（计算机应用技术专业论文）wcdma无线接入网同步技术研究与用户面帧协议设计实现.pdf

北京邮电大学硕i 。学位沦文w c d m a 无线接八删删步技术纠f 究。，用户面帧卧议设计实现 符号说明 缩写英文全称 中文解释 3 g p p3 “g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp m j e c t 第三移动通信伙伴计划 a m r a d a p t i v em u l t i r a t e ( s p e e c hc o d e r )白适应多数率 b f nn o d e bf r a m en u m b e r 节点帧号码计数器 b n s b u i l d i n gi n t e g r a t e dt i m i n gs u p p l y内嵌综合时钟供应设备 c c hc o n l l n o nc h a o n e i 公共信道 c c c hc o u l n l o nc o n t r o lc h a n n e l 公共控制信道 c f nc o l m e c t i o nf r a m en u m b e rc o u n t e r 连接帧号计数器 c r n cc o n t r o lr a d i on e t w o r kc o n t r o l e r 控制无线网络控制器 c t c hc o i i l m o nt r a n s f e rc h a n n e l 公共传输信道 d c hd e d i c a t e dc h a n n e l专用信道 d c c h d e d i c a t e dc o n t o 】c h a i l n e l 专用控制信道 d r n cd r i f tr a d i on e t w o r kc o n t r o l e r 漂移无线网络控制器 d t c hd e d i c a t e dt r a n s f e rc h a n n e l 专用业务信道 f d d f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x频分复崩 f pf r a m ep r o t o c o l 帧协议 f p l m t sf u t u r ep u b l i cl a n dm o b i l et e l e c o m r n u n i c a t i o ns y s t e m 未米公共陆地移动通信 系统 g p sg l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m 全球定位系统 r a br a d i oa c c e s sb e a r e r 无线接入承载 r br a d i ob e a t e r无线承载 r l cr a d i ol i n kc o n t r o 】 无线链路控制 s r b s i g n a lr a d i ob e a r e r 信令无线承载 s r n c s e r v i n gr a d i on e t w o r kc o n t r o l e r服务无线网络控制器 t b t r a n s p o r tb l o c k 传输块 t b s t r a n s p o r tb l o c ks e t 传输块集 r f nr a c l i of r a m en u m b e rc o u n t e r 无线帧号计擞器 【t o al a t e s t 砸m eo f a r r i v a l 最晚到达时间 m a cm e d i aa c c e s sc o n t r o l 媒体接入控制 m t b fl e a nt i m eb e t w e e nf a i1l i f e 平均无故障f ：作时间 r t dr o u n dt r i pd e l a y 环问延时 s f nc e l ls y s t e mf r a m en u m b e rc o u n t e r 小区系统帧号计数器 t d dt i m ed i v i s i o nd u p l e x时分复州 t o a w st i m eo f a m v a lw i n d o ws t a n p o i n t 到达时间窗起点 t o a w et i m e0 f a r r i v a lw i n d o w se n d 到达时间宙终点 t o at i m eo f a r r i v a l 到达时间 北京邮电人学计算机科学与技术系 北京邮电人学坝i 学他论文w c d m a 光线接八刚叫步技术母f 究与用户面帧协泌址汁实现 缩写英文全称叶1 文解释 t t i ：t r a n s f e rt i m ei n t e r v a i传输时间间隔 u e ：u s e re q u i p m e n t 用户设备 u m t s ：u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m 