（机械设计及理论专业论文）数字移动通信系统的仿真.pdf

数字移动通信系统的仿真内容摘要 内容摘要 本论文的目的：设计仿真软件对移动台端末进行与信令相关的测试。 移动通信技术正在迅速发展，为了满足人们的需要，新的协议、系统不 断推出，移动台端末也在不断地更新。为了保证性能，新的移动台端末在 商品化之前，必须进行与信令相关的测试。 传统的测试是用专门的仪器来进行的。测试仪器实现了基站的相关功 能，工作原理同基站类似。测试仪器同移动台设备通信，跟踪信令交换的 过程，显示信息交换的结果，最后由得到的出错报告来分析移动台的内部 处理错误，从而完成移动台端末的测试。测试仪器有明显的不足之处：升 级换代慢；一般只适用于一个协议或协议的一个版本；测试只能在成机( 如 安装好程序的手机) 完工之后才能进行：携带不方便：造价比较高。 针对测试仪器的不足，本文开发出了仿真软件用于测试。该测试采用 c s 工作模式，客户端载入移动机程序，服务器部分则为基站仿真系统。通 过二者的信令交换，达到测试移动台的目的。这种测试的优越性是显而易 见的：软件灵活，开发周期短，可以很容易地升级换代；仿真程序能够适 用于多个协议；在移动端末设备开发过程中就可以对其进行测试；软件携 带和使用都很方便；软件仿真的投入小，节省了很大的一笔费用。 本文仿真实现的目标为基于p d c 协议的基站。对应于通信协议，仿真 系统的功能被分解为三个部分：一层、二层和三层。在程序实现中，本文 使用了面向对象技术，将各层的功能抽象到对象中，并创建了一个管理对 象，用以管理和协调这三个功能层对象。 基站仿真系统通过与相应的移动台软件交互，能够较好地实现预期的测 试。 论文由三个部分构成：第一部分概述通信系统；第二部分讲述基于p d c 协议基站的仿真系统；第三部分讲述三个功能层和管理对象的实现。论文 重点放在第三部分。 关键词：p d c 、t d m a 、基站、移动台、u d p 、s o c k e t 数字移动通信系统的仿真a b s t r a c t a b s t r a c t t h ea i mo ft h i sp a p e ri st od e s i g nas i m u l a t i o ns y s t e mt ot e s tt h e f u n c t i o n sa s s o c i a t e dw i t h p r i m i t i v eo f m s t e r m i n a l t h e t e c h n o l o g yo f m o b i l ec o m m u n i c a t i o ni sg r o w i n g v e r yf a s t t o m e e tt h en e e d so ft h ep e o p l e ，n e wp r o t o c o l sa n d s y s t e m sh a v eb e e n p u t o u t c o n t i n u a l l y , a n d s od om st e r m i n a l s t o g u a r a n t e e t h e p e r f o r m a n c e ，m s t e r m i n a l sh a v et ob et e s t e db e f o r e t h e y a r e m e r c h a n d i s e d t r a d i t i o n a l l y , s p e c i a lt e s t i n ge q u i p m e n t sa r eu s e di no r d e rt ot e s ta m o t i v es t a t i o nt e r m i n a l t e s t i n ge q u i p m e n t s g e tt h ef u n c t i o no f ab s a n dw o r kl i k eab s t h e yc o m m u n i c a t ew i t ham o t i v es t a t i o na n d m o n i t o rt h ew h o l ec o m m u n i c a t i n gp r o c e s s r e s u l ti sd i s p l a y e d a n e r r o rr e p o r tw i l lb ep r o d u c e di ft h e r e ss o m em i s t a k e 。