（信号与信息处理专业论文）tdscdmagsmgprs双模终端的研究与实现.pdf

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下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 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申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：4 季甄， 日期： 埘阜三盘耸盈 关于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：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： t d s c 叫a g s m g 陬s 双模终端的研究与实现 摘要 随着移动用户数的增长和对移动通信业务多元化的需求，尤其是 对数据业务的需求，现有的二代移动通信系统逐渐凸显出在容量、业 务类型及质量等方面的不足。第三代移动通信系统( 3 g ) 正是出于对 这种形势的预测和考虑发展起来的。近几年，随着3 g 研发成果的日 积月累，3 g 已经渐行渐近。 作为世界三大主流标准之一的t d s c d m a ，是我国拥有自主知识产 权的第三代移动通信标准，它不仅实现了中国在电信标准领域零的突 破，而且经过近几年的努力，目前u e ，r n c 和d eb 等各方面均已经 通过了m t n e t 等专项测试，即将进入预商用阶段测试，t d s c d m a 的商 用指日可待。 由于中国移动通信二代系统以g s m 为主，覆盖广泛，系统稳定， 过渡到3 g 需要相当长的周期，而从技术角度考虑，t d s c d m a 核心网可 以在g s m 网络基础上升级，因此必将会出现二代系统与三代系统同时 并存的状况。这样支持t d s c d m a 和g s m 的双模终端成为市场的首选， 它可以将二代g s m 网络与三代t d s c d m a 结合起来，既能为用户提供高 质量多业务的三代服务，又可以弥补建网初期网络覆盖不全面的问 题，是二代系统向三代系统平滑过渡的桥梁，也将加速t d s c d m a 商用 化的步伐。 基于以上考虑，本课题将对t d s c d m a g s m g p r s 双模手机的软件结 构展开研究。 本文系统地介绍了t d s c d m a g s m g p r s 双模手机软件关键技术研 究和设计实现，重点关注t d s c d m a g s m g p r s 自动双模终端的软件架 构设计，对t y p e1 双模终端，即手动双模，重点实现了非接入层部 分的双模操作，实现并验证了手动模式切换的所有功能。而t y p e2 双 模终端，是基于t y p e1 的现有结构开发的一种自动双模，本文给出 这种双模终端软件体系结构的设计，并对一些关键技术进行研究、分 析。 本文的主要内容如下： 1 简述第三代移动通信系统的优势和它的三个代表技术，重点 介绍t d s c d m a 系统的特点和目前的发展状况； 2 描述t d s c d m a ，g s m g p r s 双模终端的研发意义、研发策略 及研究现状； 3 描述1 e1 双模终端软件的体系结构和实现方法。重点介绍非 接入层部分的双模设计和实现： 4 对t ) ，p e2 双模终端软件进行分析，建立静态体系架构，并对4 个关键技术进行深入研究； 5 介绍整个双模终端的仿真、测试和验证情况； 6 对本文所提供的实现策略进行总结，并展望下一步的工作和 研究方向。 本文中涉及到的t e l e l o g i ct a u 公司提供的s d l 软件，可以应用在 协议软件的开发流程中的系统规范描述和设计阶段，在使用s d l 设计 出整个系统之后，使用t e l e l o g i ct a u 提供的仿真功能可以验证系统 架构的正确性。通过仿真可以验证，设计的自动双模软件的静态架构 是合理的，可以实现协议要求的接收系统消息，针对不同无线接入技 术的测量，小区选择，小区重选，切换等功能。 关键字：t d s c d m a ，g s m g p r s ，双模，终端，软件 d e s i ( 玳a n di n v e s t i g a n 0 nf o r t d s c d m a g s 倒g p r sd u a lm o d eu e a b s t r a c t a 1 0 n g w i 廿1m en 眦l b e rg r o w t ho f m o b i l es d b s c r i b e r sa i l dm eg r e a l e rd i v e r s i t yo f m em o b i l ec o m m u n j c a t i o ns e r v i c e s ， e s p e c i a l l y d a t as e r v i c c s ，t l l e e x i s t i n g s e c o n d g e n 啪t i o nm o b i l ec 0 忸m u n i c a t i o ns y s t e mh a sg r a d u a l l ys h o w nu pi t s i n s u f ! 