通用移动通信系统 u t r a n ：u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k u m t s 陆地无线接入网 w c d m a ：w i d e b a n dc o d em u l t i p l ea c c e s s 宽带码分多址接入 j 匕京邮电大学计算机科学与技术系 6 7 孵d m a 无线接入删同步技术研究，用户由幢协议设| 1 芟j 见 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导f 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中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或汪书面使用过的材料。与我一同工作的同志划本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 中请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名氆) 兰日期 堕牛l 关f 论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属丁保密在一年解密后适用本授权瞰1 e 保密论文注释： 本学位论文不属于保密范同，适_ l j 本授权书。 名：盈翻二嗍4 导师签名：习4 日期：j 王竺蔓埤 北京i l l f f i u 人学计算帆科学与技术系 北京邮i u 人学坝i 学f t 睑文w c d m a 无线接入删川步技术硼f 究与用户面帧阱泌设计实现 w c d m a 无线接入网同步技术研究 与用户面帧协议设计实现 摘要 第三代移动通信系统要求实现多媒体通信，w c d m a 无线接入系统 作为第三代移动通信系统的主流标准之一，一直受到众多参与的设备 供应商和移动业务运营商的极大关注。目前标准经过r e l 9 9 、r e l 4 、 r e l 5 发展到r e i 6 。为了避开c d e a 2 0 0 0 系统的g p s 同步时间基准的限 制，w c d m a 系统基站可采用无需g p s 的异步同步方式，为此定义了一 系列的机制来实现其无线接入网时间同步；具体定义在t s2 5 4 0 2 协 议，大部分同步机制在用户面相关帧协议里实现。本文重点讨论这些 同步机制以及w c d m a 系统用户面帧协议的设计实现。 w c d m a 无线接入网的同步技术，不仅是为了取得各种时间同步， 而且是为了得到更好的业务传输质量，降低r n c 、n o d eb 和u e 的处 理负荷、缓存；这些同步机制包括网络浏步、节点同步、传输信道同 步和无线接【j 同步，它们是相互关联的一个有机整体，本文详细分析 总结了这些机制的制定思路与原理，并重点介绍在用户面帧协议中这 些机制的设计和实现以及应用。最后结合一个大话务量测试仪的项目 具体说明用户面帧协议的实现。为了便于阐述和理解，本文首先简单 介绍了w c d m a 系统的总体结构，包括接口模型、分层模型以及传输信 道、逻辑信道、物理信道的概念和它们之间的映射关系。 关键字： f p 、w c d m a 、s y n c r o n t s a t i o n 、t e s t 北京邮 也人学汁算机科学与技术系 北京邮i b 人学母! | 学位论文w c d m a 无线接入i 叫川步挫术挪f 究与用户面帧协泌砹汁实现 r e s e a r c ho ns y n c h r o n i s a t l 0 ns c h e m ea n d d e s i g n & i m p l e m e n t a t i o no fu s e r p l a nf r a m e p r o t o c o li nw c d m ar a n a b s t r a c t a so n eo ft h eb e s ti m p o r t a n t3 gs t a n d a r dt h a tr e a l i z et h er e a l l ym u l t i m e d i a c o m m u n i c a t i o n ，w c d m ai sf o c u s e dd e e p l yb yt h ep e o p l e ，w h o e v e rt h es u p p l i e ra n d t h em o b i l ec a r r i e r w c d m ah a sg o n er e l e a s e 9 9 ，r e l 4a n dr e l 5 ，n o wr e l 6 i tn e e dn o t s y n c h r o n i z a t i o nb yg p ss i g n a l ，t h e r ea r es e l f - b a s es y n c h r 0 1 l i z a t i o ns c h e m e sn o ta s s a m ea sc d