w i t ht h i s r e p o r t ，t h ep r o c e s s i n ge r r o ro f t h e m o t i v es t a t i o nc a nb e c h e c k e do u t w h i l e ，t e s t i n ge q u i p m e n t sh a v eg r e a tl i m i t a t i o n t sa ss l o wu p d a t i n g ， h i g hc o s t ，b a df l e x i b i l i t ya n d s oo n t om a k eu pf o rt h el i m i t a t i o n so f t e s t i n ge q u i p m e n t s ，s i m u l a t i o n s o f t - w a r e sa r eu s e df o rt e s t i n g c sm o d ei su s e di nt h e t e s t i n go f t h i s k i n d m ss o f t w a r ei sl o a d e di nt h ec l i e n tt e r m i n a l ，a n db si ns e r v e r b y t h ep r i m i t i v ee x c h a n g i n gb e t w e e n t h e m ，m o t i v et e r m i n a lc a l lb e t e s t e d s o f t w a r eh a sm a n y a d v a n t a g e s i ti s f l e x i b l e i t sd e v e l o p i n g p e r i o di ss h o r ta n d c a nb eu p d a t e d e a s i l y t h es i m u l a t i o ns y s t e m c a n b eu s e di nm u l t i p l ep r o t o c o l s m st e r m i n a le q u i p m e n t sc a nb et e s t e d d u r i n g t h ed e v e l o p i n g p e r i o d s o f t w a r ec a n b ee a s i l yc a r r i e da n d p u t i n t ou s e s i m u l a t i o ns y s t e mc a nb e d e v e l o p e d w i t hal o wc o s t i nt h i sp a p e r , b sb a s e do np d c p r o t o c o li ss i m u l a t e df o rt e s t i n g c o r r e s p o n d i n gw i t ht h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s ，t h ef i m c t i o n o f t h es i m u l a t i o ns y s t e mi sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ：l a y e r1 , l a y e r2a n d 数字移动_ i 豆信系统的仿真 a b s n 能： l a y e r3 i nt h ep r o g r a mo ft h i sp a p e r , o b j e c to r i e n t e dt e c h n o l o g yi s u s e dt o e n c a p s u l a t et h ef u n c t i o no fe a c hl a y e ri n t oo b j e c t s ，a n da m a n a g i n go b j e c ti sc o n s t r u c t e di no r d e rt om a n a g ea n dm o n i t o rt h e s e l a y e ro b j e c t s b yt h ei n t e r a e t i v i t y b e t w e e nb ss i m u l a t i o n s y s t e m a n dm s s o f t w a r e ，m st e r m i n a lc a nb ew e l lt e s t e d t h es t r u c t u r eo ft h i s p a p e ri s a sf o l l o w s ：f i r s tp a r ti sa b o u tt h e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ；s e c o n d p a r ts t a t e st h es i m u l a t i o ns y s t e mo f b s sb a s e d0 1 3p d c p r o t o c o l ；a n dl a s tp a r ts p e c i f i e sh o wt h et h r e e l a y e r sa n dm a n a g i n go b j e c t sa l ei m p l e m e n t e d ，t h ee m p h a s i si sp u t o nt h el a s tp a r ti nt h i sp a p e r , k e y w o r d s ip d c t d m ab sm s u d ps o e k e l 数字移动通信系统的仿真 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 移动通信是指通信双方或至少有方在运动状态中进行信息传递的通 信方式。