（电路与系统专业论文）第三代移动通信系统（tdscdma）的传输网络部分（tnss）研究.pdf

摘要 本文在研究第三代移动通信系统( t d s c d m a ) 的通用模型以及i u 、i u b 接 口协议的基础上，重点对r n c 的传输网络部分结构进行了详细的介绍。提出了 传输网络子系统和其他子系统之间的接口( 如a 2 、a 4 和g 接口) 的实现方案， 最后给出了t d s c d m a 通信系统的传输网络部分1 n s s 软件设计和实现的方 案，主要包括了接口模块的设计和控制模块的设计与实现。 传输网络子系统的设计是无线网络控制器( r n c ) 的重要部分。传输网络子 系统运行于r n c 的信令处理板上，采用v x w o r k s 系统。本论文的软件系统的开 发采用标准c 语言进行编写，使得软件的运行速度、占用的系统资源都得以很 大的改善。 关键词： 码分多址( c d m a )无线网络控制器 传输网络子系统高层信令子系统 操作维护子系统通用平台子系统 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , o nt h eb a s i s o f r e s e a r c h i n gt h ec o m m o n m o d e lo f t h et h i r dg e n e r a t i o n m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ( t d s c d m a ) a n dt h e p r o t o c o l so fi u ，i u b ，w e i n t r o d u c et h es t r u c t u r eo ft h et r a n s f e rn e t w o r ko fr n ci nd e t a i l t h ei n t e r f a c e s b e t w e e nt n s sa n do t h e rs u b - s y s t e m s ( s u c ha sa 4 ，a 2a n dg ) a r er e a l i z e d a tt h ee n d o f t h i sp a p e r , w ee m p h a s i st h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f t n s s ，i n c l u d i n gt h e d e s i g n o f t h ec o n t r o lm o d u l ea n dt h ei n t e r f a c em o d u l e t h ed e s i g no ft n s si st h ei m p o r t a n tp a r to ft h er n c t n s s1 l n so nt h es i g n a l p r o c e s s i n gb o a r d ，t h ev x w o r k ss y s t e mi s u s e di n t h i ss y s t e m ，w eu s es t a n d a r dc l a n g u a g e a st h e d e v e l o p i n ge n v i r o n m e n t ，w h i c hl a r g e l yi m p r o v e st h e s o f t w a r e s r u n n i n g s p e e da n ds y s t e mr e s o u r s e so e c u p m i o n k e y w o r d s ： c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t r a n s f e rn e t w o r ks u b s y s t e m r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r h i 班s i g n a l l i n gp r o c e s s i n gs u bs y s t e m o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c es u bs y s t e m c o m m o np l a t f o r ms u b s y s t e m i i 西北工业大学硕士论文 第一章绪论 1 1 第三代移动通信的发展概况 第三代移动通信系统即i m t - 2 0 0 0 ，按照它的设计思想，是有能力解决第一 代、第二代移动通信系统主要弊端的先进移动通信系统。它的一个突出特点就是 使个人终端用户能够在全球范围的任何时间、任何地点，与任何人、以任何方式 高质量的实现任何信息的移动通信和传输。因此，第三代移动通信系统十分重视 个人通信系统中的自主因素，突出了个人在通信系统的主导地位，所以又称为未 来个人通信系统。 