（通信与信息系统专业论文）cdmabss系统中ccm模块设计与新功能实现.pdf

l j - _ l ：摘要 本文首先从总体上介绍了数字移动通信的发展、优势及c d m a 蜂窝通信系统 的特点、结构和传输方式。在此基础上，文章简要说明了c d m a 基站系统的原 理结构和功能以及c d m a b s s 系统软件的划分与实现。文中通过说明b s s 系 统软件中业务处理s p s 子系统的软件结构和模块分布，重点介绍了其中完成通信 控制的c c m 软件模块的设计与实现。脑里涉及了分配和管理无线资源的sr c m 子模块和处理控制信道信令的sc c h p 子模块在s p s 子系统中所处的位置量与 其他模块的接口、模块的软件结构等等。在模块设计过程中，涉及了如下受键 技术，包括：运用了h a s h 算法来实现码分多址基站系统中在控制信道上通过快 法的规划等关键技术实现系统中小区的收缩( w i l t i n g ) 与扩张( b l o s s o m i n g ) 呼 吸( b r e a t h i n g ) ，以及基站发射功率跟踪环路( t p t l ) 控制。新功能还包括在c c m 上实现对混插系统的控制，即兼容目前使用的c i l m ，9 5 ( 采用c s m l 5 芯片) 和 c h m 1 x ( 采用c s m s 0 0 0 芯片) 两种信道板的配置。通过这些新功能的设计， 一方面使得系统具备的功能越来越完备与强大，以适应未来的通信市场的发展需 要；更重要的是，可有助于实现c d m ai s 9 5 系统向c d m a i x 系统的平滑过渡。 同时，本文还简要介绍了在设计与实现s p s 子系统软件模块时使用的t e l e l o g i c 公 司的t e l e l o g i ct a u4 0 ( s d t ) 工具集。 关键诃： 、 。 7 业务处理子系统通信控制模块哈希算法接入信道过载控制算法发鼾 功率跟踪环路 o ，7 2 j! 。 ： a b s t r a c t ， a no v e r v i e wo fd i 西t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n dc o d ed 垃i s i o n m u l t i p l ea c c e s st od i g i t a lc e l l u l a rs y s t e mi s f i r s ti n t r o d u c e di nt h i sp a p e r , i h c l b d i n g t h es y s t e ms t r u c t u r ea n dt r a n s m i s s i o nm o d e b a s e do n 血e s et h e o r i e s t h ec o n f i g u r a t i o n a n dt h ef u n c t i o n so ft h ec d m ab 3 s es t a t i o ns y s t e ma eb r i e f l yd e s c r i b e d ，f o l l o w e db y t h ec o m p a r t m e n t a l i z a t i o na b o u tt h ec d m ab s ss o f t w a r em o d u l e s t h es o a r e s t r u c t u r eo fs e r v i c ep r o c e s ss u b s y s t e ma n dt h es p ss o f t w a r em o d u l e si o e a 嘲i n c c mb o a r d c o n s i s t i n go fr a d i oc o n t r o lm o d u l ea n dc o n t r o lc h a n n e ls i g r 蠡d i n g p r o c e s sm o d u l e ，a r e e x p l a i n e di np a r t i c u l a r , w h e r er c m d e a l sw i t ht h em a n a g e m e n t so f t h er a d i or e s o u r c ea n dc c h s pd o e st h ec o n t r o lc h a r m e ls i g n a l s a tt h es a m et i m e t h e i r p o s i t i o n s ，i n t e r f a c e sb e t w e e no t h e rs u b s y s t e m s ，a n ds oo n ，a l ep r i m a r i l yd i s c u s s e di n t h i sp a