移动通信不受时间和空间的限制，交流信息机动可靠，灵活迅速， 被认为是实现通信理想目标的重要手段，具有广阔的发展前景。 移动通信的发展，可以追溯到上世纪2 0 年代。这个时期主要完成通信 试验和电波传输试验工作，在短波频段实现了小容量专用移动通信系统， 其话音质量差，自动化程度低，一般不能与公众网连接。4 0 年代到6 0 年代， 各种移动通信系统相继建立，在技术上实现了移动电话系统和公众网的连 接。 7 0 年代中期以后，民用移动通信用户数量增加，业务范围扩大，频率 资源和可用频道数之间的矛盾日益尖锐。 1 1 1 第一代蜂窝系统模拟式蜂窝系统 蜂窝组网理论由美国贝尔实验室提出，是移动通信发展引发的构想，代 表一种移动通信网的完全不同的方法。蜂窝组网理论为移动通信技术的发 展和新一代多功能设备的产生奠定了基础。 模拟式蜂窝系统主要有：美国贝尔实验室提出的a m p s ( a d v a n c e d m o b i l ep h o n e s y s t e m - - 高级移动电话系统) 系统、英国t a c s ( t o t a l a c c e s s c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m 一全入网通信系统) 系统、北欧的n m t ( n o l d i c m o b i l et e l e p h o n e 一北欧移动电话) 系统、日本的h c m t s ( h i g hc a p a c i t y m o b i l et e l e p h o n es y s t e m - - 高容量移动电话系统) 系统以及由德国西门子公 司研制的c 网系统。 1 1 2 第二代蜂窝系统一数字式蜂窝系统 1 9 8 2 年，欧洲邮电管理委员会( c e p t ) 成立了移动通信特别小组 ( o s m ) ，开发数字蜂窝式移动通信技术。与模拟系统相比，数字移动通信 - 1 数字移动通信系统的伉再 第一章绪论 系统更能满足大容量、高质量、智能化、综合化等的要求。1 9 8 7 年，g s m 就泛欧数字蜂窝系统的g s m 规范达成致意见。1 9 9 1 年，g s m 数字蜂窝 式移动通信系统在欧洲问世，从此，移动通信跨入了第二代。 随着数字通信的发展和用户的不断增长，第2 代系统逐渐显示出其不足 之处：频带过窄，不能提供高速数据业务和集图像、语音、数据于一体的 多媒体业务。因此世界许多国家正致力于新的移动通信系统标准制订及相 关技术的研究。 数字式蜂窝系统主要有：欧洲g s m ( g l o b es y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ) 、北美a d c ( d a m p s ) 和c d m a 以及日本p d c ( p e r s o n a l d i g i t a lc e l l u l a r ) 。 随着数字通信的发展和用户的不断增长，第2 代系统逐渐显示出其不 足：主要体现在频带过窄，不能提供高速数据业务和集图像、语音、数据 于一体的多媒体业务。因此世界许多国家正致力于第3 代移动通信 ( i m t - 2 0 0 0 ) 的标准制订及相关技术的研究，并预计于2 0 0 2 年左右投入商 用。 1 1 3 第三代移动通信系统 第三代移动通信技术是为实现一种能够提供真正意义上的全球覆盖，提 供带宽更宽、更灵活的业务，并且使各种移动终端能在不同的网络之间无 缝漫游的系统而发展的一种新技术。国际电联预期该系统在2 0 0 2 年左右投 入商用。 随着第三代移动通信标准方案逐渐明朗化，诺基亚、爱立信和摩托罗拉 等世界大型通信设备公司相继推出了具有访问w e b 内容功能的手机，他们 都在1 9 9 9 年1 0 月在日内瓦召开的世界电信展展示自己的w e b 手机，引出 了移动i n t e m e t 的新概念。 1 2 测试问题 移动通信技术在迅速发展，新的协议、系统不断推出，构成系统的软硬 件也需要不断地更新。为了保证性能，相关的测试必不可少。移动台端末 数字移动通信系统的仿真 第一章绪论 作为移动通信系统中的一个关键环节，测试工作尤为重要。 新的移动台端末在商品化之前，必须进行与信令相关的测试。 图卜l 实际通信系统 传统的测试是用专门的测试仪器来进行的。测试仪器实现了基站的相关 功能，工作原理也与之相同。测试仪器同移动台设备通信，跟踪信令交换 的过程，显示信息交换的结果，最后由得到的出错报告来分析移动台的内 部处理错误，从而完成对移动台端末的测试。