而近十几年来，专用调度系统又向 更高层次发展，成为多信道用户共享的调度系统，这种系统即为集群通信系 统 1 2 】。 模拟集群系统信令标准mpt l3 2 7 于1988 年初正式公布。它 在世界上已标准化和公开化，协议提供了广泛的用户设备和系统选择，并具 有很强的可扩充性。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。模拟集群通信的应用非常广泛，包括公安系统、国家安全系 统、水利、交通、城建、电力、民航、铁路、海关系统和共用专业网等等。 目前，集群通信系统的发展正处在从模拟向数字系统转换的时期。 数字集群通信的技术基础是先进的数字移动通信技术，数字集群系统 在话音编码、调制、多址、组网等多方面采用的是当前最先进的技术：数字 集群系统有更高的频谱利用率，可以用相对不多的频谱组成一个很大的网 络；由于信号已经数字化，因而可以采用高密级的数字加密技术；数字集群 应用面广，可以通过一个移动终端完成电话、调度、数据、短信息等业务。 像公众移动通信网一样，数字集群也采用了各种数字信号处理技术和信道编 码技术，增强了抗干扰能力，具有较好的传输质量；同时可与p s t n 、p d n 以 及i s d n 所提供的业务兼容；由于系统也具有漫游、位置登记和越区切换等 功能，因而可跨区域组织全国连网。与公众移动通信网相比，集群系统接续 时间短，调度指挥不需要拨号，通话简练，并具备半双工，单工以及脱网直 接对讲功能；具有群呼、组呼、会议呼和优先、强拆强插等功能；有动态重 组功能，在紧急情况_ f 可以临时将几个系统进行指挥调度。 t e t r a 数字集群通信系统是一种基于数字时分多址( t d m a ) 技术的无线 集群移动通信系统。该系统是e t s i ( 欧洲通信标准协会) 联合使用部门、制 四j 1 l 大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 造两、检测部门乃至政府部门，为了满足欧洲各国的专业部门对移动通信的 需要设计、制订统一标准的开放性系统。t e t r a 数字集群系统具有丰富的服 务功能、更高的频率利用率、高通信质量、灵活的组网方式，许多新的应用 ( 如车辆定位、图像传输、移动互联网、数据库查询等) 都可在t e t r a 中得 到实现，因此，近两年t e t r a 数字集群系统在欧洲乃至世界得到了快速的发 展。 近年来中国的公众数字移动通信网取得了跨越式的发展，与之相比专用 调度集群通信的发展却十分缓慢，应当看到公众数字移动通信网并不能替代 专用调度集群通信网，尤其针对诸如军警、公、检、法等国家强力部门以及 些矿企业和公共部门的专业要求，更是公众数字移动通信网所力不能及 的，而这正是集群通信的用武之地。t e t r a 数字集群通信系统代表着集群通 信的未来发展趋势，本课题非常具有现实意义。 1 2 国内外发展状况 集群是从英文t r u n k i n g 或t r u n k e d 意译过来的。t r u n k 本意为中继或干 线，从t r u n k e d 的含义来说，应该是”系统所具有的全部可用信道都可为系 统的全体用户共用”，即系统内的任一用户想要和系统内另一用户通话，只 要有空闲信道，他就可以在中心控制台的控制下，利用空闲信道沟通联络， 进行通话。所以从某种意义上讲，集群通话系统是一个自动共享若干个信道 的多信道中继( 转发) 通信系统。它与普通多信道共用的通信系统并无本质的 区别。但是，集群通信系统是多个用户( 部门、群体) 共用一组无线电信道， 并动态地使用这些信道的专用移动通信系统，主要用于指挥调度通信。所以， 集群通信系统是专用指挥调度通信系统。而且集群通信系统是高级移动指挥 调度通信系统，是一种共享资源、分担费用、向用户提供优良服务的多用途、 高效能而又廉价的先进的无线电移动通信系统。 对指挥调度功能要求较高的企事业、铁道、交通、民航、水利、电力、 工矿、油田、农场、港口、轻轨和地铁、公、检、法、司法、安全、海关以 及军队、武警等等部门都需要这种系统。 