3 g 无线接口标准于2 0 0 0 年5 月举行的i t u r2 0 0 0 年全会上最终获得批准 通过，被正式命名为i m r 2 0 0 0 无线接口技术规范。这个规范包括码分多址 ( c d m a ) 和时分多址( t d m a ) 两大类。其中，c d m a 为目前公认的主流技 术，它包括两种频分双工技术( f d d ) 和一种时分双工( t d d ) 技术，分别为 i m t - 2 0 0 0c d m a d s 、i m t - 2 0 0 0c d m a - m c 和i m t - 2 0 0 0c d m a t d 。 3 g 技术融合反映出移动通信业务全球化的需求，全球漫游是第三代移动通 信系统的特点之一。为了满足未来业务的需求，相对于现有的移动通信系统，3 g 系统应该具有以下的功能： ( 1 ) 提供更大的通信容量和覆盖范围 第三代移动通信系统提出的宽带c d m a 可以使用更宽的信道或在小区中使 用更多的载频，从而可以提供更大的小区容量。由于带宽更大，还可以改善频率 分集效果，从而降低衰落，为用户提供更好的统计平均效果。频带更宽还可以改 善功率控制精度，进一步抵消衰落的影响。 ( 2 ) 具有可变的高速数据率 第三代移动通信系统同时支持无线接口不同的高低数据比特率。在快速移动 环境下，最高数据率达到1 4 4 k b i t s 在室内环境下，最高数据率达2 m b i t s ；在 室外到室内或者步行环境下，最高数据率达到3 8 4 k b i t s 。这种数据率不仅可以支 持普通话音业务，还可以支持多媒体数据，可满足具有不同通信要求的各类用户 的需要。 ( 3 ) 同时提供高速电路交换和分组交换 虽然在窄带c d m a 和g s m 移动通信业务中，要能提供电路交换和分组交换， 1 西北工业大学硕士论文 但两者却很难同时提供，而3 g 系统的协议层设计可以很方便地解决这一难题。 每个终端均可同时使用多种业务，因而可使用户在连接到局域网的同时还能够接 收话音呼叫，同时进行话音通信和收发数据。 ( 4 ) 具有高的频谱利用率 目前，各国蜂窝移动通信已经有了很大发展，但是系统的通信容量仍满足 不了要求。解决移动通信的容量问题成了当务之急，而解决系统容量最有效途径 就是提高现有频谱的利用率。相对于2 g 系统，3 g 系统的频谱利用率有了普遍 的提高，特别是我国提出的t d s c d m a 技术，由于一开始就采用了智能天线和 多用户联合检测技术，因而可以提供比其他3 g 系统更高的频谱利用率。 1 2 t d s c d m a 系统的介绍 i m t - 2 0 0 0 共包括了五大标准体系，其中t d s c d m a 、w - c d m a 和c d m a 2 0 0 0 三个标准是最有优势的标准。本论文的研究背景是以t d s c d m a 标准为基 础，下面就重点介绍t d s c d m a 系统。 t d s c d m a 系统是t d m a 和c d m a 两种基本传输模式的灵活结合，是由 中国无线通信标准组织( c w t s ) 提出并得到i t u 通过的3 g 无线通信标准。系 统的无线接口参数如表1 1 所示。 表1 - 1t d s c d m a 空中接口参数 空中接口规范参数参数内容 复用方式t d d 基本带宽 1 6 m h z 业务特性对称和非对称 码片速率1 2 8 m c h i p s 无线帧长 1 0 m s 信道编码卷积编码、t u r b o 码等 数据调制q p s k 和8 p s k 扩频方式q p s k 功率控制开环+ 闭环功率控制 功率控制速率 2 0 0 次s 智能天线在基站由8 个天线组成天线阵 基站问同步关系 同步 多用户检测使用 t d s c d m a 系统特别适合于在城市人口密集区提供高密度大容量话音、数 2 西北工业大学硕士论文 4 、智能天线技术 智能天线是一种基于自适应天线原理的移动通信新技术，智能天线系统就是 由一组天线阵及相连的收发信机和先进的数字信号处理算法构成。它结合了自适 应天线技术的优点，利用天线阵列对波束的汇成和指向的控制，产生了多个独立 的波束，可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化。 t d s c d m a 系统的上、下行信道使用同一载波，上、下行射频信道完全对 称，从而有利于智能天线的使用( 目前仅用于基站) 。 5 、软件无线电 软件无线电是利用数字信号处理软件实现传统上由硬件电路来完成的无线 功能的技术，通过加载不同的软件，可实现不同的硬件功能。它的基本原理就是 将宽带a d 和d a 转换器尽可能靠近天线外，从而以软件方式代替硬件实施信 号处理。 使用软件无线电技术，具有良好的灵活性及可编程性，可代替昂贵的硬件电 路，实现复杂的功能对环境的适应性好，不会老化，也便于系统升级，降低用 户设备费用。 除此之外，t d s c d m a 系统还有许多其他优点，这里不一一进行阐述。 