用仪器测试有明显的不足之 处：测试仪器升级换代慢：测试仪器一般只适用于个协议或协议的一个 版本；测试只能在成机( 如安装好程序的手机) 完工之后才能进行；测试 仪器携带不方便：测试仪器造价比较高。 图1 2 传统测试系统 1 3 论文的主要研究工作和意义 由于测试仪器的不足，本文开发出了仿真软件用于测试。测试采用c s 工作模式，客户端载入移动机程序( 测试的对象) ，服务器部分则为基站仿 真系统。通过二者的信令交换，达到测试移动台的目的。 本文实现的重点为图1 3 中的s e r v e r 部分，建立一个基站仿真系统。该 仿真系统能够与载有移动台信令处理程序的c l i e n t 部分( 移动台仿真系统) 交互，完成对移动台信令处理功能的测试。 i 1卜 s e r v e r 部分 ic l i e n t 部分 、数据变抉 ( 移动台仿真系统) n ( 基站仿真系统) 图卜3 仿真测试系统 - 3 - 一 数字移动通信系统的仿真第一章绪论 软件仿真有着很大的优越性和应用价值：软件灵活，开发周期短，可以 很容易地升级换代；仿真程序能够适用于多个协议：在移动端末设备开发 过程中就可以进行测试：软件携带和使用都很方便；软件仿真的投入小， 节省了很大的一笔费用，等等。 数字移动通信系统的仿真第二章移动通信系统基本概念 第二章移动通信系统基本概念 2 1 蜂窝移动通信系统的组成 移动通信包括无线传输、有线传输和信息的收集、处理和存储等，使用 的主要设备有无线收发机、交换控制设备和移动终端设备。 圄2 1 蜂窝移动通信系统的组成不意图 典型的移动通信系统组成方案如图2 。l 所示。它由移动交换中心、基站、 移动台及中继线组成。由图2 1 可见，它是一个有线、无线相结合的综合通 信系统。基站与移动台之间采用无线传输方式。基站与交换机、交换机与 地面网之间则一般以有线方式进行信息传输。在图2 - 1 所示的系统中，交换 机与基站担负信息的交换和接续以及对无线信道的控制等。 基站与移动台都设有收发信机和天线。每个基站都有一个由发射功率和 天线高度所确定的地理覆盖范围，称为基站覆盖区。由多个覆盖区组成全 系统的服务区。 一5 数字移动通信系统的仿真第二章移动通信系统基本概念 2 2 移动通信中的多址方式 移动通信系统是一个多波道同时工作的系统，一般都有一个或多个基站 和若干个移动台。基站要和许多移动台同时通信，因而基站通常都是多路 的，有多个信道，而移动台只供一个用户使用，是单路的。许多用户同时 通话，以不同的移动信道分隔，防止相互干扰。在移动通信系统中，各用 户信号通过在射频波道上的复用，从而建立各自的信道，以实现双边通信 的连接称多址连接。基站以怎样的信号传输方式接受、处理和转发由各移 动台来的信号，又以怎样的信号结构发出各移动台的寻呼信号，并且使移 动台从这些信号中识别发给本台的信号昵? 这就是多址连接方式问题。 现在用到的多址方式主要有三种：f d m a 、t d m a 和c d m a 。其中， f d m a 被最早采用，而c d m a 则是剐刚被用到蜂窝移动通信中。下面分别 简单介绍一下f d m a 、t d m a 和c d m a ： ( 1 ) f d m af d m a 是频分多址的英文缩写。所谓f d m a ，就是在 频域中一个相对窄带信道里，信号功率被集中起来传输，不同信号被分配 到不同频率的信道里，来自邻近信道的干扰用带通滤波器限制，这样在规 定的窄带里只能通过有用信号的能量，而任何其它频率的信号被排斥在外。 模拟的f m 蜂窝系统都采用了f d m a 。当前应用这种多址方式的主要蜂窝 系统有北美的a m p s 和英国的t a c s ，我国这两种制式都有，但t a c s 占 绝大多数。 ( 2 ) t d m at d m a 是时分多址的英文缩写。所谓t d m a ，就是一 个信道由一连串周期性的时隙构成，不同信号的能量被分配到不同的时隙 里，利用定时选通来限制邻近信道的干扰，从而只让在规定时隙中有用的 信号能量通过。现在使用的t d m a 蜂窝系统实际上都是f d m a 和t d m a 的组合，如美国t i a 建议的d a m p s 数字蜂窝系统就是先使用了3 0 h z 的 频分信道，再把它分成6 个时隙进行t d m a 传输。当前应用这种多址方式 的主要有美国的a d c 、泛欧g s m 和日本的p d c 等数字蜂窝系统。 ( 3 ) c d m ac d m a 是码分多址的英文缩写。所谓c d m a ，就是每 个信号被分配一个伪随机二进制序列进行扩频，不同信号的能量被分配 到不同的伪随机序列里。在接收机里，信号用相关器加以分离，这种相关 6 一 数字移动通信系统的仿真第二章移动通信系统基本概念 器只接收选定的二进制序列并压缩其频谱，凡不符合该用户二进制序列的 信号就不被压缩带宽。结果只有相符信号的信息才被识别和提取出来。当 前应用这种多址方式的主要蜂窝系统有北美的q c d m a 和欧洲爱立信的 b c d m a 。 2 3 无线接口信令 在本文中，基站到移动台方向的消息称为正向通道消息( 下行消恩) i 移动台到基站方向的消息称为反向通道消息( 上行消息) 。 