丘c i e n c yi nm 柚ya s p e c i ss u c ha ss y s t e mc a p a c i 饥t y p e so fs e r 、，i c ec a i lp m v i d e ， a 1 1 dq u a l i t yo fs e i c e s a so n eo ft h ew o r l d st l l r e em a i ns t a n d 盯d so f3 g ， t d s c d m ai sp m p o s c db yo l l rc o u n 缸y t m u 曲t l l ee n d e a v o r si nr e c e n ty e a r s ，i t h a sa l r e a d y p a s s e dv 撕o u s 印e c i a lt e s t s ，t d s c d m a i sa l r e a d ya tt l l eg a t e i nc h i n a ，m es e c o n d 唱c 1 1 e 豫t i o nm o b i l ec o 删叭l i l i 训o ns y s t a ni sp r i m 捌l y c o i l s i s t c do fg s m ，t ou p g r a d es u c hah u g es y s t e r nt 03 gr e q u 曲sac o n s i d e r a b l e p e r i o do ft i m e ，a i l df 如mt h et e c h i l i c a l 、，i e w ，m ec o r en e t w o r ko ft 】d s c d m ar c u s e t l l ef o u 玎d a t i o no fg s mn 咖o r k ，t h u st l l e r ew i l ls u r e l yb eac e r t a i ns t a g ew h e r e l e 2 gs y s t 锄c o e x i s tw i mm e3 g s e e i lt l l i s ，d u a l _ m o d et e 咖i 叫sw l l i c h 跚p p o r t t d - s c d m aa n dg s ma tt l l es a m e 劬ew i l lb e c o m e l ef i r s tc h o i c eo ft l l em a r k c t b e c a u s ei t sag o o dc o m b i n a t i o nw h i c hc a np r o v i d el l i 曲一肌ds e r “c e sf o r 1 eu s e r so f 3 g ，a 1 1 dm a ym a k eu pt h el a c ko fc o v e r a g ei nt h ei n i t i a le s t a b l i s h 血gp 耐o do f3 g n e t 、v o r kb yu s i n g2 g ，s oi tw i l lh c l pt h es m o o t ht m n s i t i o n 舶m2 gs y s t e mt o3 g ，柚d a l s o 丽l la c c d e r a t et h es t e p so f t d s c d m ac o 删n e r c i a l i z a t i o n b a s c do nt h ea b o v ec o s i d e r a t i o n s t h er e s e a r c ho ft d - s c d m a g s m ，g p r s 血【a l - m o d et e m i i l a ls o f t w a r ei sn e c e s s a r y w h i d hi sm et o p i co f l l l i sp a p e r s i n c em i a l m o d cu e ss u p p o 州n gg s m g p r sa n dt d - s c d m aa r em o s t e x p e c t e di nl l l em a r k e to fc l l i i l a ，t h i sp 印e r 、) l r i uf b c u so nt d s c d m 刖g s m ，g p r s 5 s o l u 舡o n ，a l l d “ot y p e so f u ep r o t o ls m l c t l l r e sa r ei n m ) d l l c 酣a n d 锄a l y z e d t h em a i l lc o m e i l t so f t l l i sp a p e rc o v e rt l l