数字集群通信系统是专业移动通信系统的高级发展阶段也是近几年来移 动通信领域的发展热点之一，它具有接续快、频谱利用率高、组网灵活的优 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 点，可以解决模拟系统存在的频谱效率低、功能弱、不易联网和不便加密等 技术问题，适应广域全程通信调度的需要。 数字集群通信系统主要应用于生产调度、指挥控制的专用移动通信系 统，对于提高生产和工作效率、保证安全等有着极重要的作用。具体而言， 数字集群通信主要有以下几个方面的特点。 1 ) 频谱利用率高。模拟的集群移动通信网可实现频率复用，从而增加系统容 量，但是随着移动用户数量急剧增长，模拟集群网所能提供的容量已不能满 足用户需求，问题的关键是模拟集群系统频谱利用率低，模拟调频技术很难 进一步压缩已调信号频谱，从而就限制了频谱利用率的提高。与此相比，数 字系统可采用多种技术来提高频谱利用率，如果用低速语音编码技术，在信 道t x j 隔不变的情况下就可增加话路，还可采用高效数字调制解调技术，压缩 已调信号带宽，从而提高频谱利用率。另外，模拟网的多址方式只采用频分 多址( f d m a ) ，即一个载波话路传一路话音。而数字网的多址方式可采用时 分多址( t d m a ) 和码分多址( c d m a ) ，即一个载波传多路话音。尽管每个载 波所占频谱较宽，但由于采用了有效的语音编码技术和高效的调制解调技 术，总的看来，数字网的频谱利用率比模拟网的利用率提高很多。频谱利用 率高，可进一步增加集群系统的用户容量。 2 ) 信号抗信道衰落的能力提高。数字无线传输能提高信号抗信道衰落的能 力。对于集群移动系统，信道衰落特性是影响无线传输质量的主要原因，须 采用各种技术措施加以克服。在模拟无线传输中主要的抗衰落技术是分集接 收，在数字系统中，无线传输的抗衰落技术除采用分集接收外，还可采用扩 频、跳频、交织编码及各种数字信号处理技术。由此可见，数字无线传输的 抗衰落技术比模拟系统要强得多。所以数字网无线传输质量较高，也就是说 数字集群移动通信网比模拟集群移动通信网的话音质量好。 3 ) 保密性好。数字集群移动通信网的用户信息传输时的保密性好。由于无线 电传播是开放的，容易被窃听，无线网的保密性比有线网差，因此保密性问 题长期以来一直是无线通信系统设计者重点关心的问题。模拟集群系统中， 保密问题难以解决。当然模拟系统也可以用一些技术实现保密传输，如倒频 技术或是模数模方式，但实现起来成本高、语音质量受影响。由此，模拟 系统保密非常困难。利用目前已经发展成熟的数字加密理论和实用技术，对 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 数字系统来说，极易实现保密。采用数字传输技术，才能真正达到用户信息 传输保密的目的。 4 ) 支持多种业务。数字集群移动通信系统可提供多业务服务。也就是晚除数 字语音信号外，还可以传输用户数据、图像信息等。由于网内传输的是统一 的数字信号，容易实现与综合业务数字网i s d n 的接口，这就极大地提高了 集群网的服务功能。在模拟集群网中，虽也可传输数据，但是占用一个模拟 话路进行传输的。首先在基带对数据信息进行数字调制形成基带信号，然后 再调制到载波上形成调频信号进行无线传输，用这种二次调制方式，数据传 输速率一般在1 2 0 0 b i t s 或是2 4 0 0 b i t s 。目前，计算机网已经十分发达， 用户的数据服务要求日益增加，这么低的速率远远满足不了用户的要求。 5 ) 网络管理和控制更加有效和灵活。数字集群移动通信网能实现更加有效、 灵活的网络管理与控制。对任何一种通信系统网络的管理与控制都是至关重 要的，它影响到是否能有效地实现系统所提供的各种服务。在模拟集群系统 中，管理与控制依靠网内所传输的各种信令，模拟集群网的管理与控制信令 是以数字信号方式传输的，而网络的用户信息是模拟信号，这种信令方式与 信号方式的不致，增加了网管理与控制的难度。在数字集群网中，用户话 音比特源中插入控制比特是非常容易实现的，即信令和用户信息统成数字 信号，这种一致性克服了模拟网的不足，给数字集群系统带来极大的好处。 总而言之，全数字系统能够实现高质量的网络管理与控制。 