1 层( l 1 ) 物理层，为信令传输提供物理信道，为高层协议建立相应 的逻辑信道。 2 层( l 2 ) 数据链路层，主要负责数据链路的管理。 3 层( l 3 ) 信令层，是收发和处理信令消息的实体。 2 4p d c 协议通信系统 p d c 协议是本文研究的目标。该协议是基于t d m a 的数字蜂窝移动通 信系统协议，其标准接近于北美的i s 5 4 ( d a m p s ) 系统。系统的主要性 能如下： 工作频段：移动台发9 4 0 9 5 6 m h z ，1 4 2 9 1 4 4 1 m h z ，1 4 5 3 1 4 6 5 m h z 基站发8 1 0 8 2 6 m h z 1 4 7 7 1 4 8 9 m h z ，1 5 0 l 1 5 1 3 m h z 、 双工间隔：8 0 0 9 0 0m h z 频段 1 5 g m h z 载波闻隔：5 0 k h z 小区半径：o 5 3 公里，可用定向天线构成扇形小区 可进行信道切换和漫游。 p d c 协议的细节见后面仿真系统的实现中。 数字移动通信系统的仿真第三章p d c 协议仿真系统 第三章p d c 协议仿真系统 3 1 总体处理流程 系统的总体处理流程见下图。 圈3 1 系统总体处理流程图 3 2 进入设置状态 应用程序启动后，经过下面的处理进行用户设定状态 熙3 - 2 用户设定状鸯进入漉程 一8 件 数字移动通信系统的仿真第三章p d c 协议仿真系统 3 3 用户自定义配置 用户在设定状态可以自定义试验设定。用户自定义配置的处理流程如下 图所示： 配置文件 3 4 试验状态处理 图3 - 3 系统配置状态 试验状态的处理流程如下图所示。 数字移动通信系统的仿真第三章p d c 协议仿真系统 1 用户开始实验( 【。一 i 切换到实验画面 一b l启动p d c 协议i 处理模块l 1 。1 。，一。1 。1 。一 j 一 i 其他初始化处理| 挤议数据记录 通知消息 相应画面数据更新 用户结束实验( 停止p d c 协议 处理模块 其他结束时处理 f 切换到设定画面 专 3 5 其它处理 固3 - 4 实验状态处理流程 其它处理包括：系统设定、系统通信参数的设定。这两种处理流程比较 简单，当用户选择这两种处理时，系统会弹出相应的处理对话框，当用户 设定完成后会保存用户的设定。 数字移动通信系统的仿真第四章软件实现 第四章软件实现 4 1 工具和运行环境 在本文中会出现大量的专业术语，许多p d c 中的术语可能国内没有对 照。在这种情况下，直接以日文名字出现。系统的开发平台为w i n d o w s 9 8 w i n d o w s 2 0 0 0 w i n d o w s x p ，开发工具为v i s u a lc + + 6 0 ，使用m f c 类库 进行开发，因此也会涉及一些w i n d o w s 及m f c 编程方面的一些术语。 程序设计使用服务器客户机程序工作方式。客户端为移动台，载入相 应的移动台程序；服务器端为基站( 包括基站子系统和网络、交换子系统) ， 能够接受、处理、发送数据。整个系统能够较为真实地反映实际的通信系 统，从而为测试创造出有利的条件。 系统的硬件需求如下： i b mp c 机及其兼容机 处理器要求为p e n t i u m2 0 0 以上 内存要求为至少3 2 m 硬盘空间要求至少为2 0 m 系统的软件配置如下： 操作系统：日文w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 w i n d o w s x p 及以上版本 其它配置：系统安装t c p i p 协议 相关软件：移动机软件 、 4 2 数据传输协议 数据的传输采用u d p 协议。该协议是t c p i p 协议组支持的第二个传输 层协议。u d p 作为一个无连接的服务，对于数据传输采用的是b e s te f f o r t 的方法，不要求先与目的端联络( 这种联络在通过t c p 进行数据传送时会 导致时延) 。 u d p 无连接数据报传输服务是不可靠的，它不能确保数据包的传送，在数 数字移动通信系统的仿真 第四章软件实现 据包未能传送时也没有反应。同时，u d p 也不保证数据包的接收顺序和发 送的顺序相同。这种特点正好符合我们的需要。在实际的通信系统中，数 据传送的正确性用通信协议来保证。 4 3p d c 协议基站仿真系统实现模型 p d c 协议基站仿真系统软件实现模型可以由下图来表示： 图4 - 1 仿真系统软件实现模型 在以后的章节中，将对系统中的各个部分进行详细地分析，并进行实现。 数字移动通信系统的仿真第五章一层的实现 5 1 功能 第五章一层的实现 一层协议在本系统中的作用： 上行时： 1 和移动机握手； 2 接收来自移动机的u d p 数据包： 3 检查接收到的数据包是否符合规定 4 解析出数据包的信道： 5 将数据包送至第二层。 下行时： 1 接收二层的数据包； 2 将二层的数据包头加上信道的信息 3 发送数据包至移动机。 数字移动通信系统的仿真 第五章一层的实现 5 2 收发数据格式 一层收发后的数据格式见图5 - l ：信道说明见表5 1 ；信号构成信息的 说明见表5 - 2 。 