m a 2 0 0 0 t h e s es c h e m e sa r ed e f i n e di nt s2 5 4 0 2 ，a n dr e a l i z em a i n l yi n u s e rp l a np r o t o c 0 1 t h i sp a p e rd i s c u s s e st h e s et i m en e t w o r ks y n c h r o n i z a t i o ns c h e m e s ， a n du s e rp l a nf r a m e p r o t o c o l sd e s i g n i n ga n dr e a l i z i n g t h es y n c h r o n i z a t i o nt e c h n i q u eo fw c d m au t r a n ，n o to n l yt og e tt h e s y n c h r o n i z a t i o no fn e t w o r ke l e m e n t ，b u ta l s ot og e tb e t t e rq o s ，r e d u c et h ep a y l o a d a n db u f f e ri n r n c ，n o d eba n dl i e t h e s es c h e m e si n c l u d en e t w o r k s y n c h r o n i z a t i o n 、n o d es y n c h r o n i z a t i o n 、t r a n s p o r tc h a n n e ls y n c h r o n i z a t i o na n d r a d i oi n t e r f a c es y n c h r o n i z a t i o n ；t h e ya r ea l lr e l a t e dw i t he a c ho t h e ra saw h o l e t h i s p a p e ra n a l y z ea n ds u m n l a r i z et h e mi nd e t a i lo nt h ep r i n c i p l ea n dc l u e ，a n de s p e c i a l l y f o c u so nt h er e a l i z a t i o nm a du s i n gi nf r a m ep r o t o c o lo fu s e rp l a n e a tl a s t ，t h i sp a p e r p r e s e n t a t i o n t h e p r o t o c o li m p l e m e n ti n al o a dt e s tt o o l sp r o j e c t f o re a s y u n d e r s t a n d i n ga n dp r e s e n t a t i o n ，ii n t r o d u c et h es t r u c t u r eo fw c d m aa n df o c u so n l a y e rs t r u c t u r e ，i n t e r f a c em o d u l e ，b e a r e rl a y e r e ds t r u c t u r em o d u l e l o g i c a lc h a n n e l ， t r a n s p o r tc h a n n e l ，p h y s i c a lc h a n n e la n dt h em a p p i n gb e t w e e nt h e ma r ei n c l u d e da s r e f e r e n c e k e yw o r d s f p 、w c d m a 、s y n c r o n i s a t i o n 、t e s t 北京邮l u 人学汁算机科学与技术系 7 北京乜大学坝十学位论文w c d m a 光线接入网同步技术研究勺用户面帧协议i 盐计实现 前言 在导师的悉心指导下，本人从2 0 0 3 年7 月就开始关注移动通信的最新技术， 进行有关论文的选题准备工作；期间在参与几个有关w c d m a 大话务量测试仪 的设计和编码实现工作，重点是研究了无线接入网的同步机制以及用户面的相关 协议与设计实现；概括来讲在此期问本人主要进行了以下学习和：【：作： 前期准备工作：阅读c d m a 相关的书籍和协议，了解并熟悉c d m a 的原理， 体系结构。学习3 g p p 有关标准文档，包括u m t s 总体架构，无线接口 模型，经典信令流程等等。 学习w c d m a 用户面的有关协议，重点是无线接入网时间同步机制， l u b 接口用户面帧协议，无线接口m a c 和r l c 等协议。 学习实时操作系统v x w o r k s 的消息队列、任务、任务叫调度、信号量 等概念和相关机制以及熟悉t o r n a d o 开发调试环境。 