发展数字集群系统和网络，同时也包含大量高技术知识内涵，从系统结 构、协议构造、编码调制、多址连接至自适应衰落环境对抗、检测处理、网 络优化以及终端构成等诸多方面有大量技术知识发明创造空间。t e t r a 自 1 9 9 5 年颁布以来，一直都在进行不断的修订和完善，并在原有的基础上增加 了些新的标准，如：r t s t e t r a 一0 4 0 4 6 ( t e t r ad a w s 逻辑链路控制服务) ， r t s t e t r a 一0 4 0 4 7 ( t e t r ad a w s 媒体接入控制服务) 等。t e t r a 标准在 1 9 9 9 “2 0 0 0 年间部分修订了e t s3 0 03 9 2 ( v + d ) 的网络设计、网内互连接口 ( i s i ) 、网关、加密等。e t s3 0 03 9 6 ( d m o ) 的类型1 路由器空中接口、 类型2 路由器空中接口、网关空中接口等。起草了移动台一移动台接口、直 接模式的类型l 路由器和直接模式的网关等的s d l 模型。 近年来，国际上己陆续推出了t e t r a 、i d e n 、a p c o 一2 5 和f h m a 等7 种 9 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 数字集群通信系统。其中t e t r a 是欧洲电信标准协会( e t s i ) 于1 9 9 0 年开始 制定的数字无线电集群通讯标准，最早称为移动数字集群无线电系统m d t r s ( m o b il ed i g i t a lt r u n k e dr a d i os y s t e m ) ，在9 0 年代初改称为泛欧集群 无线电系统( t r a n se u r o p e a nt r u n k e dr a d i os y s t e m ) 。欧洲电信标准协会 e t s i 在1 9 9 4 年1 2 月组建了由制造商、用户、网络运行商、政府部门和研究 机构等组成的t e t r am o u 组织，该组织具体负责t e t r a 技术的发展和推广工 作。在1 9 9 5 年1 2 月欧洲电信标准协会通过了t e t r a 的主要核心标准。由欧 洲电信标准协会( e t s i ) 于1 9 9 5 年正式确定，1 9 9 7 年在欧洲推出试验系统， 1 9 9 9 年全面推广。它的目的是在建立泛欧的面向2 1 世纪的数字集群网，便 于欧洲各国公共安全集群用户使用，促使欧洲各国的集群通信标准化。t e t r a 是开放而全新的数字集群标准，由于该标准的公开性，t e t r a 引起了世界范 围的广泛重视，随着t e t r a 商用网成功的推出，全球对t e t r a 的兴趣也在日 益高涨，对这一技术也有了全新的认识。除了英国、芬兰、意大利等一些国 家外，美国、新西兰、日本等国际著名生产厂商都将按t e t r a 标准来生产无 线电集群系统设备。因此，欧洲电信标准协会在1 9 9 7 年5 月又将t e t r a 的 含义更正为陆地集群无线电系统( t e r r e s t r i a lt r u n kr a d i 0s y s t e m ) 2 5 2 7 。 对于用户而言，特别是应急和安全机构，t e t r a 最大的优势在于其系统 间的互通，优趣的保密功能及优先呼叫和快速的呼叫建立。t e t r a 还可为用 户提供指挥调度、数据话音、电话互连和d m d 业务。最为重要的是t e t r a 是 一种全新的用于“专网”( p m r ) 和“公用网”( p a 淞) 的开放式数字集群 标准，话音质量高，频率利用率高，地域覆盖广，保密性能好，为传统的专 用移动电台技术注入了新的活力，扩大了其应用范围。人类无线电通讯的发 展从最早的电报通讯，到语音、数据以及图象的传输，无线电通讯的飞速发 展，使得无线电频谱的使用越来越拥挤，对通讯的功能等要求也越来越高。 t e t r a 集群系统可使各类专业用户通讯、商业用户和工业部门的紧急服务通 讯都整合在同一个网络内( 公安、安全、消防、金融、卫生、交通运输) 。 并整合了数字的话音和数据。