1 3 本课题的主要工作 本文在深入研究第三代移动通信系统通用模型的基础上，参考了i u 接口、 i u b 接口以及有关的3 g p p 系列协议，通过查找、收集大量有关的资料，提出了 传输网络子系统与其他子系统之间接口的实现，这些接口包括了g 接口、a 2 接 口、a 4 接口的具体实现方案。 本文最后给出了传输网络子系统( t n s s ) 软件部分的设计，主要是t n s s 的控制模块的设计和接口模块的设计，该设计实现了t n s s 的基本功能，其设计 思想和实现手段为了完善r n c 系统奠定了基础。 作为一个典型的协议软件的开发，在设计实现的过程涉及到移动通信网络、 软件工程、计算机网络等方面的知识，而传输网络部分的设计在3 g 领域中属于 全新的技术，该技术难度高、工作量大、可以鉴戒的资料和经验也比较少。需要 在实际使用中不断的完善与改进。 4 西北工业大学硕士论文 本文的主要包括以下内容： 第一章是绪论。主要介绍了第三代移动通信的发展概况，重点对3 g 的 t d s c d m a 通信系统作了简要的介绍。 第二章主要介绍第三代移动通信系统u m t s 的网络结构，它由c n 、u t r a n 和u e 三部分组成。在本章最后给出了u m t s 的通用接口模型。 第三章主要介绍了r n c 子系统局间的i u 、i u b 接口，并就i u 、i u b 接口的协 议结构与协议功能进行了详细的介绍。 第四章介绍传输网络部分之间接口的具体实现。主要包括：t n s s 与h s p s 之间a 2 接口的实现过程，o a m s 与t n s s 之间的a 4 接口实现过程，以及c p s s 与t n s s 之间的g 接口实现过程。 第五章详细介绍了传输网络子系统t n s s 的设计。主要迸行了传输网络子系 统中接e l 模块和控制模块的详细设计。 最后给出了本研究课题的结论。 1 4 本章小结 本章扼要说明了第三代移动通信系统的发展概况，由于本文的研究背景是 t d s c d m a 系统，因此对t d s c d m a 系统做了简单介绍。最后列出了的本文 的研究工作并就整篇论文的内容作出了概要介绍。 5 西北工业大学硕士论文 第二章u m t s 网络结构及接口模型 通_ h j 移动通信系统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 s ) 是 i m t - 2 0 0 0 的一种，它是i t u 的i m t - 2 0 0 0 第三代移动通信系统的重要组成部分。 u m t s 系统除了支持现有的话音、数据业务外，还可以为移动用户提供全新 的交互式多媒体业务。它可提供2 m b w s 的高数据传输速率，u m t s 技术已经引 起了广泛的关注。 u m t s 的网络结构由核心网c n ( c o r en e t w o r k ) 、u m t s 陆地无线接入网 u t r a n ( u m t s t 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 ) 和终端u e ( u s e re q u i p m e n t ) 3 个 部分组成，本章主要介绍u m t s 的网络结构及相关的接口模型。 2 1u m t s 网络结构 u m t s 系统由c n 、u t r a n 和u e3 个部分组成，其结构如图2 1 所示。c n 和u t r a n 之间的接口称为i u 接口，u t r a n 和u e 之间接口称为u u 接口。 l c n + h 如 i l u t r a n l ij u 接口 l j l i e u t r a nu m t s 地面无线接入网 c n核心网 u e终端 图2 1u m t s 系统结构 u t r a n 系统的内部结构如图2 2 所示。 6 西北工业大学硕士论文 核心网( c n ) i i 厂1 u u t r a n 郴l r n c l i u r ir n ri k s l ll 夕b夕b i n o d eb li n o d e b li n o d e b ii n o d e b i 图2 - 2u t r a n 内部网络 2 i i a n c ( 无线网络控制器) r n c 用于控制u t r a n 的无线资源。它通常与一个移动交换中心m s c 和一 个s g s n 以及广播域通过i u 接口连接。它在逻辑对应与g s m 网络中的基站控制 器。 u t r a n 由若干个通过i u 接口连接到c n 的无线网络子系统r n s ( r a d i o n e t w o r k s u b s y s t e m ) 组成。其中一个r n s 包括一个r n c 和一个或者多个n o d e b ， 而n o d e b 通过i u b 接口与r n c 连接，n o d e b 可以支持f d d t d d 模式。 每个r n s 管理一组小区的资源。在u e 和u t r a n 的每个连接中，其中一 个r n s 充当服务r n s ( s r n s ，s e r v i n gr n s ) 。如果需要一个或者多个漂移 r n s ( d r n s 。