ef o l l o w i l l g ： 1 ab r i e fi n t r o m l c t i o nf o r t h e3 r dg e n 删o n 切o b i l ec 咖m u n i c a t i o ns y s t 锄棚i t s t l l i 优r e p r e s e i i t a t i v et e c h n o l o g y e s p e c i a l l yt d s c d m as y s t 锄 2 m 仃o d l l d g4t y p e so f d u a lm o d et e 肋i 1 1 a l ，姐dd e s c r i b 吨t l l eb a c k g r o u n do f t l l i s p a p 盯a tt 1 1 es 咖e 恤n e ，t l l es 拄a t e g y t o i m p l e r i l e n td u a lm o d 锄o b i l ei s a l s o i n t r o d u c e d 3 n es o 脚a r ed e s 枷锄di 1 i l p l e n l c n t a t i o no f 聊eld u a lm o d et 锄i n a l 嘶si s o n ei m p o n a n tp a r ti n 也i sp a p 乱i tm a i n l yi n l d u c e st h ed 船i 印趾di m p l 锄e n t 撕o n o f d u a lm o d en l o d l l l e s 4 皿es t u d y t o t y p e 2d a m m o d e m o b i l e n i s i s a n o m e r k e y s t o n e h l t l l 印印盯，n o t o n l ym es t a t i c 咖咖r eo f t y p e2u es o 脚a r e 晰1 lb e i l l t r o d u c e d ，b u ta l s ot h ef o l 】r k e y 把c h n o l o 百e s ，协d u d i n gt l l er c c e p t i o no f s y s t 咖i n f o 聊a t i o n ，m e a s u r 锄锄t ， i n t * r a tc e l l r c s c l e c t i o n 锄di n t e r - 鼬 h a i l d o v 盯，a r ea n a l y s 。da sw d l 5 m 咖d u c i n gm et 酬n g 锄dv a l i d a t i o no f t y p elu e 锄d 也es i m u l a 缸o nt 0 t y p e2 u e ，a n dc o m p 撕n gt l l ed u a lm o d ew i mo t h e f sb a s e do nt h er 咖l t o ft e s t i n g 锄d s i m u l a t i o n 6 m a k i n gac o n c l u s i o nf o rt h i sp 印a n dd r a w i n gt h co u u i n co ft l l ef h t l l r e t a r g c t f o rd u a lm o d et e n n i n a l t h es d ls o f h a r eu s e di nt h i sp 印e ri sp r o v i d e db yt d e l o 百ct a uc o f p o 圳o n ， i tw a sa p p l i e di nm es p e d f i c a t i o nd e s 嘶p 虹o na n d 血ed e s i 伊s t a g eo fs y s t 锄d e s i 弘 n o wo fm ep r o t o c o is o f 【w a r c a n c rt l l eo v 刊ls y s t 锄d e s i 乳i tc 柚b ea 1 s ou s e dt o d ot 1 1 es i m i l l a t i o nt od os y s t 锄v a l i d a t i o n b a s e do nt h er e s u l to ft l l es i m u l a t i o n 柚d v a l i d a t i o n ，t h es t a t i cd e s i g na u t o m a t i cd u a l m o d ep r o t o c o ls o r w a r ei sv e r i f i 。dt ob e 劬c t i o n a l ，c a ni m p l 锄e mt h et a s k ss l 】c h 踮r c c c i v i i 坞s y s t 唧i i l f o 聃a t i o n ，i m n 。