、 数据的信道1b y t e 、 信号u n i t 数wi b y t e 、 第1 个u n i t 、 、 信号构成情报w ! b y t e 、 第n 个u n i t 4 5 一l 一层收发后的数据格式 纛瓣糕渊糕熬黼糕绷潲黼黼渊麟 b c c h 无1 p c h 无2 s c c hl 3 s a c c h2 4 f a c c h3 5 u p c h4 6 表5 - 1 信道字节说明 数字移动通信系统的仿真 第五章一层的实现 i 87654321 f lf 2w o 其中： f 1 ：o 非先头u n i tl 先头u n i t f 2 ：o 非最终u n i tl 最终u n i t w o ：在f 2 = o 时表示剩下的u n i t 数，当超过6 4 时则为l ： 在f 2 = l 时表示当前u n i t 的字节数。 表5 - 2 信号构成信息w 说明 5 3 数据处理 5 3 1 收发u d p 数据 u d p 数据的收发通过重载c a s y n c s o c k e t 来实现。 数字移动通信系统的仿真 第五奄一层的实现 5 3 2 握手 握手的处理流程如图5 - 2 所示。 接收u d p 数据 当前是否已和客户机联上 ? 舯端：罗 t r e e 7 f a l s e 退出握手处理 0 ，么 设定已连接标记，取得 不是连接 客户的连接端口号，并 字，退出 向客户发送”a c k “ 握手处理 通知管理层 已和移动机连接 图5 - 2 和移动机握手的处理流程 5 3 3 数据包的检查 检查第一个u n i t 是否丢失。如果丢失则将当前数据丢弃。 5 3 4 分析信道 将信道位取出，并和表5 1 进行比较。比较时要注意上下行的方向。当 信道无法对应时，则认为出错，将数据包丢弃，同时通知管理层。 数字移动通信系统的仿真 第五章一层的实现 5 3 5 信道打包 将接收来的数据信息，按照图5 - 1 进行打包。打包时的信道按下行方向 进行。 5 4 接口 一层的接口主要是同管理层和二层间的作用。主要接口如下表所示 鬻蒸瓣潦麟纛蒸鬻熬鬻糕鬻鬻鬻糍鏊矮鬻鬻鬟鏊；i 蒸 发送数据至二层信道、u n i t 块数据 接收二层的数据信道、u n i t 块数据 接收客户端数据信道、u n i t 块数据 发送数据至客户端信道、u n i t 块数据 通知管理层 握手成功 1 停止 管理层通知 2 启动 表5 - 3 一层的主要接口 数字移动通信系统的仿真第六章二层的实现 第六章二层的实现 = 层的功能在整个p d c 协议中是最为复杂的。它的作用是保证可靠的 数据传输。在二层中，根据接收和发送数据类型的不同，可以分为二类： 确认型帧和非确认型帧。对于非确认型帧，二层只是简单的将其发送出去， 处理过程并不复杂。而对于确认型帧，处理过程就复杂了。 二层的数据格式在处理上是将整个大的数据包按规则分解成较小的数 据单元( u n i t ) 发送和接收的。在接收到数据包后，首先要将较小u n i t 合 成真正的数据包，然后分析二层的包头结构，确定帧的类型。当为非确认 型帧时，只是简单的送至三层。对于确认型帧的数据，需要根据数据包的 具体类型及当前帧的状态，进入协议规定的s d l 图进行相应的处理，由s d l 图来决定是否发送数据至三层。在收到三层的数据后，二层同样需要判定 要发送帧的类型。当为非确认型帧时，直接发送。当为确认帧时，就需要 根据数据包的具体类型及帧的状态，进入协议规定的s d l 图进行相应的处 理，由s d l 图来决定向一层发送何种数据。在二层数据最终发至一层前， 要将其拆成协议规定的u n i t 集合的形式，然后发出。 二层处理的示意图见图6 - l 。 ，： 厂；j 够图 塞芒数据处理s 罗l 图 分析二层数据包的格式加上二层数据包头 将u n i t 数据集台包转换成 二层的数据包( 包含有丢包信息) 将二层数据包转换成 u n i t 数据集台包 【l 图6 1 二层数据处理示意简图 - - 1 8 - - 数字移动通信系统的仿真第六章二层的实现 对于确认帧的处理，首先要为每个连接信道建立多帧状态。在多帧状态 建立之后才能进行确认帧的处理。在s d l 图中，多帧状态有五种，它们的 关系如图6 - 2 所示。 图6 2 多帧状态及迁移圉 多帧状态的迁移，实际上相当于一个可靠连接的建立和拆除过程。在可 靠连接未建立前，为多帧非设定状态，建立时为设定等待状态，拆除时为 数字移动通信系统的仿真第六章二层的实现 解放等待状态。多帧设定及超时恢复状态则为连接已建立状态。 在多帧已设定状态，保证连接可靠的机制是什么呢? 在p d c 协议中， 将收发的信令分为数据帧( i 、i ) 、监视帧( r r 、r e j 等) 及建立连接的命 令帧( 非番号帧，如s a b m e 、s a b m e i 、d i s c 、u a 等) ，这在后面的数 据结构中将会详细说明。对于非番号帧，是通过命令，响应重送机制来保证 传输可靠的。