d r i f t i n gr n s ) 通过提供无线资源来支持s r n s 时，则s r n s 和d r n s 的结构关系如图2 - 3 所示。 图2 - 3s r n s 和d r n s 的结构关系 7 西北工业大学硕士论文 2 1 2n o d eb ( 节点b ) n o d eb 用于进行物理层与空中接口之间的相关处理，比如信道编码、交织， 速率匹配、扩频等，同时它还完成一些内环功率控制等无线资源管理的功能。节 点b 在逻辑上相当于g s m 通信网络中的基站。 在u t r a n 内部，r n c 之间通过i u r 接口进行信息交互，i u 和i u r 是逻辑接 口，i u r 接口可以是r n c 之间的直接物理连接，也可以通过任何合适的传输网络 的虚拟连接来实现。 2 1 3c n ( 核心网) 核心网有不同的实现方式，根据不同的条件和环境，既可以利用已有的核心 网通过改进实现，也可以建设一个全新的、先进的核心网。不管是以何种方式、 何种技术束实现核心网，都必须满足第三代移动通信系统对核心网的要求。 对u m t s 核心网的传输要求：支持电路交换业务、分组交换业务、实时非 实时及自适应流量控制业务；支持各种q o s 需求和业务描述：可以使用户获得 各种通信业务，包括许多现在未定义的多媒体业务和高速率业务。 2 2u t r a n 接口模型 u t r a n 接口的通用协议模型如图2 - 4 所示。 从图中可以看出，u t r a n 分为无线网络层和传输网络层。其中。u t r a n 的逻辑节点和它们之间的接口被定义为无线网络层的一部分。传输网络层为用户 平面传输、信令传输和特定的运行与维护( 0 m ) 传输提供服务，而与u t i l 6 j 4 特定的功能无关。 无线网络层分为用户平面和控制平面，传输网络层分为传输网络用户平面和 传输网络控制平面。 无线网络层的控制平面包括应用协议和用户传输应用消息的信令承载，在i u 接口上的应用协议是无线接入网络应用部分r a n a p ( r a d i oa c c e s sn e t w o r k a p i ：，l i c a t i o np a r t ) ，负责c n 和r n s 之间的信令交互。在i u r 接口上的应用协议是 无线网络子系统的应用部分r n s a p ( r a d i o n e t w o r k s u b s y s t e m a p p l i c a t i o n p a r t ) ， 负责两个r n s 之间的信令交互。i u b 接口上面的应用协议是n o d eb 应用部分 n b a p ( n o d eb a p p l i c a t i o np a r t ) ，负责r n s 内部的r n c 和n o d e b 之间的信令 8 西北工业大学硕士论文 交互。 无线 控制平面_ e j 户平面 网络层 应_ _ | 协议数据流 tt i 传输一懒阿缮传输网络 一一一一一一砖璃隔 网络层用户平面控制平面用户平面 a l c a p i 信令承载信令承载数据承载 i 物理层 图2 - 4u t r a n 接口的通用协议模型 在传输网络层，以上的i u 、i u b 和i u r 3 个接口都使用了a t m 传输技术。无 线网络层的用户平面包括数据流和用于数据流传输的数据承载。传输网络控制平 面只在传输层，不包含任何无线网络层的信息。它包含用于用户平面建立传输承 载( 数据承载) 所需的接入链路控制应用部分a l c a p ( a c c e s sl i n kc o n t r o l a p p l i c a t i o np a r t ) 协议和用于a l c a p 的信令承载。用户平面的数据承载和应用 协议的信令承载都属于传输网络用户平面。 u t r a n 的功能如下： ( 1 ) 用户数据传输功能。u t r a n 提供在u u 和i u 参考点之间的用户数据 传输功能。 ( 2 ) 系统接入控制功能。系统接入控制包含了接入允许控制、拥塞控制和 系统信息广播等功能。 ( 3 ) 无线信道加密和解密功能。该功能通过一定的加、解密操作作为发送 的无线数据提供保护，加密功能位于u e 和u t r a n 中。 9 西北工业大学项士论文 ( 4 ) 移动性管理功能。该功能包括了切换功能、s r n s 重定位、寻呼功能 以及u e 的定位功能。 ( 5 ) 无线资源的管理和控制功能。无线资源管理包括对无线资源的分配和 保持等相关功能，u m t s 的无线资源应该能在电路交换业务和分组交换业务之间 共享。 ( 6 ) 广播和多播功能。其中包括了广播多播信息的分配、广播多播流量控 制等功能。 ( 7 ) 跟踪功能。u t r a n 可以跟踪与u e 的位置及其行为相关的各种事件。 ( 8 ) 流量报告功能。u t r a n 可以向c n 报告非确认数据的流量信息。 2 3 本章小结 本章介绍了第三代移动通信系统u m t s 的网络结构，它是由核心网( c n ) 、 u t r a n 和终端( u e ) 三部分组成。并描述u t r a n 的通用接口模型以及u t r a n 的功能。 