r a t c e us e l o 吐i o n r e s e l e c 畦o n a n di n t e 卜r 。a th a n d o v e r k e yw o r d s ：t d s c d m a ，g s m ，d u a lm o d e ，p r o t o c 0 1 ，d e s i 弘 6 第一章绪论 1 1 第三代移动通信系统简介 第三代移动通信系统最早1 9 8 5 年由国际电信联盟( i t u ) 提出，当时称为 未来公众陆地移动通信系统( f p l m s ) ，1 9 9 6 年更名为i m t 一2 0 0 0 ( 国际移动通 信一2 0 0 0 ) ，意即该系统工作在2 0 0 0 删z 频段，最高业务速率可达2 0 0 0 k b s ，预 期在2 0 0 0 年左右得到商用。从1 9 9 7 年开始，由于第二代移动通信系统的巨大 成功，用户的高速增长与有限的系统容量和有限的业务之间的矛盾渐趋明显， 第三代移动通信的标准化工作开始逐渐进入实质阶段。目前，第三代移动通信 系统的框架已确定，将以卫星移动通信网与地面移动通信网结合，形成一个对 全球无缝覆盖的立体通信网络，满足城市和偏远地区不同密度用户的通信需求， 支持话音、数据和多媒体业务，实现人类个人通信的理想。 第三代移动通信标准建立的初衷是：全球统一标准、全球漫游、多媒体业 务。 第三代移动通信系统之所以成为发展的主体，是由于它本身特有的优势： 能够后向兼容第二代移动通信系统，方便平滑升级。 能够提供多种新业务和新功能，其中高速数据业务和多媒体业务成为 3 g 业务的亮点。 能同时支持高速的分组交换和电路交换业务。 业务质量高。 系统容量大，频谱利用率高。 目前第三代移动通信系统包括三大主流标准：c d m a 2 0 0 01 x ，w c d m a ， t d s c d m a 。 w c d m a 全名是w i d e b a n dc d m a ，中文译名为“宽带分码多工存取”，它可支 持3 8 4 k b p s 到2 m b p s 不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供3 8 4 k b p s 的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2 i f 【b p s 的传输速率。而g s m 系统目前只能传送9 6 k b p s ，固定线路m o d e m 也只是5 6 k b p s 的速率，由此可见 w c d 姒是无线的宽带通讯。 9 w c d m a 的支持者主要是以g s m 系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参 与其中。包括欧美的爱立信、阿尔卡特、诺基亚、朗讯、北电，以及日本的n t t 、 富士通、夏普等厂商。这套系统能够基于现有的g s m 网络上，可以较轻易地过 渡到3 g ，而g s m 系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因 此w c d m a 具有先天的市场优势。 c d l i a 2 0 0 0 由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、l u c e n t 和韩国三星， 韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频c d m ao n e 数字标准衍生出来 的，可以从原有的c d m ao n e 结构直接升级到3 g ，建设成本低廉。但目前使用 c d 姒的地区只有日、韩和北美，所以c d m a 2 0 0 0 的支持者不如w c d m a 多。 1 2t d _ s 叭系统简介 t d s c d m a 的中文含义为时分同步码分多址接入，1 9 9 9 年1 0 月底，在芬兰赫 尔辛基举行的国际电联会议上，由信息产业部电信科学技术研究院代表中国提 出的t d s c d m a 标准提案被采纳为世界第三代移动通信无线接口技术规范建议之 一。2 0 0 0 年5 月，国际电联无线大会上又正式将t 胪s c d 姒列入世界第三代移动通 信无线传输标准之一。t d _ s c d m a 的成功结束了中国在电信标准领域零的历史， 为扭转中国移动通信制造业长期以来的被动局面提供了十分难得的机遇。 t d s c d m a 的提出比其他标准较晚，这给其产品成熟性带来一定的挑战，但在 另一方面，t d s c d m a 吸纳了九十年代以来移动通信领域最先进的技术，在一定 程度上代表了技术的发展方向，具有前瞻性和强大的后发优势。与其他3 g 标准 相比，t d s c d m a 系统及其技术有着如下突出优势： 1 ) 频谱效率高 t d s c d m a 系统综合采用了联合检测、智能天线和上行同步等先进技术，系 统内的多址和多径干扰得到了极大缓解，从而有效地提高了频谱利用率，进而 提高了整个系统的容量。具体来讲，联合检测和上行同步可极大降低小区内的 干扰，智能天线则可以有效抑制小区间及小区内的干扰。另外，联合检测和智 能天线对于缓解2 g 频段上更加明显的多径干扰也有极大作用。