也就是说，当一端发出一个非番号的命令时，一般是要求对 方在一定时间内( 起动定时器) 回送一个非番号的响应，来表示该命令已 明确送到，如果在指定时间内未收到对方的响应，本方会将此命令重新发 送。而对于数据帧，由于不但要求数据到达对方，而且还必须要保证数据 到达的顺序，因此在命令响应重送机制基础之上，还要对数据进行编号来 检查接收数据的顺序。在一方收到对方的数据时( 如i 帧) ，检查对方数据 的编号是否在规定范围之内，如果是的话，则回送一个相同编号的监视帧 ( 如r r ) 。通知对方该帧己收到。如果编号不正确或者在指定时间内未收 到时，则发送重送的监视帧( 如r e j 、r f a 等) 。在一方收到对方的响应( 确 定) 帧时( 如r r ) ，本方会停止重送定时器，并且确认本次发送的数据编 号( 帧编号) 。由于在多帧状态，双方可能在很长的时间内也没有数据收发， 这时，通过监视帧定期和对方进行联系，通过判断对方的回复来判断双方 的连接是否正常。 在p d c 协议的重送机制中，为了减轻数据传输的负载，除了采用全部 再送机制( j ) 外，还采用了部分再送机制。部分再送机制，就是在数据 发送时，将大的数据包拆成小的单元，并按次序编号后发送，当数据单元 到达对方时，再将小的单元按顺序合在一起；如果发现有丢失的单元，则 向另一端发送r e j 命令，只要求对方重新送丢失的单元，这样就会减轻数 据重送的负担。当然，部分数据再送是受数据重送机制的约束的。也就是 说，当送来的数据包，既不满足全部重送又不满足部分重送的要求时，按 全部重送处理。 数字移动通信系统的仿真第六章二层的实现 6 1 功能 二层在协议中的功能如下： 在上行时： l ，接收来自一层的数据； 2 将u n i t 单元的数据合成二层的数据格式； 3 分析二层的数据包格式，解析出二层的数据类型，对错误的数 据类型进行相应的处理； 4 检查二层的地址区内容； 5 将解析出来的二层数据格式按协议规定的s d l 图进行相应的 处理，由协议决定是将数据送至三层、还是送至一层或是其它 处理。 在下行时： 1 接收来自三层的数据： 2 分析三层的数据，并根据三层数据的格式，找到相应的二层协 议处理入口，进入s d l 图进行处理； 3 在二层数据发向一层前，加上二层的数据头，包括二层的地址 区及控制区： 4 在二层数据发向一层前，将数据分拆成单元数据段； 5 将数据发送至一层。 在二层协议处理过程中，需要实现以下功能： 1 定时器t 2 0 0 a ，t 2 0 0 b ，t 2 0 2 等的功能； 2 i 、i 等有番号信息的番号规定； 3 实现二层协议的s d l 图； 6 2 相关数据格式及规定 6 2 1 数据单元定义格式 6 2 1 1 上行 数字移动通信系统的仿真 第六章二层的实现 1 s c c h 2 s a c c h l 1 5 1 6 1 7 3 2 7n 18 f n i 1 7 n 2 w j w w 图6 - 3s c c 腊道1 层数据格式 圈6 - 4s a c c h i 言道1 层数据格式 一2 2 第1 u n i t l 5 个b y t e ， 以后每个u n i t 为 1 7 个b y t e ( 包括w 1 个b y t e ) 第l u n i 曲 咀y 惦。 以后每个u n n 也为9 - 1 、 b y t e ( 包括w 1 个 b y t e ) 9 b y t e 数字移动通信系统的仿真第六章二层的实现 3 f a c c h 4 u p c h 1 2 - - 1 2 1 2 n l 2 w i w ； 图6 - 5f a c c i 指- 道i 层数据格式 w w ， w 匿6 6u p c r 掂道l 层数据格式 一2 3 一 i2 个b y t o ( 包括w1 个b y t e ) 1 2 个b y t e b 弛 爿h n n 6 8 n n 7 7 数字移动通信系统的仿真第六章二层的实现 6 2 1 2 下行 1 s c c h b c c h p c h 2 s a c c h w 3 i。 w 1 i 图6 7s c c h m c c h p c i 描道1 层数据格式 w i w j 图6 8s a c c 瞒道1 层数据格式 2 4 1 8 个b y t e ( 包括w1 个b y t e ) 1 8 个b y t e 1 3 个b y t e ( 包括w1 个b y t e ) 1 3 个b y t e 数亨蓼动通信系统的仿真第六章二层的实现 3 f a c c h 4 u p c h 1 2 1 2 1 2 n 1 1 1 2 n w ； w 、 图6 9f a c c i - 拮道1 层数据格式 w 3 w 图6 1 0u p c h 信道1 层数据格式 2 5 - - 1 2 个b y t e ( 包括w1 个b y t e ) 1 2 个b y t e l 阶b y t e ( 包括w1 个b y t e ) 18 4 b y t e 数字移动通信系统的仿真第六章二层的实现 6 2 2 收发数据格式 在到一层数据后，按前面所述格式将u n i t 数据合并，结果才为 真正二层数据结构。二层数据格式按其数据格式作用，可以分为址 区及控制区，并且还有可能有其它功能区。