而在t e t r a 之前，还没有一个集群通讯系统在 2 5 k h z 的带宽上能提供用户进行话音、数据通讯需要的传输速率。与当前流 婴! ! ! 盔鲎堡主堂垡丝苎! ! 塑! ! 行的模拟集群系统( m p f 1 3 2 7 信令和l t r 信令) 相比，t e t r a 集群系统优势 突出： 频谱利用率高，2 5 k h z 带宽可容纳4 路双工话音传输。 抗干扰能力强，易于加密，加密方式多样。 业务能力强，可用于调度、电话连接、数据传输、图象传输，车辆定 位等，能做到话音数据同时传输。 多用户群使用，节省投资、便于管理、充分利用网络资源。 目前我国集群通信基本还处于模拟阶段。我国的数字集群系统在2 0 0 0 年1 2 月我国信息产业部颁布的”数字集群移动通信系统体制”行业标准中， t e i 、r a 被列为技术体制之一。先后分别在四川成都、湖北荆州和武汉进行了 以t e t r a 标准为技术基础的小型试验网的组网试验，并取得进展。并着手进 行针对2 0 0 8 年北京奥运会专题研究设计，计划届时建成一个t e t r a 无线共 网，对北京及华北地区的奥运会场馆及有关场所重点覆盖，联网漫游，实现 跨地区集群通信，网络设计除网内集群通信外还能与其他商用通信网互联互 通。为保证网络的稳定可靠，基站至交换机全部采用光缆传输。提供的业务 除集群电话外，还可提供短消息、i p 数据、传真、s p s 定位、遥测遥控等多 种通信业务，最大限度的满足奥运会对集群指挥调度通信的需求。 1 。3 课题的研究内容 本课题的研究内容就是作数字集群移动单元的软件设计，其中的数字集 群移动单元，本文以t e t r a 通信标准为基础的手持数字对讲机为设计实现目 标，依照t e t r a 协议的结构分层模型，本文设计了t e t r a 数字对讲机的软件 结构分层模型，构建了一个基本的t e t r a 数字对讲机软件结构理论模型，其 功能的划分和实现也是根据t e t r a 协议制定的。对t e t r a 数字对讲机来说， 同步软件设计是非常重要与关键的，作为典型的功能，课题对t e t r a 数字对 讲机的同步取得进行了重点分析，提出了实现原理，并得出了完整的算法 设计和程序流程。 本文所设计的软件依照t e t r a 协议的结构分层模型，通过对t e t r a 技术 标准的仔细分析，在对比模拟集群对讲机的软件结构的基础上，实现了完整 1 1 四j l i 大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 的t e t r a 对讲机软件系统框架，在细节处理和算法设计上力求达到实际的要 求。该设计可以满足初步的通信要求，并在略加改动后可以作为t e t r a 车载 电台的软件设计基础。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 2t e t r a 标准及接口 21t e t r a 标准 t e t r a 是一种基于数字时分复用( t d m a ) 无线系统技术数字集群通信标 准的及一系列已定义的开发接口、呼n q n 务和协议的系统。它不仅提供了直 接的一对一数字全双工蜂窝移动电话服务，还可以提供信息服务、综合数据 服务以及拥有一对多组( 群) 、队调度功能的卓越的集团通信。作为数字集 群通信标准，t e t r a 系统可提供以下的基本模式； ( 1 ) 电路模式，可用于发送话音和数据( v + d ) ； ( 2 ) 分组( 包) 交换数据优化模式( p d o ) ，其有效数据传输率可达 3 6 k b s ： ( 3 ) 直通模式( d m o ) ，是一种无需通过设备就可以直接进行端对端 通信的中继脱网模式。 t e t r a 系统具有以下几大特点： ( 1 )能为应用提供必要的带宽，因而无须通过用户接口既可同时 发送或接收话音和数据。 ( 2 ) 在收发数据时，t e t r a 系统允许最多使用4 个时隙，可支持慢 速扫描视频和数字图形、图像传输、电子邮件、高分辨率传真、 数字和文件发送等多种数据应用，最终实现与因特网的互联。 ( 3 ) 可以动态地分配带宽，它允许一个通信链路最多容纳4 个时隙。 ( 4 ) 在t e t r a 系统中每个基本时隙的通信能力为7 2 k b s ，总体通 信传输速率最高可达2 8 8 k b s 。只要总的通信量没有超过最高 限，任何一种应用都可以在一个单独的用户机平台上同时或单 独使用。 ( 5 ) t e t r a 系统在一个物理信道机内可以容纳4 个时分信道，可以 在不同的时隙内接收和发送数据，从而大大提高了无线电频谱 的利用率。 ( 6 ) t e t r a 系统还具有话音和数据加密功能，并支持开放信道信令。 t e t r a 的主要优点是：它可以在同一技术平台上提供指挥调度、数据 传输及电话服务，因此仅通过一套系统就可以满足一个组织的多种无线通信 婴型奎堂堡主兰堡丝苎! ! 塑! ! 需求。此外。由于t e t r a 是一种数字式标准，所以支持广域通信覆盖，传达 的话音十分清晰。 2 2t e t r a 标准接口 t e t r a 网络被称为“交换和管理基础设施( s w m t ) ”，它包括了许多 基站、网关、系统之间的接口以及控制器等，如图2 一l 。 图中共出示了 t e t r a 标准中已确定的9 种接口。 卜系统空中接口 2 一直通模式接口 3 一人机接口 4 一终端设备接口 5 一市内线路连接的终端 6 一网关接口 图2 - 1t e t r a 标准接口 7 一长途线路连接的接口 8 一系统间接口 9 一网络管理单元接口 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 1 系统空中接口 系统空中接口是一条数字无线电路径，具有以下功能： a 具有组( 群) 呼、私密呼口q 、电话呼叫和无呼口q 等性 能的标准化设备； b 能传输高达2 5 6 字节用户数据的短数据业务； c 具有电路交换和分组数据交换的业务，其范围包括从 2 4 k b s 高保护度到2 8 8 k b s 无保护度的数据传输速 率或吞吐量； d 登记功能，使s w m i 能始终知道移动台所在区域： e 安全性和鉴全能力。 2 直通模式的空中接口 直通模式的空中接口也是条数字无线电路径，能使用户之 间无须经过基础设施就能直接进行相互通信。在以这种模式工作 时，可应用的业务有组( 群) 呼、私密呼叫和段数据业务等。若 利用一部无线电台作为一个移动网关( 或中继器) ，还能扩大直 通模式工作时的覆盖范围。 3 人一机接口 人机接口提供一系列标准用户操作功能 4 ，终端设备接口 终端设备接口是移动台和外围数据业务设备之间的一种接口 5 网关接口 四川i 大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 网关接口能提供与p a b x 网络( p s t n 和i s d n 除外) 的连 接，因此可以使网络中的移动用户和与p a b x 连接的用户沟通呼 叫。网关接口也能连接到诸如分组交换公共数据网( p s p d n ) 、 互联网和团体内部网那样的数据网上。 6 系统间接口 系统间接口是t e t r a 系统之间的一种接口，此接口允许在 一个网络上的用户漫游到不同网络所支持的区域中去。 7 ，网络管理单元接口 接入网络管理服务器对本地网络进行管理。 8 本地线路连接的终端接口和远端线路连接的接口 及图中的市内线路连接的终端接口和长途线路连接的接口，它 是s w m i 和本地调度台或远端调度台之间的接口。在连接到远端 调度台时，接口将通过i s d n 来完成。 2 3t e t r a 协议模型 23 10 s i 参考模型 0 s i 七层协议参考模型是由国际标准化组织( i s 0 ) 开发的，是设计 分层的通信协议的- - s 0 通用模型，它可以作为制订有线和无线信息交换协议 簇的基本框架。 0 s i 七层协议参考模型的目的是要定义两台终端之间进行通信的各 项功能模块。0 s i 七层协议参考模型并不描述应如何实现这些功能模块，而 是仅给出功能模块之间的逻辑次序和归类。如果将0 s i 模型应用于各种通信 协议的设计，那么不同协议虽然不能兼容，但它们至少有相同的功能模块， 这就使不同系统之间的网关更容易实现。