所以，t 肛s c d m a 系统的这一特点决定了它将非常适合于在3 g 网络建设初期提供大容量的网络解 决方案。 1 0 2 ) 支持多载频 对t d s c d m a 系统来说，其容量主要受限于码资源。t d - s c d m a 支持多载波， 载频之间切换很容易实现。因为t d s c d 姒是时分系统，手机可在控制信道时扫 描其它频率，无需任何硬件轻松实现载波间切换，并能保证很高的成功率。另 外通过多载波可以消除导频污染以及突发导频，从而降低掉话率。因为t d 系统 可以将邻小区的导频安排在不同的载波上，从而降低导频污染。大家都知道导 频污染是c d m a 系统最头疼的地方。t d 在这方面有独特优势。另外t d 在室内覆 盖方面也有很大优势。 3 ) 不存在呼吸效应及软切换 用户数的增加使覆盖半径收缩的现象称之为呼吸效应。c d m a 系统是一个自 干扰系统，当用户数显著增加时，用户产生的白干扰呈指数级增加，因此呼吸 效应是一般c d m a 系统的天生缺陷。 呼吸效应的另一个表现形式是每种业务用户数的变化都会导致所有业务的 覆盖半径发生变化，这会给网络规划和网络优化带来很大的麻烦。t d s c d m a 是 一个集c d m a 、f d m a 、t d 淞于一身的系统，它通过低带宽f d m a 和t d 姒来抑制系 统的主要干扰，使产生呼吸效应的因素显著降低； 由于t d s c d l l a 在每个时隙中采用c d 姒技术来提高容量，产生呼吸效应的 唯一原因是单时隙中多个用户之问的白干扰，由于t d s c d m a 单时隙最多只能支 持8 个1 2 2 k 的话音用户，用户数量少，使用户的自干扰比较少。 同时，这部分自干扰通过联合检测和智能天线技术被进一步抑制，因此 t d - s c d m a 不再是一个干扰受限系统，而是一个码道受限系统，覆盖半径不随用 户数的增加而变化，即没有呼吸效应。 4 ) 灵活高效承载非对称数据业务 t d d 技术的采用是t d s c d m a 系统与其他两大3 g 主流标准f d d 系统的根本区 别。t d s c d m a 系统子帧中上下行链路的转换点是可以灵活设置的，根据不同承 载业务分别在上下行链路上数据量的分布，上下行资源可以有从3 ：3 的对称分 配到1 ：5 的非对称分配调整。 t d _ s c d 姒在频谱利用率、对业务支持、频率灵活性及成本等方面具有独特 优势。另外，由于国内庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视， 全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持t d s c d i a 标准。 在政府的大力支持下，目前t d - s c 删a 产业链日益完善，其中4 个系统厂家 ( 大唐、中兴、普天、鼎桥) ，十多家个终端厂家( 联想、华立、中电、海信、夏 新、英华达、海尔、大霸、三星、l g ) ，5 个终端芯片厂家( 展讯、t 3 g 、凯明、 a d i 大唐、重邮信科) ，多个天线厂家( 海天、安德鲁、同宇、京信) 。 1 3 目前单模手机的局限性和双模终端解决方案的提出 3 g 各方面的优越性以及3 g 目前取得的成果，决定了3 g 逐渐取代2 g 的必然趋 势。目前已有多个3 g 试验网络已建成或正在搭建。目前的第二代手机在3 g 网络 覆盖的地区不能获得3 g 网络可以提供的多种服务，比如高速数据下载业务等。 所以目前的2 g 手机越来越面临一定的局限性。 但是目前我国的现状就是，2 g 网络覆盖面特别广，投资巨大，而且在2 g 网 络还是可以享用基本的语音通话，短信等服务，而3 g 网络要达到全网覆盖毕竟 需要一段比较长的时间，所以目前就完全抛弃2 g 终端和2 g 网络是不现实并且没 有必要的。因此能在3 g 网络下获得3 g 服务，在只有2 g 网络下也能获得目前2 g 网 络下语音通话，短信等服务的3 g 2 g 双模手机是目前满足市场需要的首选，既能 保护现有2 g 网络投入，继续享用2 g 网络的服务，也能随着3 g 网络的成熟慢慢过 渡到真正的3 g 时代。 而目前我国2 g 网络中g s m 网络覆盖范围最广，使用g s m 网络的用户最多，3 g 标准中t d s c d m a 是我国自己提出的标准，而且t d s c d m a 的核心网可以向后兼容 g s m 系统，所以t d s c d m a g s m g p r s 双模终端是目前双模终端的首选。 1 2 第二章双模终端的分类及现实意义 2 1 双模终端的分类3 1 我们所用的单模终端或者是支持第二代接入网( 如g s m ) 的2 g 终端，或者是 支持3 g 无线接入网络( 如t d s c d m a ) 的3 g 终端，而2 g 3 g 双模终端能同时支持两 种网络。 在3 g p p 的协议描述中0 1 ，双模多模终端至少要支持一种u m t s 模式( w c d m a 和t d s c d m a 同属于u m t s 系统，核心网都是基于g s 删a p ，也可以通过网络扩展 提供基于a n s i 一4 l 的运行能力) ，另外还要支持一种或者几种其他无线接入系 统模式，另外还要支持一种或者几种其他无线接入系统模式，例如g s m 系统。 