参与一些大话务量测试仪用户面部分模块的设计、编码等开发工作，参 与开发用于测试无线网络控制器的基站加手机的模拟器、从i u b 接口测 试基站的无线网络控制器模拟器、用于测试无线接入网的电路域核心网 模拟器；重点是基站加手机的模拟器。具体所作的工作有f p ( 帧协议) 、 上层分组数据、务模型、i u u p 模块、n a s 部分模块的设计和编码实现。 系统调试直至测试仪投入相关设备性能、功能测试；借助这些模拟器设 备测试仪大大缩短了测试环境准备工作，提高测试的效率，节省了测试 相关的人力物力；同时大大提高相关被测设备的稳定性和健壮性。 北京邮电人学计算机科学与技术系 北京邮 乜大学颂卜学位论文* c d m a 无线接八删川步拙术研究勺川户血帧西议醴汁实现 第一章u m t s 系统概述 第二代蜂窝移动通信系统，使语音业务从有线真正走向无线，第三代移动 通信系统肩负的使命就是把数据业务推向无线。l 卜是为了这一目的，同时也是为 了标准统一化的考虑，1 9 8 5 年国际电联( i t u ) 就提出f p l m t s ( f u t u r ep u b l i cl a n d m o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 未来陆地移动通信系统这一总体蓝图，后 来更名i m t 一2 0 0 0 ( 意为2 0 0 0 年商用，工作在2 0 0 0 h z 左右) ：从十几个提交方案 中，经过反复比较与论证，最终确定五种方案( i m t 一2 0 0 0c d m ad s ，欧洲和日本 的u t r af d d ( wc d k a ) ：i m t 一2 0 0 0c d m am c ，美幽的c d m a 2 0 0 0 ；i m t 一2 0 0 0c d m at c ， 欧洲的u t r at d d 和中国的t ds c d m a ：i m t 一2 0 0 0t d m as c ，美国的 u w c 1 3 6 ；i m t 一2 0 0 0f d m a t d m af t ，欧洲的d e c t ：) 在这些方案中得到广泛关注 有最有希望成为主流方案的是w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 和中圈的t d s c d m a 。 移动通信技术的演进策略都是渐进式的，即既要保证现有投资和运营商的利 益又要有利于现有技术的平滑升级；在这两个基本原则的基础上有( ；s m 向 u m t s ( w c d m a ) 演化、i s 一9 5 向c d m a 2 0 0 0 、d a m p s 向u w c1 3 6 等演化策略。 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 通用移动通信 系统是采用w c d m a 空中接口技术的第三代移动通信系统，着眼点在系统，包括所 有网元，而w c d m a 指一种无线接入方式，着眼点在无线接入方式上，属于u m t s 系统的一部分；一般而言，在不引起混淆的条件下，我们也用w c d m a 系统表示 u m t s 系统，两者所指相同。通常也把u m t s 系统称为w c d m a 通信系统。 1 1 u m t s ( w c d m a ) 总体体系结构 北京邮i 也人学计算机科学与技术系 目1 1u m t s 网络单元结构幽 w c d m a 无线接入删问步技术研究，用户衙帧协议设计实现 u m t s 系统采用了与第一- 代移动通信系统类似的结构，包括无线接入网络 ( r a dloa c c e s sn e t w o r k ，r a n ) 和核心网络c o r en el w o r k ( c n ) 。其中无 线接入嘲络处理所有与无线有关的功能，而c n 处理u m q s 系统内所有的话音呼叫和 数掘连接并实现与外部网络的交换和路由功能。c n 从逻辑上分为电路交换域 ( c i r c u i ts w i t c h e dd o m a i n ，c s ) 和分组交换域( p a c k e ts w i t c h e dd o m a i n ，p s ) 。 n o d eb 即基站收发信机( b t s ) 系统；r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 无 线网络控制器，功能上相当于基站控制器( b s c ) 。u m t s ( w c d m a ) 系统与g s m g p r s 整体体系结构上变化不大，主要的变化体现在无线接口，在接入方式上发生了革 命性的变化。把无线按入系统看成一个整体，系统可简化为下图： c n 卜u - ，t r a n u m t s l 日r 呲ir a d i u “艘n e c k c o r e n e m o r k i 河f 叫口r 日n 图1 2u m r s 简化体系结构 u u 接口：即w c d m a 无线接口，u e 通过无线接口接入到u m t s 固定网络部分。 