t e t r a 标准的设计就参考了0 s i 七 1 6 四j i l 大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 层协议的参考模型。 在o s i 模型中，按照逻辑功能将相关模块归类为层。选择了七层( 见 图2 - 2 ) 的原因是基于下列考虑： a 将与核。i f , 技术和处理过程有关的功能模块归在同一层； b 当需要改进用来实现某一层中功能模块的核一i t , 技术时，无须 修改相邻的层； c 不应分太多的层； d 根据过去的经验，将相邻层之间的界面设在合理的地方。 各层的基本功能如下： 第七层( 应用层) ：应用层向应用程序提供服务，这些服务按其向应用 程序提供的特性分成组，并称为服务元素。有些可为多种应用程序共同使用， 有些则为较少的一类应用程序使用。应用层是开放系统的最高层，是直接为 应用进程提供服务的。 第六层( 表示层) ：表示层的作用之一是为不同类别通信终端提供一种 公共语言，以便能进行互操作。这种类型的服务之所以需要，是因为不同的 计算机体系结构使用的数据表示法不同。 第五层( 会话层) ：会话层提供的服务可使应用建立和维持会话，并能 使会话获得同步。会话层使用校验点可使通信会话在通信失效时从校验点继 续恢复通信。 第四层( 传输层) ：传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时，第一 个端到端的层次，具有缓冲作用。当网络层服务质量不能满足要求时，它将 服务加以提高，以满足高层的要求；当网络层服务质量较好时，它只用很少 的工作。传输层还可进行复用，即在一个网络连接上创建多个逻辑连接。 第三层( 网络层) ：网络层负责建立网络连接和为上层提供服务。 第二层( 数据链路层) ：数据链路层将本质上不可靠的传输媒体变成可 靠的传输通路提供给网络层 第一层( 物理层) ：物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连 设备，为数据传输提供可靠的环境。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 图2 - 2o s l 参考模型 2 3 2t e t r a 空中接口协议模型 为实现可靠地传输信令和用户业务信息，t e t r a 的空中接口协议规定了分 层结构。t e t r a 空中接口协议与o s i 七层模型中规定的各层结构是基本一致 的。见图2 - 4 t e t r a 的空中接口协议对应o s i 七层模型中的底层结构，如图2 - 3 深色 标记的下三层。为适应无线电空中信号多址能力的需要，t e t r a 协议还定义 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 了比o s i 划分更细的子层。 按照信令和用户业务信息再t e t r a 网络中的传输进行划分，t e t r a 空中 接口协议可以垂直划分为一个控制面和一个用户面。控制面控制信息和分组 业务。用户面处理电路交换的话音和电路交换的用户数据。 应用层 表示层 会话层 传输层 图2 - 3t e t r a 的空中接口协议与o si 七层模型中的对应 四j i l 大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) s p e e c hc 1 e a r c i r c a i t i!iii 。 l 3 2 c o n p s c l n pc m c e iii l 3 1 m o b i l el i n ke n t i t y ( k l e ) f l l a y e r 2 上 l 2 2 l o g i c a ll i n kc o n t r o l ( l l c ) i ， l 21 m e dt u r na c c e s sc o n t r o l ( m a c ) t p h y s i c a ll a y e r c m c e 一电路方式控制实体 c o n p 面向连接的网络协议 m m 移动眭管理 s - c l n p 特殊的无连接网络协议 s d s 短消息服务 s s 一补充业务 图2 - 4 ：t e t r a 空中接口分层 各层基本功能如下： 第一层：物理层，包括各类信道和为高层信息的传输提供基 本的无线信道。