1 0 西北工业大学硕士论文 第三章r n c 子系统局间的i u 、i u b 接口介绍 3 1r n c 系统的功能划分 r n c 产品在整个第三代移动通信系统中处于接入网络的位置。其最核一i i , 的功能是为确保移动台的业务服务而进行的无线资源管理与分配功能，其次还 应完成移动台的接入控制、切换控制等功能及移动台与核心网之间业务流的传 输功能。另外，r n c 设备还应具备自己的本地操作维护终端( l m t ) ，提供对 设备的本地操作维护功能。 在第三代移动通信系统中，与r n c 存在接口关系的功能节点是：u e 、n o d e b 、m s c 、s g s n 、c b c 、r n c ，r n c 产品必须提供相应的接口才能确保与其他 功能节点间的互连互通。r n c 产品在第三代移动通信网络中所处的位置如图3 一i 所示。 由图可知，r n c 产品处于无线网络接入控制的位置，一方面要控制本接 入服务位置区内的n o d e b 为u e 的接入提供空中接口，另一方面通过不同的地 面接入方式分别与m s c 、s g s n g g s n 及相邻的r n c 相连接，将u e 从空中信 道传来的业务流转换成相应的接口信息流发向响应的网络单元。 图3 1r n c 产品在第三代移动通信网络的位置结构图 r n c 系统的主要功能如下： 1 1 西北工业大学硕士论文 ( 1 ) 对基站系统资源的控制： ( 2 ) 呼叫控制； ( 3 ) 移动性管理： ( 4 ) 广播控制； ( 5 ) 分组数据传送控制； ( 6 ) 电路数据传送控制。 r n c 软件系统的按功能划分如下：高层信令处理子系统( h s p s ) 、无线资 源管理( r j w ) 子系统、业务处理子系统、传输网络子系统( t n s s ) 、操作维护子 系统( o a m ) 、通用平台子系统( c p s s ) 。 r n c 软件系统按功能划分如图3 2 所示。 图3 2r n c 软件系统功能模块分解图 通用平台子系统( c p s s ) ：能够独立运行，这是相对于通用平台子系统而言 的。所谓独立运行是指当承载该子系统的各硬件单元上电后，通用平台子系统程 序可以自动运行，且该子系统程序能否正常运行不取决于其他子系统程序的存 在。 1 2 西北工业大学硕士论文 通用平台子系统主要完成r n c 系统本地资源管理、内部通信控制及连接交 换控制等功能，系统中任何两个模块间的内部连接都由通用平台负责建立。通用 平台涉及了r n c 产品系统中全部的硬件功能单板，是r n c 产品各高层应用子 系统运行的平台。 a t m 交换核：a t m 交换核是通用平台子系统的一个部分。它的主要功能是 完成a t m 信元交换，与其他功能框间的连接为p v c 的方式。a t m 交换核的初 始化配置、a t m 交换核的操作与维护都必须由通用平台子系统的资源管理功能 实体统一控制。 高层信令处理子系统( h s p s ) ：能够独立运行。在通用平台之上，高层信令 处理子系统完成的功能包括语音及数据呼叫的控制、切换控制、基站系统的控制。 在此子系统中所要处理的协议主要包括3 g p p 协议中的r r c 、n b a p 、r a n a p 、 r n s a p 等协议。所涉及的信令接口主要包括u u 接口，i u b 接口、i u r 接口、i u 接口等。其中，无线接入呼叫控制是r n c 系统的核心控制功能。 无线资源管理子系统( r r m ) ：它能够独立运行在通用平台之上。无线资源 管理子系统主要完成r n c 设备中的核心功能：无线接入网络中无线资源的配置、 管理、分配和调整。与r r m 子系统存在接口的子系统主要包括：通用平台、操 作维护子系统以及高层信令处理子系统。 业务处理子系统：能够独立运行。在通用平台之上，业务处理子系统主要完 成的功能是：在高层信令处理子系统的控制下，在传输网络子系统及通用平台的 支撑下，完成与协议有关的业务流处理。其中高层信令子系统负责局间业务流的 传送，传输网络子系统负责r n c 系统内部消息和业务流的传送。 传输网络子系统( t n s s ) ：能够独立运行。在通用平台之上，传输网络子系 统主要完成传输网络层局间信令的互控功能，建立、监测、释放、维护和管理 r n c 设备与其他设备局间传输网络层的业务流通道，完成高层局间信令n b a p 、 r a n a p 、r n s a p 的传输功能。 操作维护子系统( o a m ) ：能够独立运行。在通用平台之上，操作维护子系 统主要包括如下功能模块：人机维护功能模块，本地操作维护代理功能模块、 r n c 网管代理模块。操作维护子系统的管理主要包括对r n c 的操作维护和n o d e b 的操作维护管理，r n c 产品的操作维护子系统只面向唯一的个r n c 产品设 1 3 西z i g _ r - a k 大学硕士论文 各及其所控制的所有n o d eb ，对多个r n c 的同时管理不是r n c 操作维护子系 统的功能。 3 2 i u 接口概述 i u 接口是位于u t r a n 和核心网( c n ) 之间的接口，是用来传输u t r a n 和c n 之间的控制信令以及用户数据。