是整个系统中最重要的开放接口。 i u 接口：类似于g s m 系统中的a 接口，属于开放接口，将系统分为无线通 信系统的u t r a n 和负责处理交换、路由和业务控制的核心网两部分。为了使电路 域和分组域的性能达到最优电路域和分组域采用不同的传输技术，相应的可以分 为i u p s 、i u c s 和i u b s 三种类型。采用通用的7 号信令传输网络。 i u b 接口：n o d e b 和r n c 之间的接口，相当于b i s 接口( 非开放接口) ，由 于n o d e b 和r n c 关系相对紧密和距离较近，该接口没有采用通用的7 号信令传输 网络。 i u r 接口：r n c 之间的接口，最初引入的主要目的是为了支持r n c 之间的软 切换，后来随着协议发展，相应地增加了一些功能。 1 2w o d m i 各接口协议模型 协议结构设计的总原则是层和面是相互独立的，如果需要，可以修改协议结 北京邮i u 人学计算机科学与技术系 4 北京邮电人学顺i ：学位论文 w c i ) m a _ 尢线接入刚列步技术”f 究。j 用户面帧协泌、啦汁宴土虬 构的。部分而无须更改其它部分。具体如图1 3 所示：用户而和控制面分离， 无线网络层与传输删络层分离( 目u 无线网络层不依赖特定的传输技术) ，( f d d ) 宏分集完全由u t r a n 处理，r r c ( 无线资源控制) 完全由u t r a n 处理。 从水平平面来看，协议结构主要包含两层：无线网络层和传输网络层。所 有与陆地无线接入网有关的协议都包含在无线网络层，传输网络层是指被u t r a n 所选用的标准的传输技术，与u t r a n 的特定的功能无关。 从垂直平面来看包括控制面和用户面。控制面包括应用协议( i u 接口中的 r a n a p ：r a d i 0a c c e s sn e t w o r ka p p l i c a t i o np a r t ，i u r 接口中的r n s a p ：r a d i o n e t w o r ks u b s y s t e ma p p t i c a t i o np a r t ，i u b 接口中的n b a p ：n o d eba p p l j c a t i o n p a r t ) 及用于传输这些应用协议的信令承载。应用协议用于建立到u e 的承载( 例 如在i u 中的无线接入承载及在i l j r t u b 中无线链路承载) ，而这些应用协议的 信令承载与接入链路控制协议( a l c a p ) 的信令承载可以一样也可以不样，它 通过o m 操作建立。 用户面包括数据流和用于承载这些数据流的数据承载。用户发送和接收的所 有信息( 例如西音和数据) 是通过用户面来进行传输的。传输网络控制面在控制 面和用户面之间，只在传输层，不包括任何无线网络控制平面的信息。它包括 a i c a p 协议( 接入链路控制协议) 和a l c a p 所需的信令承载。a l c a p 建立用1 ：用 户面的传输承载。引入传输网络控制面，使得在无线网络层控制面的应用协议的 完成与用户面的数据承载所选用的技术无关。在传输网络中用户面中数据面的传 输承载是这样建立的：在控制面早的应用协议先进行信令处理，这一信令处理通 过a l c a p 协议触发数据面的数据承载的建立。并非所有类型的数据承载的建立都 需通过a l c a p 协议。如果没有a l c a p 协议的信令处理，就无需传输网络控制面， 而应用预先设最好的数据承载。a l c a p 的信令承载与应用协议的信令承载可以一 样也可以不一样。a l c a p 的信令承载通常是通过o & m 操作建立的。 在用户面早的数据承载和应用协议早的信令承载属于传输网络用户面。在实 际操作中，传输网络用户面的数据承载，是由传输网络控制面直接控制的，而建 立应用协议的信令承载所需的控制操作属于o & m 操作。 北京邮i u 人学计算机科学。，技术系 北京邮电大学硕i ：学位论史 w c d m a 无线接入刚l 刊步技术研究用户面帧协议设计实现 r a d i o c o n t r o ip l a n eu s e rp l a n e n e t w o r k l a y e r p p 。l k t ：a t i o n is t 篝d i t aj i m ( s )i d c o i 一 t r a n s p o r t t r a n s p o r tn e t w o r kt r a n s p o r tn e t w o r k t r a n s p o an e t w o r k n e t w o r k u s e rp l a n ec o n t r o 【p l a n eu s e r p l a n e l a y e r ia l c a p ( s ) i 上 s i g n a l l i n gs i g n a l l i n g d a t a b e a r e r ( s )b e a r e r ( s )b e a r e r ( s ) p h y s i c 赢a y e ， 1 r 图13 无线接入网通用协议接口模型。 