t d s c d m a g s m g p r s 双模终端作为协议定义的一种双模类型，它既能从 g s m g p r s 网络获得业务，也可以工作在t d s c d m a 系统模式下。 根据终端的功能和实现的难易程度，协议把双模终端划分为以下几类： 1 ) t y p el ，即手动双模，这种终端也称为两模终端，它可以看作是工作在两种 模式下的两个单模手机的组合，它具有两种模式的特征，但是，在同一时刻， 它只能工作在一种模式之下。当终端工作在某一种模式下时，与这种模式的 单模手机没什么区别，而且在实现上也要遵循此模式的软硬件要求。例如 t d s c d m a g s m g p r st y p e l 双模终端既可以在t d d 网络模式下获得正常业 务，也可以在g s m 模式下正常工作，而且这两种模式之问的相互切换，是由 用户根据自己的愿望，通过人机界面手动选择的。 2 ) t y p e2 ，这种类型手机的一个显著特点就是：u e 工作在一种模式下时，可 以通过当前的资源和配置情况检测和报告另一种模式的小区信息，并且不需 要人为介入，u e 就可以从一种模式自发地转移到另一种模式。但它不能同 时用两种模式接收和发送信息。就t d s c d m a g s m g p r st y p e2 双模终端来说， 在g s m g p r s 模式下，u e 可以监测和报告l c r 小区的信号强度，并且如果l c r 小区满足条件，u e 可以自动发起小区重选到u t r a n 或者在网络的控制之下 发起小区改变或者切换到u t r a n ；反过来，在t d s c d 姒模式下，u e 也可以监 测和报告g s m g p r s 小区的信号强度，并且能够根据无线资源的情况，自动 切换到g s m 模式工作，但些业务例如可视电话等，由于g s m g p r s 不支持 这些业务，所以从l c r 转入g s 彬g p r s 网络时，这些业务将退化为普通的话 音业务。 3 ) t y p e3 ，这种类型的双模手机可以同时用两种模式去接收小区信息，但不能 同时用两种模式发送。与t y p e2 相比，实现起来比较复杂，要充分考虑两 种模式之间的交叉干扰，要合理的调度和分配资源，使之在两种模式下能够 协调工作。 4 ) t y p e4 ，在t y p e3 的基础上，又增加了同时用两种模式发送的功能，使得 u e 可以在两种模式下任意工作，这时的u e 无论在哪种模式下，都已经达到 收发自如，是双模终端的最终理想所在。但这种类型的双模终端，其复杂性 和可行性都难以预料，实现起来还比较遥远。 2 2t d s c d m a g s m g p r s 双模终端的意义及研究现状 2 2 1t d - s c d 姒g s h g p r s 双模终端的研发意义 目前中国移动通信产业的基本情况是： 1 ) 2 g 网络中g s m 网络的覆盖范围最广，规模最大 2 ) t d s c d m a 是我国具有自主知识产权的标准，得到政府大力支持 3 ) 3 g 与2 g 网络必然长期并存 对于u e 而言，在2 g 网络和3 g 网络并存的情况下，如果能够实现在2 g 网 络和3 g 网络之间无缝漫游，将带来以下好处： 1 ) 弥补t d s c d m a 建网初期网络覆盖的不足 2 ) 充分利用t d s c d m a 的技术特点，与g s m 网络结合，在城市等人口密集 地布设t d s c d m a 网络，而在人口稀少地地区依然使用g s m 网络，将充分发挥 t d s c d m a 网络的优势 3 ) 降低成本 采用t d _ s c d m a g s m 双模方案，能够有效地依托现有的g s m 网络基础，给用 户提供漫游和高速数据的双重便利。 由于u m t s 的核心网是在g s m 核心网的基础上演进而来的，它后向兼容g s m 系统 3 ，所以从网络的角度讲，t d _ s c d l i a 与g s m 之间的切换不是难点。因此， 1 4 实现t d s c d m a 和g s m g p r s 之间自动转换的核心问题主要集中在终端方面。对 于拥有二代g s m 网络的运营商来讲，可以最大程度的重用现有资源，他们希望 看到通信产业的发展由二代平稳过渡到三代；而对于可能出现的拥有t 胪s c d m a 网络运营牌照的运营商来讲，在最初建网阶段，可以发挥t d s c d 姒的技术优势， 先考虑在人口密集的城市铺网。 t d s c d m a g s m g p r s 双模手机能够同时在2 2 5 gg s m g p r s 和3 gt d s c d m a 网 络环境下提供服务。使用双模手机，用户在3 gt d - s c d m a 服务区域里能够享受到 高速数据应用，而在那些3 gt d s c d m a 服务区域之外则保证能够享受到g s m 蜂窝 电话服务为了给用户提供连续以及全国覆盖的网络业务，也为了推动和促进t d s c d m a 商用化的进程，需要支持两种网络的双模手机。 