i u 接口的协议分为两个平面： ( 1 ) 用户平面协议：实现无线接入业务，即通过接入层传送用户数据。 ( 2 ) 控制平面协议：从不同的方面来控制无线接入承载以及u e 和网络之 间的连接，还包括非接入层( n a s ) 消息的透明传输。 i u 接口的逻辑结构图如图3 - 3 所示。其中连接到核心网络电路交换域的i u 接口称为i u c s ，连接到分组交换域的i u 接口称为i u p s ，连接到广播域的i u 接 口称为i u b c 。区分i u c s 和i u p s 这两个接口意味着到电路交换和到分组交换 有不同的信令和用户数据连接。每个c n 接入点可以连接到一个或多个u t r a n 接入点。对于p s 域和c s 域，每个u t 融n 接入点只能连接到每个c n 域中的 一个c n 接入点。对于b c 域，每个u t r a n 接入点可连接到一个或多个c n 接 入点。 图3 - 3l u 接口的逻辑结构图 3 3i u 接口协议结构及其传输网络层的实现 1 4 西北工业大学硕士论文 3 3 1i u 接口协议结构 i u c s 协议结构如图3 - 4 所示，i u c s 接口协议结构分为三层：无线网络层、 传输网络层、物理层。无线网络层和传输网络层从功能上又分为控制平面和用户 平面。 无线网络层控制平面r a n a p 协议主要用于控制r n c 和m s c 之间的无线接 入承载，提供n a s 消息的透明传输机制：用户平面i uu p 协议采用支持模式，实 现无线接入承载业务，即通过接入层传送用户数据，。 传输网络层控制面主要由a l c a p 协议组成，用来完成对用户平面传输资源 a a l 2 链路的控制和管理；用户平面采用7 号信令作为信令承载，采用a a l 2 承 载电路型业务的用户数据。 无线控制平面用户平面 网络层 l r a n a p i ll i u 用户平面 协议层 传输 传输网络传输网络传输网络 用户平面 # 翻i 平而 用户平面 网络层 q z 6 3 0 2 i s c c p q 2 1 5 0 1 m t p 3 b 1 1 r p 3 b s s c f n n is s c f n n i s s c o ps s c o p a a l 5a a l 5a a l 2 iii a t m l | |i 物理层 | ；| | i 图3 4i u c s 的协议结构 1 5 西北工业大学硕士论文 i u p s 协议结构如图3 5 所示。i u p s 接口协议结构同样分为三层：无线网络 层、传输网络层、物理层。无线网络层从功能上分为控制平面协议和用户平面协 议。控制平面r a n a p 协议主要完成对r n c 和s g s n 之间无线接入承载的控制： 用户平面l uu p 协议针对分组业务，采用透明模式进行传输。 i u p s 接口的传输网络层只有用户平面。用户平面使用7 号信令作为信令承 载，采用g t p u 作为分组业务承载，由融n a p 完成对其的控制功能。 无线控制平面用户平面 网络坛； i r a n a p l ii i u 用户平面 辫议层 传输 传输网络传输网络传输网络 用户平面控制平面用户平面 网络层 s c c p m t p 3 bm 3 u ag t p - u s s c f n n is c r pu d p s s c o pi pi p a a l 5a a l s i： a t m 层 l a r m 物理层 i 物理层 图3 5i u - p s 的协议结构 3 3 2 传输网络层功能描述 1 、i u c s 功能描述 l u c s 传输网络层协议分为用户平面和控制平面。控制平面协议由a l c a p 、 m t p 3 b 、s s c f - n n i 、s s c o p 、a a l 5 组成，用来对i u 接口的业务链路进行协商 1 6 西北工业大学硕士论文 控制和管理。用户平面协议分为两部分：s c c p 、m t p 3 b 、s s c f - n n i 、s s c o p 、 a a l 5 组成的协议栈作为r a n a p 信令的传输承载：a a l 2 作为用户数据的传输 承载。 2 、i u p s 功能描述 i u p s 传输网络层协议只有用户平面。用户平面协议分为两部分：s c c p 、 m t p 3 b 、s s c f n n i 、s s c o p 、a a l 5 组成的宽带7 号信令协议栈作为r a n a p 信令的传输承载；g t p u 、u d p i p 组成的协议栈作为用户数据的传输承载。 3 3 3i u 接口的传输网络层实现 3 3 3 1i u c s 的实现 一、控制平面 1 、信令协议( a l c a p ) 在实现中a l c a p 协议采用q 2 6 3 0 1 标准。如果需要对一条a a l 2 链路进行 修改的话，需要拆掉旧的连接，建立新的连接。 在呼叫流程中，所有的a a l 2 链路建立过程都是由r n c 侧发起，c n 不会主 动发起a a l 2 链路建立过程。但是链路释放过程两端都可以发起。 