1 2 1 用户面( 用户业务数据) 承载 u m t s 网络具有综合业务的承载能力，根据业务的不同将无线接入承载能力 分成4 类：会话类、流媒体类、交互类和后台业务类。允许用户应用为要传送 的信息协商最适当的承载特性，也允许在已经建立连接后，通过在协商来改变承 载特性。这种设计使得w c d m a 的概念得到最大的体现，技术方面的推动力之一就 是物理层能同时容纳不同业务类型的灵活性。 幽1 4 u m t s 承载 从图1 4 中可以看出，某一特定层面上的每个承载业务都使用下面几层所提 北京乜人学计算机科学，技术系 北京邮l b 人学顺i 学位论文w c d m a 尤线接入叫h 步技术研笕+ ，用户血帧协议设计宴肌 供的那蝗业务来实现它自己的业务。具体而言，u m t 5b e a r e r 山i ub e a r e r 和i u b b e a r e r 组成；i ub e a r e r 主要与i u u pp r o t o c o l 相关：l u bb e a r e r 主要与帧协 议相关，也是本文的重点。 1 3 空中接口介绍 1 l3 1 空中接口概述 在u m t s 系统中，移动用户终端( u e ) 与系统固定网络之间通过无线接 _ l 上的 无线信道相连，无线接口定义无线信道的信号特点、性能。在第三代移动通信 w c d m a 系统中无线接口称为u u 接口，该接口在w c d m a 系统中是最重要的接口。u l l 接口特性主要为接入方式、信道结构、通信协议、性能特性、业务特性等。 无线接u 的分层结构如图1 5 所示，分为物理层( l 1 ) 、数据链路层( l 2 一m a c r l c p d c p b m c ) 、附络层( l 3 一r r c m m c m ) 。物理层通过业务接入点( s a p s ) 与层二的m a c 子层和层三的r r c 子层连接，物理层提供不同的传输信道到m a c 层， m a c 层通过小同逻辑信道给高层提供服务。l 3 和r l c 分为控制面和用户面，p d c p f 口b m c 仅仅在用户面，l 3 中的r r c 子层处于接入层，而其余子层如移动管理( 删) 连接管理( c m ) 处于非接入层，所以无线接口层三描述仅仅限于r a n 部分的r r c 子层。 各层功能介绍 r r c 层实现功能 r r c 层实现功能包括：广播由非接入层提供的信息，广播与接入层相关的信 息，建立、维持及释放u e 和u t r a n 之间的一个r r c 连接，建立、重配置及释放无线 承载，分配、重配置及释放用于r r c 连接的无线资源，r r c 连接移动功能管理，为 高层p d u 选路由，请求q o s 的控制，u e n 量上报和报告控制，外环功率控制，加密 控制，慢速动态信道分配，寻呼，空闲模式下初始小区选择和重选，上行链路d c h 上无线资源的仲裁，r r c 消息完整性保护f n c b s 控制。 层二实现功能 层2 包括m a c 、r l c 、p d c p 、b m c 等删个子层，各部分实现功能不 司。 m a c 子层的功能包括：逻辑信道和传输信道之间的映射，为每个传输信道选 择适当的传送格式，u e 数据流之间的优先级处理，u e 之间采用动态预调度方法的 优先级处理，d s c h 币f f f a c h 上几个用户的数据流之间1 1 的优先级处理，公共传输信道 e u e 的标识，将高层p d u 复接为通过传输信道传送给物理层的传送块，并将通过 传输信道来自物理层的传送块复接为高层p d u ，业务量检测，动态传输信道类型 切换，透明r l c ) j i i 密，接入业务级别选择。 北京邮电大学计算机科学o 技术系 j 7 北京邮i 乜人学顺i 学位论文w c d m a 无线接入嘲ir ，j 步技术训f 究。，j h 户| 自帧出议设汁实现 j 唪! 书哗 ! 唪! 举马 c - p l a n es i g n a l l i n g u p l a n ei n f o r m a t i o n u u s b o u n d a r y g r c ：r a d i o r e s o u r c ec o n t r o l ；r l c ：r a d i ol i n kc o n o li i c ：m c d i u m a c c e s s c o n l f 0 1 叫c b 删c 器“m u n l c a s f c o 玎i t op d c p ：p a c k e td a l a c o n r gc ep r o l o e o l 图1 5 无线接口协议结构( 服务接入点由椭圆表示) ”1 r l c 子层功能：分割和重组，串联，填充，用户数据的传送，错误检测，按 序发送高层p d u ，副本检测，流控，非证实数据传送模式序号检查，协议错误检 测和恢复，加密，挂起和恢复功能。 p d c p 子层功能：在发送与接收实体中分别执行i p 数据流的头部压缩与解压 缩，头部压缩方法对应与特定的网络层、传输层、或上层协议的组合，传输用户 数据，将非接入层送来的p d c p s d u 转发多j r l c 层，将多个不同的r b 复用到同一个 r i 。