p e r i nt h ep r o c e s so ft h em o d u l e sd e s i g n i n g ，t h e s ek e y t e c h n i q u e sa 坞i n v o l v e di n ， s u c ha sh a s ha r i t h m e t i cw h i c hi su s e df o rc d m a - b s st of i xo nm o b i l es t a t i o n sb y f i n d i n go u tc o t r e s p o n d i n z 讧s l e s nq u i c k l yi nt h ec o n t r o lc h a n n e l sa n d 也e c e s s c h a m l e lo v e r l o a dc o n t r o la r i t h m e t i cw h i c hi sd e a l tw i t h 血ec o n t r 0 1o fa c c e s sc h a n n e l s o v e r l o a di nt h es y s t e m f i n a l l y , t h en e wf u n c t i o n so ft h ec c ma l e e m p h a t i c a l l y d i s c u s s e t li n t h i sp a p e r , i n c l u d i n gw i l t i n g b l o s s o m i n go fac e l l ，b r e a t h i n go fac e l l a n dt h ec o n t r o l so ft h eb st r a n s m i s s i o np o w e rt r a c kl o o p ( t p t l ) w h i c ha r ea l l r e l e v a n tt op r o g r a m m i n gt h es p e c i a lf u n c t i o nc o n t r o ls o f t w a r e b e s i d e st h e s e ，t h ed e s i g n f o rc c mt oc o n t r o lam i xs y s t e m i nw h i c h c h m - 9 5 ( u s i n g c s m l 5c h i p s ) a n dc h m ix ( u s i n gc s m 5 0 0 0c h i p s ) a r ec o m p a t i b l e ，b e l o n g st ot h en e wf u n c t i o n s o nt h eo n e h a n d t h e s ef u n c t i o n s p u r p o r t t h es y s t e mw i l lb em o r ea n dm o r e p e r f e c t i no r d e rt oa d a p t 血ed e v e l o p m e n t si nf u t u r e o nt h eo 血e rh a n d i ti sh e i p f u lf o r 血es y s t e r nt ot r a n s i tf r o m c d m ai s 一9 5t oc d m a 1xs m o o t h l y i na d d i t i o n 、at o o l ，n a m e l yt e l e l o g i ct a u4 0 ( s d t ) ，i sr o b g h l yi n t r o d u c e dw i t hw h i c hm o s ts p ss o f t w a r em o d u l e s a r ed e s i g n e da n d r e a l i z e d k e y w o r d ： s e r v i c ep r o c e s ss u b s y s t e mc o m m u n i c a t i o nc o n t r o lm o d u l eh a s ha r i t h m e t i c a c c e s sc h a n n e lo v e r l o a dc o n t r o la r i t h m e t i ct r a n s m i s s i o np o w e rt r a c kl o o p 第一章绪论 ： 第一章绪论 移动通信是当今通信领域内最为活跃和发展最为迅速的领域之一，也是在2 l 世纪对人类的生活和社会发展有重大影响的科学技术领域之一。现代移动通信技术 是一门复杂的高新技术，不但集中了无线通信和有线通信的最高技术成就而且集 中了网络技术和计算机技术的许多成果。 