所以，基于以上分析，t d s c d m a g s m g p r s 双模手机的研发很有必要性。 2 2 2t d _ s c d g s m g 陬s 双模协议栈软件的可行性 1 ) 在g s m 商用网络运行多年的现状下，g s m 协议栈已经达到一定的成熟度。 因此开发双模协议栈不需要在开发g s m 协议栈上花费很大的人力和物力，可以 充分利用现有的成果。 2 ) 3 g p p 协议中对双模协议栈已经有比较好的定义。 3 ) t d s c d m a 与g s m 的基本过程的相似性。 2 2 3t d s c d 姒g s m g p r s 双模终端的研发现状 目前，t y p el 双模终端软件的设计与测试已经完成，即将进入商用阶段。 下一步将在t y p e l 的基础上，进入t d s c d m a g s m g p r st y p e2 双模终端的开发 阶段，并且本课题已经就t y p e2 双模终端软件的一些关键技术进行了研究，但 要实现t y p e2 双模终端，需要网络的配合。t y p e3 和t y p e4 双模终端由于 技术原因实现起来比较困难，暂时不探讨。 第三章t y p e1 双模终端的实现及局限性 目前，t y p e1 双模终端软件的设计与测试已经完成，t y p e1 双模即通常所 说的手动双模，是由用户根据自己的愿望，通过人机界面手动选择模式( g s m 或 者t d s c d m a ) 。 3 1t d s c d m 单模软件结构及实现 3 1 1 软件结构介绍 t d s c d m a 协议栈软件采用分层组织结构，把整个协议栈分为三层，即l l ， l 2 和l 3 。n a s 层( 非接入层) 是无线通信协议栈中层三的高层部分，属于核心网 对等功能层，就接入层软件来说，最高层是无线资源管理层r r c ( g s m 中无线资源 管理层是r r m ) ：中间部分是无线链路层；在最低层，为了方便与硬件的交互， 又添加了物理控制层。在每个层次上，又采用模块化的设计方案：无线资源管 理层包括r r c 模块；无线链路层包括四个模块：r l c ，m a c ，p d c p 和b m c ：物理控 制层由l l c 构成。结构图如图3 1 ： c ，l a 地五掣a u 面g l 3 r a 正o b e m n l 2 用d c p l 2 ，b m c l 2 ，r l c l o d c a l c k m b l 2 m 厦a c t r 删p o n c h m k l l 1 6 图3 1t d s c d m a 软件协议栈结构图 3 1 2 软件各层功能介绍 3 1 2 1 s 层概述 n a s 层是无线通信协议栈中层三的高层部分，属于核心网对等功能层，n a s 层主要与c n 中的对等功能实体进行交互。 它包括连接管理( c m ) 和移动性管理( 眦) 两个子层。其中，c m 主要提供通 信管理的功能，有4 个功能实体，分别为呼叫控制( c c ) ，附加业务( s s ) ， 短消息业务( s m s ) ，和会话管理( s m ) ；删主要完成与用户移动性相关的功 能，有两个功能实体，分别为：支持c s 模式的删实体和支持p s 模式的g 实体。 结构图如图3 2 ： 图3 2n a s 层结构图 3 1 2 2r r c 层设计与实现 r r c 子层位于层3 的最低层，是l c r 协议栈中的无线资源管理模块，主要 完成无线资源的控制，配置和管理功能，主要过程包括连接管理，无线承载控 1 7 制，连接移动性管理和测量控制等。 r r c 的功能主要为： 1 ) 小区选择 开机之后，r r c 负责寻找一个能够为u e 提供服务的小区，这个小区应该是 高层所指示的p l 中的一个小区。这个搜索过程可能会利用以前曾经为u e 提 供过服务的小区的信息，也可能在可能存在可探测小区的所有频带上进行连续 的搜索。如果找到一个有效的小区，r r c 开始从这个小区接收系统信息。 2 ) 小区重选 随着u e 的移动，可能会有新的小区更适合为u e 提供服务。r r c 负责对服务 小区和邻小区进行监控并在合适的时候控制u e 选择到一个新小区。 3 )接收广播系统信息 r r c 从小区广播的系统信息中可以获得关于网络的基本信息。这些基本信息 包括小区可用的信道，驻留在小区上时需要进行的测量，以及一些对n a s 有用 的信息。u t r a n 通过8 c h 传输信道发送系统信息，在这个信道上传送的是用来组 成复杂的称为“系统信息块”的实体的小的信元。系统信息块控制r r c 在空闲 时的基本行为。并且提供u e 在连接时使用的一些信息。 4 ) 寻呼指示 寻呼提供了这样一种功能：在网络希望连接到u e 时，u e 能够被通知。寻 呼也被用来请求u e 从状态c e l l _ p c h u r a p c h 切换到c e l l _ f a c h 以实现网络与 u e 之间数据的传递。同样，寻呼也被用来通知处于空闲态的u e 以下信息：n a s 信息的更新，系统信息的改变。此过程不需要r r c 连接。 