c 实体。 b m c 子层功“f i g ：小区广播消息的存储，业务量监测和为c b s 请求无线资源，b m c 消息的调度，向u e 发送b m c 消息向高层( n a s ) 传递小区广播消息。 物理层实现功能 在o s i 参考模型中物理层( l 1 ) 处于撮底层，它提供物理介质中比特流传输 北京邮l u 人学计算机科学t j 技术系 北京邮电大学坝t 学位论又 w c d m a 无线接八涮i 司步技术研究与用户血帧协议砹计实现 所需要的所有功能，物理层功能包括通过传输信道提供数据传输至u j m a c ，分集合 并，传输信道错误指示，传输信道f e c 编译码，传输信道至t j c c t r c h s 映射，编码后 的传输信道速率匹配到物理信道、c c t r c h s 映射到物理信道，物理信道的加权合 并，扩频与调制解扩与解调，频率同步，时问同步( 码片、比特、时隙、帧) 无线特性测量( f e r 、s i r 、功率干扰) 闭环功率控制，射频处理等。 1 3 2 信道映射关系 为了实现业务灵活配置，协议层次划分和描述的方便，w c d m a 系统引入了传 输信道、逻辑信道的概念。总体上说w c d m a 接入系统着i c d m a 2 0 0 0 系统均属于f d d ( f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x ) 双工方式工作的码分多址扩频通信系统；其原理 相似的地方很多，物理层基本处理过程相似。( 物理层过程：循环冗余校验、一 次交织、信道( 卷秘、t r u b o ) 编码、二：次交织、扩频编码、加绕等) 。差别主 要表现物理层帧组织形式、使用不同的多址码及一些相关机制。 传输信道特性由无线接口上数据传输的方式和传输信道物理特性进行描述， 传输信道分为公共传输信道( 需要特别的带内地址标示当被用于特别的u e 传输信 息) 和专用信道。专用信道只有一种，专属于某一用户。公共传输信道包括： 反向接入信道( r a c h ：r a n d o ma c c e s sc h a n n e l ) 、公共数据信道( c p c h ：c o m m o m p a c k e tc h a n n e 【) 、前向接入信道( e a c h ：f o r w a r da c c e s sc h a n n e l ) 、广播信 道( b c t l ：b r o a d c a s tc h a n n e l ) 、寻呼信道( p a g i n gc h a n n e l ) 、上( 下) 行共 享信道( d s c h ，u p c h ) 。 逻辑信道特性由传输消息的不同类型描述，物理信道特性在f d d 铝r j 式中 = | _ i 码 域、频率域确定，上行还有i q 相位；还有t d d 锘j 式中的时隙。 逻辑信道到传输信道的映射有媒体接入予层完成，图1 6 和图1 7 描述了这 种影射关系。 b c c h - p c c h d c c h c c c h s h c c h c t c h d t c h s a p s a p s a p s a ps a p s a p s a p 、r t o w a s ) o r ( t o a t o w a s ) 表明下 行帧在t o w a s 之前到达，r n c 估算n o d eb 的c f no f f s e t + + ：if ( t o a 0 ) ，表明下 行帧在t o a w e 之后到达，o f f s e t 。( o f f s e t 用于r n c 估算n o d ebc f n ) 。 3 3 帧结构 基本的帧结构包括帧头和净丌销( 如下图所示) ； h e a d e r p a y l o a d 幽33 基本帧结构 3 2 1 帧头 如图3 4 1 和3 4 2 所示，数据帧和控制帧帧头包含公用的部分：帧类型 ( f t ：f r a m et y p e ) 和头c r c 校验。( f t ：0d a t af r a m e ，lc o n t r o lf r a m e ) 。 说明：数据帧帧头中t f i 用于指示对应的传输块的大小，但每个数据帧中的 传输数据块的数目并不是固定的，具体个数由配置r b 的时候的t f s i ( 传输格式集 指示) 决定；n o d e b 编解码的时候根据t f s i 决定传输块的个数，同时也可以定出即 数据帧帧头和净负荷的分界。 北京邮电人学计算机科学与技术系 北京l h g i _ 1 人学钡 。学化论文 w g d m a 无线接入嘲川步技术研究用户面帧协议设计实现 h e a d e r c r c f t c f n 灞罐鞘t f i o f f i r s td c h t f lo fs e c o n d d c h d c h l t f io f l a s td c h 图3 4 1 数据帧帧头 图3 41 2 制帧帧头 3 2 2 帧净负荷( p a y l o a d ) 3 2 2 1 上行数据帧 如下图3 5 所示，同一数据帧中包含多个传输块( 在传输信道实现传输块的 复用) ，这些传输块的大小由一陂头中的传输格式指示来表示：多个具有相同传输参 数( 传输时间间隔、物理层编码方式) 做成传输块集合。