2 、m t p 3 b m t p 3 b 提供消息路由、消息判别和分发以及信令链路的管理，同一个链路组 中信令链路之间的切换，多个链路组的功能不需要支持。 对于特定m s c ，r n c 应能够利用同一m t p 3 b 目的地点码或不同m t p 3 b 目 的地点码接入r a n a p 和a l c a p 。而对于特定r n c ，m s c 应能够利用同一 m t p 3 b 目的地点码接入r a n a p 和a l c a p 。 3 、s s c f n n i s s c f n n i 将上层的要求映射成s s c o p 的要求，并提供s a a l 连接管理、 链路状态和远端处理机状态机制，s s c f - n n i 协议的实现符合q 2 1 4 0 中的规定。 4 、s s c o p s s c o p 提供信令连接的建立和释放以及信令实体间可靠的信令信息交换，并 将上层协议适配成低层a t m 信元的要求，s s c o p 协议的实现符合q 2 1 1 0 中的 规定。 5 、a t m 适配层类型5 ( a a l 5 ) 1 7 西北工业大学硕士论文 a a l 5 防议的实现符合i t u t 中1 3 6 3 5 中相关的规定。 二、用户平面 1 、s c c p s c c p 协议用来支持c n 和r n c 之间的信令消息交互。在r n c 中，s c c p 的高层协议为r a n a p ，s c c p 为r a n a p 提供无连接的0 类服务和面向连接的2 类服务。 2 、m t p 3 b m t p 3 b 的实现过程同控制平面的m t p 3 b 。 3 、s a a l - n n i s a a l n n i ( a t m 信令适配层一网络节点接口) 由以下子层共同组成：s s c f ( 特定业务协调功能) 、s s c o p ( 特定业务的面向连接协议) 、a a l 5 ( a t m 适 配层5 ) 。其实现过程同控制平面对应的部分。 3 3 3 2 i u p s 的实现过程 一、控制平面 i u p s 接口传输网络层控制面为空，对传输网络层用户平面的控制由无线网 络层的控制平面r a n a p 来完成。 二、用户平面 1 、g t p u g t p u 协议主要完成1 u p s 用户数据的传输，包括路径检测、差错指示、支 持的扩展头通知、g - p d u 传输这四个功能。 r n c 侧的g t p u 的控制面是r a n a p 。通过r a n a p 来完成g t p - u 隧道的 建立。 2 、u d p i p r n c 和c n 可能有多个i p 地址。c n 的分组处理功能应能向与r a b 关联的 r n c 的i p 地址发送此r a l 3 的下行分组数据，r n c 的分组处理功能应能向与r a b 关联的c n 的i p 地址发送此r a b 的上行分组数据。 3 、a t m 适配层类型5 ( a a l 5 ) a a l 5 虚电路( v c ) 用来传输流经i u p s 接口的分组数据，接1 2 1 上可使用多个 v c ，而每一个v c 应和对端与此v c 相关的i p 地址相关联。 1 8 西北工业大学硕士论文 4 、i p a t m 底层的i p 使用i p o a ( c l a s s i c a li p o v e r a t m p r o t o c o l s ) ，用于在a t m 传输网 上传送i p 分组。 3 4i u b 接口概述 i u b 接口是u t r a n 中r n c 与n o d e b 之间的接口，用来传输r n c 和n o d e b 之间的控制信令，以及来自无线按1 2 1 的公共传输信道和专用传输信道数据流。 l u b 接口允许r n c 和n o d eb 之间协商无线资源，以支持在u e 和s r n c 之间的专 用连接上的通信。另外，i u b 接口还为r n c 提供了一条o & m 专用通道，用于实 现对n o d eb 的操作和维护。 i u b 接口在u t r a n 中的位置如本章图3 - 1 所示。 3 5l u b 接口结构及其传输网络层的实现 3 5 1i u b 接口结构 从i u b 接口的协议结构来分析，该接口包括两个功能层：无线网络层和传输 网络层，而每一层又包括控制平面和用户平面。传输网络层采用的是a t m 方式， i u b 接口的协议结构如图3 - 6 所示。 从图中可以看出，无线网络层控制面的n b a p 协议用于实现r n c 对n o d e b 的控制和管理，主要的功能包括：小区配置管理，公共传输信道管理，系统信息 管理，资源事件管理，配置校准，公共资源测量，无线链路管理，无线链路监测， 专用资源测量，通用错误状况报告，物理共享信道管理，下行功率时隙校正，小 区同步，信息交换。 无线网络层用户平面由相应的i u b - f p 协议组成，其主要功能是把无线接口 上的帧转化为i u b 接口上的数据帧，并产生相应的控制帧来服务于此功能。