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 第二层：数据链路层，分为逻辑链路控制子层和媒体接入控 制子层，包括各种数据传输结构，它对数据传输进行控制。 第三层：网络层，分为无线电资源管理( r m ) 、移动性管理( m m ) 和连接管理( c m ) 三个子层，包括各类消息和进程，它对业务进行 控制。 2 4t e 丁r a 的时分多址复用 t e t r a 是种基于数字时分复用( t d m a ) 无线系统技术数字集群通信标 准，时分复用是在一个宽带的无线载波上，按时间划分将信号分割成周期性 的帧，每一帧再分隔成若干个时分信道( 称为时隙) ，所有的帧或时隙都是 互不重叠的，每个用户占用个时隙，并只在这一指定的时隙内收发信号。 t e t r a 帧结构如图2 5 ，帧结构归属于通信协议，与信道结构和 接入方法有关。 帧结构是数字通信系统中的基本协议，每层的数据都有其帧 结构，低层为高层信息提供透明通道。 t e t r a 移动无线电规范分为v + d 和p d o 两种。两种技术规范基于同一物理 无线电平台( 相同的调制，有可能工作于相同的频率) ，但在物理层不能实现 互操作。完全可互操作性预计可在i s o 第3 层实现。 符合v 十d 技术规范的设备提供广泛的和联合语音数据能力有关的承 载、电信和附加业务。符合p d o 技术规范的设备将只支持分组数据业务。p d o 系统中的分组数据业务优于v + d 系统中的同类业务，而v + d 系统所提供的 多种用途强过p d o 系统，本设计符合v + d 技术规范，采用t d m a 多址接八方 式和n 4 q p s k 的调制方式，调制信道比特率为3 6 k b i t s 。一个t d m a 帧为 1 7 0 3 m s ，分为4 个时隙，每个时隙8 5 6 m s ，可携带5 1 0 个调制比特。上 行时隙又可进一步分为2 个子时隙，每个子时隙8 5 1 2 m s ，可携带2 5 5 个调 制比特。 1 8 个t d m a 帧构成一个复帧( 复帧周期1 0 2 s ) ，其中第1 8 帧用作控制帧， 6 0 个复帧构成一个超帧( 超帧周期6 1 2 s ) 。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) l 趋吼= 6 0 夏顿( 6 1 2s ) 臣工二正丁二日二二二二二二工互 ，t。一- 复帔；1 8t d i a g 盘( 1 0 2s ；一一 臣丁三工互e 口互工二工殂 一1 。 o o n t r o l f r a m e ，气t d i 帧= 4 对陈1 帮5 b 6 7 _ s ) ，t t ，_ _i v “- _ 。i 时隙= 5 1 0 调制比特周勰( 1 4 1 6 7 簟$ 一 ： l 子时隙：2 5 5 谴制比特臆期( 7 ，0 8 m s ) ： ；，一 ： 旺 二二二二目匝 二三二二目 1 调制比特周期；2 5 0 9 掷2 7 7 8 阱 图2 - 5t e t r a 帧结构 时隙的物理内容由突发来携带。t e t r a 的v + d 空中接口定义了7 种突 发，其中上行3 种，下行4 种。 ( l ) 控制上行链路突发，包含有上升和p a 线性化信息、尾随比特、加 扰比特、训练序列和导引周期，每7 0 8 m s 子时隙可携带1 6 8 比特高层信息， 见表2 1 。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 表2 1t e t r a 的v + d 空中接口控制上行链路突发格式 ( 2 ) 线性化上行链路突发，包含有上升和p a 线性化信息和导引周期 见表2 - 2 ，该突发只用于控制硬件的性能，不传送高层信息。 