这些参数在信道传输数 据前协商好，并由r r c 通知帧协议层。 0 e ( q u a l i t ye s t i m a t e ) 终端侧根据物理层检测到的误码率上报对下行信道 质量的估计。 c r c i ( 循环冗余校验指示) ，与每个传输块对应，用于指示该传输块是否出 错。主要用于外环功率控制，r n c 根据该值评价上行误码率，从而调整上行闭环 目标信号噪声比。另外在i n t e r n o d eb 的切换过程中，借助该值作出数据帧的合 并选择。 北京邮电火学汁算机科学l ，技术系 北京邮电大学倾l ：学位论文w c d m a 尤线接入阿刊步投术研究，用户血帧协议设计实现 l二二互五五王 ：二：二二：三兰互量 二二：二二i j ；最署i l 燃蓥l 镕黪i s 口a r ce x t e ns i o i l p 8 y 】oa dc r c 【c d l l t ) 图35 上行数据帧净荷 3 2 2 2 下行数据帧 下行数据帧净负荷与卜行基本一致，除了没有上行的q e 平d c r c i ( 循环冗余 校验指示) 。 3 2 2 3 上厂f 行控制帧 c o n t r 0 1l n f o i m a t l o i l c o n t r o li n f o r m a t i o n ( c o n t ) s p a r ee x t c n s i o i t 图：3 6 上下行控制桢结构 由帧头的传输信道控制帧头中控制帧类型决定对应的内容，是t 1 t 2 t 3 t 4 还是t o a 。参见“”。 北京邮f u 人学计算秽i 科学，技术系 4 北京邮电人学顺f 学位论文! c d m a 无线接入酬l 叫步技术研究0 用户由帧协议设汁实现 第四章大话务量测试仪项目介绍以及帧协议的具体设计和实现 对于实时和嵌入式系统，软件部分即使能满足功能要求，通过功能测试，也 未必能够满足性能和健壮性、稳定性的要求。虽然从单元测试起，每一测试步骤 都包含性能测试，但只有当系统真正集成之后，在真实环境中才能全面、可靠地 测试运行性能系统。性能测试是为了完成这一任务。性能测试通常与强度测试相 结合，经常需要其他软硬件的配套支持。 随着u m t s 各个r e l 版本功能不断完善，在系统设计和实现过程中无法跟踪 的缺点会越来越多，有些问题难以在系统负荷很小的情况下发生。系统集成测试 主要针对功能实现上的测试无法有效的发现并解决性能和健壮性上的问题。 w c d m a 系统逻辑结构复杂，接口、协议繁多，对于软件测试来说是一个巨大 的挑战。其中的一些无线资源管理算法的测试往往使用真实环境进行现场测试， 但是无线环境非常复杂而且在某种程度上不可控；另外还有一些负载和搠塞控制 的算法需要大量的手机同时发起呼叫的负载测试，从人力物力上来讲都不太现 实。首先，负载测试需要一个大的网络，而硬件资源是有限的，机框、单板等等 都可能成为制约负载测试的因素，特别是n o d eb 和终端：其次，人为的用3 g 手 机模拟大话务量的情况不但会占用宝贵的人力资源，其可控制性、可操作性也不 强，无法定性、定量的分析系统稳定性、负载性能等指标。同时为了让通信网络 设备在交付用户使用前，性能稳定下来，确定评估其m t b f ( m e a nt i m eb e t w e e n f a i lu r e ) 平均无故障工作时问，大话务量测试设备都是必不可少的。 如何真实模拟满负荷大业务量的情况，成了3 g 负载测试急需解决的问题。 针对这些问题，一个软件化的大话务量测试工具对于3 g 的测试来说非常重要。 笔者在论文期间有机会作为实习生加入一家公司3 g 部门，参与几个大话务 量测试设备的丌发工作。其中用途最大、工作量最大的就是用于测试无线网络控 制器的基站和手机的模拟器。“f 面详细介绍该话务量测试仪的一些设计思想和其 中用户面帧协议的具体设计和实现。 4 1 大话务量测试仪项目介绍 4 ，1 ，1 大话量测试仪的总体设计要求 该测试仪表除了可以完成一些基本的功能测试外，主要用于测试3 g 网络设 备( r n c 和c n ) 的性能和稳定性，同时能够根据呼叫结果作简单分析( 主要借助 统计信息) ，帮助定位分析问题。 从功能结构上看，实现了n o d eb 和大量手机终端( u e ) 的模拟；除了没有真正 北京邮电大学计算机科学1 ，技术系 北京邮电大学硕士学位论文w c d m a 无线接八剥i 司步技术科究j 用户面帧悱议设计实现 的无线接口，它实现全部的基站( n o d eb ) 和手机三层：二层协议( n a s r r c r l c m a c ) ( 参见u u 接口模型：图1 5 ) ；同时为了生成用户数据模型和统计呼叫过程丢帧 和误帧情况在终端协议层卜面增加t t 模块( t e s tt r a f f icm o d u e ) 。 具体需求：方便操作，可以灵活设定呼叫