其具体格式如下： 协议式样( 格式1 ) 地址区控制区 相乘部r 1 信息 m m 信息c c 信息 ( 可变长)呵变长) 第二层 协议式样( 格式2 ) 地址区控制区 ( 可变长) ( 可变长) 七一第二甚_ 协议式样( 格式1 ) 指s a p i = 6 或7 时 控制区 m a n a g ee n t i t y 地址区 m e s s a g e 种别 u i ( 1 b y t e ) 识别子 4 - 第二层 t 管理层 图6 112 层数据格式 数字移动透信系统的仿真第六章二层的实现 6 2 2 1 地址区格式 8765 4321 a ca i s a p ic 厂r s m s i e a - - 0 m s ie a = 0 e a = 1 图6 ，1 2 格式1 ：s a p = 0 7 时 8765432 1 a c a i s a p ic 瓜 e a = o s m s ie a = 0 e a = 1 e a 二o m s ie a = 0 e a j l 其中 图6 一1 3 格式2 ：s a p i = i 6 时 一个字节 一个字节 可变长( 根据a i 确定有无，根据 e a 确定长度) 一个字节 可变长( 根据a i 确定有无、根据 e a 确定长度) c r = c o m m a n d r e s p o n s ef i e l db i t s a p i - = s e r v i c ea c c e s sp o i n t 识别符 a c = i d 控制 a i = i d 表示 e a = 地址区扩张b i t ( e a = 0 后面还有字节，e a = i 最后字节) s m s i = 短缩移动机识别符 m s i = 移动机识别符 数字移动通信系统的仿真第六章二层的实现 6 2 211a c 表6 1i d 控制( a c ) 的使用方法： ( 1 ) s c c h 的s m s i r 初期彀定j 中f 敲骏条件彀定j 的短篇移勤橇番号s c c h j 被设成f 燕oj 时，s c c h 短缩移勤谶别子js m s i 无效。设成r 固 定j 时，认为有效，值为 s m s i j 设定的数( 范围：1 0 进制，0 2 5 5 ) 。 ( 2 ) p a c k e t 通信时的s m s i 初期毅定j 中r 弑鹱条件彀定j 的f 短缩移勤楗番号u p c h j 被设成f 燕l ，j 时，u p c hr 短缩移勤澈刷子js m s i 无效。设成固 定j 时。认为有效。值为s m s i 设定的数( 范围：1 6 进制，o f f f f f f f f f f f f f f f f ) 。 ( 3 ) s m s i 相关处理 1 ) s c c h 信道的s m s l 分配条件( s c c hr 短缩移勤澈剧子js m s i 设成f 固定j 时 ： 从第三层收到d l 彀定一要求j 时； 从第三层收到 d l - - u n i td a t a 一要求j 时： 从移动机收到s , a b m e 命令或s a b m e i 命令时； 从移动机收到u i 命令时( 但是在位置登绿js e q u e n c e 内不进 行分配) ，即位置登录以外的s e q u e n c e 内，基站第一条发的信息 就进行分配。 2 ) u p c h 信道的s m s l 分配条件( u p c h 短缩移勤激刖子js m s i 设成f 固定j 时) 从移动机收到u p c h 信道的s a b m e 时，在回复u a 时迸行 分配。 数字移动通信系统的仿真第六章= 层的实现 3 ) 分配方法( 地址区的发送方法) 用a c = 0 1 ，a i = i i ，m s i 及s m s i 全部设定的地址区信息向 移动机发送。 m s i 的获得方法： 基站最初接收到移动局的信息时，从信息的地址区将m s i 取出，从此以后向移动局发信时作为m s i 使用。将m s i 各字节 的b i t 0 去掉后，重新对数据进行连接变换后的值为受信移动机 号，以1 6 进制显示在实行画面j 上。 4 ) i dc h e c k 的数据格式 图6 - 1 4 s m s i 的检查( c h e c k ) ，是用s a p i = 6 ( u p c h 信道) 或7 ( s c c h 信道) 的u i 命令的信息区进行传送。 信息区的构成如下： 图6 1 5 表6 2 当p r i m i t i v e 设定中，设置了s c c h 、s a c c h 、f a c c h 、u p c h 的下行i d 检查要求时，根据以下各信道的检查要求处理，若满 足发送要求则按照以上的b i t 构成，向移动机发送；设定了上行 的1 d 检查应答时，将收到的m e s s a g e 与以上的b i t 格式进行比 较。 数字移动通信系统的仿真 第六章二层的实现 5 ) s c c h 信道的i d 检查 若s c c h 已经进行s m s l 分配后，设定s c c hs m s ic h e c k 要求时，按照要求发送以