5 ) 建立，维护和释放r r c 连接 u e 如果要使用网络，u e 需要能够和网络之间有专门的信令消息的交互。而 专门的信令消息的交互需要r r c 连接，使得对等层的r r c 之间能够相互通信。 r r c 连接可用来承载分组业务的信令连接，或者电路交换业务的信令连接或者同 时承载二者。在无线环境比较好的情况下，这种信令连接将一直保持到被网络 释放。 6 )无线接入承载的建立、重配置和释放 当用户需要传送数据时，r r c 与网络的对等层之间通过信令连接来配置数 据业务通道。数据业务通道以无线接入承载( r a b ) 的形式来标识。某个单独的 r a b 可用于一个语音连接或者分组业务连接。 7 )分配、重配置和释放用于r r c 连接的无线资源 在建立r r c 连接或者建立r a b 时，对底层有不同的要求。所需要的p 1 1 f ，m a c ， r l c 以及其他底层资源是r r c 在u t r a n 指示下进行配置的。 8 ) r r c 连接移动性功能 在用户移动时，r r c 需要通过不同的小区来保持与网络的r r c 连接。连接移 动性功能使得u e 在网络中移动时依然能被联系上。u e 在不同的小区之间切换。 9 )高层p d u 的传递 r r c 向n a s 提供服务：将n a s 数据传送给网络，以及将网络对等层数据传送 给n a s 。短消息( s m s ) 数据也是通过r r c 提供给n a s 的这项服务来传递的。 l o ) 控制所请求的q o s r r c 提供通道使网络能够管理与u e 连接着的无线承载的业务质量( q o s ) ， u e 向u t r a n 提供足够的信息使其能够根据需要调整无线承载的配置参数。r r c 同时也通过外环功控来控制q o s 。 1 1 ) u e 测量 r r c 可以对小区，u e 本身，或者激活的信道进行测量。某些测量的结果需 要向u t r a n 报告，另外一些测量结果则用来进行小区选择小区重选，以及开环 或外环功率控制。 1 2 ) 外环功控 为了使某个业务的误块率达到指定的目标，r r c 对内环功率控制的目标值进 行调制。 上行链路d c h 上无线资源的仲裁。 在高速移动的情况下，r r c 负责在上行d c h 上执行动态资源分配的过程。 1 3 ) 完整性保护 r r c 对p d u 以某种方式进行标记，以此来判断网络和u e 之间的信令是否被 纂改。r r c 对将发送的p d u 进行标记，并对收到的p d u 进行检查的过程称为完整 性保护。 1 4 ) 加密控制 r r c 负责对加密参数进行控制。r r c 确保u e 和u t r a n 使用的加密参数的同 步。 3 1 2 3l 2 层的设计和实现 无线链路层( l 2 ) 分为四个子层，分别是：m a c ，r l c ，p d c p 和b m c 。 1 ) m a c m a c 子层又称为介质接入控制层，是层2 的最低层，它的功能主要有： t f c 选择。在r r c 子层指配的传输格式组合集中，u e 将根据源速率为 每一个激活的传输信道选择合适的传输格式。传输格式的控制保证了 传输信道的使用效率。 对业务流量的测量。根据需要，r r c 会请求m a c 对逻辑信道上的业务 量进行测量。在实际执行中， 【a c 主要测量b u f f e r 占有率，并把结果 报告给r r c 。 逻辑信道和传输信道之间的映射。m a c 子层使用逻辑信道与r l c 通信， 使用传输信道与l 1 c 通信，所以在m a c 这一层，需要把逻辑信道映射 到适当的传输信道上。 对模式的r l c 数据进行加密。 2 ) r l c r l c 是无线链路控制子层，它能提供的功能有： 为用户面和控制面的数据传输提供服务。r l c 为高层提供的服务有三 种模式：埘( 确认) 模式，u m ( 非确认) 模式和t m ( 透明) 模式。如 果选择a m 模式r l c 实体，消息被发出之后，这个r l c 实体还要接收来 自对等层的确认信息，所以a l 模式的r l c 实体包含发送和接收两部分， r l c 是双向的连接。而u i 和t m 模式的r l c ，包含一个发送实体和一个 接收实体，r l c 连接是单向的。 分段和重组。对于发送实体，如果分段被指示，r l c 将接收到的s d u 按 照m a c 指示的大小进行分段，使之成为较小的p d u ；对于接收实体，如 果有分段的指示，r l c 将把接收到的分段重组在一起。 串接，填充。当某个s d u 的长度或者最后一个分段的长度小于m a c 指 示的大小时，可以和下一个分段进行串接；如果串接不合适或者是要 发送数据的最后一段，添加一些填充比特使之成为一个完整的p d u 。 3 ) p d c p p d c p 子层仅仅应用在p s 域，主要用来对发送或接收的i p 数据流进行头压 缩或解压缩，同时传输用户数据。p d c p 可以有多个实体，在传送用户数据时， 每个p d c p 实体对应一个r l c 实体，用来进行a m u m t m 模式的传输。 4 ) b m c b m c 子层位于用户面，在u e 侧，b m c 主要提供广播多播的接收服务，即 使用非确认模式接