包括 r a c h f p 、f a c h f p 、p c h f p 、d c h f p 等帧格式。 传输网络层分为控制平面和用户平面。传输网络层控制平面主要实现i u b 接 口上建立、释放、维护i u b 接口用户平面传输资源( a a l 2 连接) 的功能，传输 网络层用户面主要实现在i u b 接口上承载无线网络层的信令和用户数据的功能。 传输网络层控制面的协议包括a l c a p 、s s c f u n i 、s s c o p 、a a l 5 ，用来控制 1 9 西北工业大学硕士论文 用户面a a l 2 连接的建立，释放，维护等：传输网络层用户面的协议包括 s s c f u n i 、s s c o p 和a a l 5 、a a l 2 ，主要承载n b a p 信令和用户数据。 无线网络层 传输网络层 无线网络控制平面传输网络控制平面用户平面 一一一。一一一一一一1 一一一1 。一一一一一一一一一1 _ 一。一一一一一一一一一一一一一一。1 n o d e b 应用部分 f p ( n b a p ) a l c a p q 2 6 3 0 1 r q 21 5 u 2 s s c fu n i s s c f u n i a a l 2i s s c o p 。l s s c o p l a a l 5 l m 5 li a ：n 订 物理层 图3 - 6i u b 接口协议结构图 3 。5 2i u b 的传输网络层实现 在传输网络层中，a a l 5 和a a l 2 分别作为两种a t m 适配层协议，完成数 据的适配功能，即把高层应用的数据结构表示成a t m 层的信元结构，并提供需 要的运行和管理功能。但a a l 5 用于非实时的面向连接和无连接的数据传输，它 是a t m 信令和一般数据传输的承载。从l 2 是为可变比特率数据流传输而设计 的，用于传输话音业务，它允许多个用户统计复用一个v c 连接，在传输短数据 包时提高了带宽利用率，同时减小了时延。在n o d e b 中a a l 2 位于f p 的下层， 是用户业务数据的承载。 传输网络层控制面的协议包括a l c a p 、s s c f - u n i 、s s c o p 、a a l 5 ，用来 控制用户面a a l 2 连接的建立，释放，维护等；传输网络层用户面的协议包括 2 0 西北工业大学硕士论文 s s c f u n i 、s s c o p 和a a l 5 、a a l 2 ，主要承载n b a p 信令和用户数据。 一、l u b 接口a l c a p 协议的实现 在l u b 接口的a l c a p 由q ，2 6 3 0 1 来实现，如果需要对一条a a l 2 链路进行 修改的话，需要拆掉旧的连接，建立新的连接。 二、i u b 接口q s a a l 协议的实现 i u b 接口的信令承载为s a a l 链路，一条s a a l 信令链路对应局间的一条 p v c 。 a l c a p 的底层信令承载s a a l 链路的建立由a l c a p 发起，也可以由网管 发起。承载a l c a p 信令的s a a l 链路的数目为两条，其中一条作为主用，另外 一条备用。 n b a p 的底层信令承载s a a l 链路的建立由网管发起。承载n b a p 信令的 s a a l 链路数量为五条：1 条对应n o d eb 的公共控制端口，处理n o d eb 公共过 程信令的收发；1 条做为承载n o d eb 公共控制端口信令的备用：3 条对应通信控 制端1 3 ，分担处理用户专用过程信令的收发。 3 6 本章小结 本章介绍了r n c 子系统的内部的功能结构体，r n c 子系统局间的i u 接1 ：3 和i u 接口的协议结构。 在本章后面几节讨论了i u 接口和i u b 接1 3 的传输网络层的实现。对于i u 接 1 3 的实现包括了i u c s 的实现和i u - p s 的实现，而l u b 接口的实现主要是i u b 接 1 ：3 的a l c a p 和q s a a l 实现。i u 接口、i u b 接口的传输网络层的实现是传输网 络部分设计的重要基础内容。 2 1 西北工业大擘硕士论文 第四章传输网络部分之间的接口实现 4 1 传输网络子系统与其他子系统之间的接口 传输网络子系统与其他子系统之间的接口如图4l 所示。 i 图4 - l传输网络子系统与其他子系统之问的接口图 山图4 1 可知，传输网络子系统与其他子系统之间的接口有如下几类： 1 、传输i 删络f 系统与高层信令子系统之间的a 2 接口； 2 、传输嗍络f 系统与操作维护子系统之间的a 4 接口； 3 、传输网络子系统与通用平台子系统之间的g 接口。 以下几节将详细介绍a 2 接口、a 4 接口、g 接口的具体实现方案。 4 2a 2 接口的协议实现 传输网络子系统( n s s ) 中的s c c p 、a l c a p 和q s a a l 模块与高层信令 处胖r 系统( h s p s ) 之问有信息交互，它和h s p s 通过a 2 这样一个接口，分别 和h s p s 的r a n a p 、r n s a p 和n b a p 进行消息交互以及数