2 4 01 5 表2 - 2t e t r a 的v + d 空中接口线性化上行链路突发格式 ( 3 ) 正常上行链路突发，占用整个8 5 6 m s 时隙，包含有上 升和p a 线性化信息、尾随比特、加扰比特、训练序列和导引周期， 每8 5 6 m s 时隙可携带4 3 2 比特高层信息，见表2 3 3 442 1 62 22 1 641 4 【上升和尾随比加扰比训练序加扰比尾随比导引周i 【p a 线性特特块i列特块2特期 i 化 表2 - 3t e t r a 的v + o 空中接口控制上行链路突发格式 ( 4 ) 正常连续下行突发，包含有训练序列、相位调整、加扰比特等 每8 5 6 m s 时隙可携带4 6 2 比特或2 4 6 比特高层信息，见表2 4 。 1 222 1 61 42 21 62 1 621 0 训练序相位调加扰比加扰比训练比加扰比加扰比相位调训练序 列整特块1特特特特2 或整列 p a 线性 化 表2 - 4t e t r a 的v + 0 空中接口正常连续下行突发格式 四j i l 大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) ( 5 ) 同步连续下行突发，包含有训练序列、相位调整、频率纠正、加扰 比特、同步训练序列等，见图1 4 ，每8 5 6 m s 时隙可携带3 6 6 比特或1 5 0 比特高层信息，见表2 - 5 1 22 2l o 训练序相位调 频率纠加扰比同步训加扰比加扰比相位调训练序 列整特块i练比特特特2 或整 列 p 线性 化 表2 - 5t e t r a 的v + d 空中接口同步连续下行突发格式 ( 6 ) 正常不连续下行突发，包含有上升和p a 线性化信息、相 位调整、加扰比特、训练序列、导引周期等，每8 5 6 m s 时隙可 携带4 6 2 比特高层信息，见表2 6 。 10 222 1 61 42 21 62 1 6228 上升训练相位加扰加扰训练加扰加扰训练相位 导引 和 序列调整比特比特序列比特比特序列 调整周期 p a块l块2 线性 化 表2 - 6t e t r a 的v + d 空中接口正常不连续下行突发格式 ( 7 ) 同步不连续下行突发，包含有上升和p a 线性化信息、相 位调整、加扰同步比特块、同步训练序列、加扰比特、导引周期 等，见表2 7 ，每8 5 6 m s 时隙可携带3 6 6 比特高层信息。其中 加扰比特是加有称为色彩码的基站信息的高层信息。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) i 0228 0l2 03 83 02 1 6 228 上升训i 练相位频率加扰同步加扰加扰训练相位导引 和序列调整纠正比特训i 练比特比特序列调藜周期 p a块i比特块2 线性 化 表2 7t e t r a 的v + d 空中接口同步不连续下行突发格式 第三层的信息到达第二层后， 头，然后加上卷积纠错编码，c r c 送往物理信道发送。 首先加上l l c 头，再加上m a c 校验码，并经过交织和加扰再 t e t r a 系统的v + d 空中接口第三层消息根据业务来定义。包 括呼叫控制业务、附加业务、短数据业务，以及电路模式控制实 体、移动性管理业务、移动链路实体的进程和消息。 t e t r a 系统的同步及帧同步通过基站和移动台上的时基计数 器来完成。由基站通过b c c h 信道发送同步信号，移动台在其时基 值与收到的值的误差超过同步要求时，即以一定的步长来调整， 使之在1 3 秒内达到所要求的误差范围。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 3 数字集群移动单元的软件结构设计 3 1 概述 本课题在t e t r a 标准模型的基础上对照在t e t r a 标准里引用的o s l 分层 模型设计了t e t r a 数字对讲机的软件结构，包括物理层、数据链路层、网 络层、应用层和v r i s 标准界面。本章首先对数字对讲机的不同底层结构作 一个基本的描述。然后介绍应用层软件对具体功能的实现，其中一些指令 是包括在r o s 中的，并随着对讲机开机或重起而被自动执行。在本章中， 将对t e t r a 数字对讲机的细节进行着重地描述。最