从8 0 年代中期开始，数字移动通信不断发展并成熟起来。与模拟蜂窝移动通 信系统相比，数字系统可采用低速语音编码和高效数字调制解调等多种技术来器高 频谱利用率，从而可进一步提高系统容量。而模拟系统调频技术很难进一步硝自已 调信号频谱，这就限制了频谱利用率的提高。同时，数字网能提供多种业务服务， 除了数字语音信号外，还可传输用户数据和图像信息等。由于网内传输的是统一的 数字信号，容易实现与综合数字业务网i s d n 的接口，这就极大提高了数字蜂窝网 的服务功能。而在模拟蜂窝网中，虽然也可传输数据但传输速率不高，已远远满 足不了用户的要求。另外，在数字网中，用户信息传输时的保密性好。在模拟系统 中，保密问题比较难以解决。虽然采用所谓倒频技术或模数模方式也可以实现模 拟无线信号的保密传输但成本高，语音质量也受影响。而相对于数字信号来说， 容易实现保密，数字加密的理论和实用技术都已发展成熟。可以说，只有采用数字 传输技术，才能真正解决保密问题。对于蜂窝移动通信系统来说，信道衰落特性是 影响无线传输质量的主要原因。模拟无线传输的主要抗衰落技术是分集接收，而在 数字系统中，除分集技术外，还可采用扩频、调频、交织编码、自适应均衡以及纠 错编码等技术，因此，数字无线传输能提高信号抗信道衰落的能力，语音质量好。 最后，数字网能实现更有效、灵活的网络控制与管理。在模拟网中，信令是以数字 信号方式传输，而用户信息是模拟信号，这种不一致性就增加了网络管理与控制的 难度。而在数字网中，在用户语音比特流中插入控制比特是容易实现的，这就是信 令和用户信息统一成数字信号后带来的好处。可以说，用户需求和技术发展的双重 推动，使得蜂窝移动通信系统从模拟网过渡到数字网。 1 ic d m a 数字移动通信系统 ： 在数字移动通信的发展与成熟过程中，数字蜂窝通信系统采用什么样的多址方 式，一直是人们非常关注的问题。1 9 7 7 年，库帕( r g c o p p e r ) 和那特尔顿( n e t t l e t o n ) 首先提出利用扩频技术实现c d m a 方案，以使蜂窝移动通信系统的频谱效率提高 2 到5 倍。这一成果的发表引起了极大的轰动。但由于当时的数字无线技术和陆地 移动通信的市场需求均未成熟，故而没有进入实用。自从1 9 8 9 年以来，美国欲将 c d m a 方式在移动通信中实用化，研究工作十分活跃，才真正引起了人们的注意。 美国q u a l c o m m 公司发展的c d m a 系统采用直接序列扩频技术，在数字蜂窝系统、 无绳电话系统和个人通信中充分发挥技术优势，使人耳目一新。 从原理上无论频分多址( f d m a ) 、时分多址( t d m a ) 或码分多址( c d m a ) 所能提供的系统容量都是一样的。但是，结合具体的应用条件和工作环境，能得到 的通信容量就不同了，甚至有较大的差异。 在c d m a 通信系统中，不同的用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时 隙不同塞区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来 区分。如果从频域或时域来观察，多个c d m a 信号是互相重叠的。接收机用相关 器可以在多个c d m a 信号中选出其中使用预定码型的信号。其他使用不同码型的 信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。码分多址蜂窝通信系统具有 4 c d m a - b s s 系统中c c m 模块设计与新功能实现 的设备框图。图中的数字处理器包括声码器、前向纠错( f e c ) 、调制和直接序列 扩频等部分。基站把发向移动台的扩频信号进行线性叠加，然后进行放大和发射， 但信号相位的随机性是由两个独立的伪随机序列决定的。图中的加权因子a ，a ：，o 、a 。根据功率控制的需要对发送功率进行调整。 ， 为了节省发送功率，在反向传输方向上不发送导频信号。这样做，在接收反 向传输的信号时，只能用非相干解调。信号的接收过程是发送信号的逆变换。一 般说，对接收信号的处理往往比对发送信号的处理更复杂些。 图1 2c d m a 蜂窝通信系统的简化方框图 1 2 2 正向和反向c d m a 信道的构成 ( 一) 正向传输c d m a 信道 正向传输c d m a 信道综合使用了频分和码分多址技术。所谓频分是把可供使 用的频段分成若干个宽为1 2 5 m h z 的频道，它是传输扩频调制信号所需的最小带 宽。在建网初始阶段，一个c d m a 蜂窝服务区可以只占用一个这样的频道，以 后随着通信业务量的增多，一个c d m a 蜂窝服务区可以占用多个这样的频道， 使各个基站以频分复用的方式使用这些频道。所谓码分是用正交沃尔什函数来区 分不同用途的信道( 如导频信道、同步信道、寻呼信道和正向业务信道) ，并用 一对伪码的不同偏置进行四相调制来区分不同的基站发出的信号。 图l _ 3 是正向c d m a 信道的电路框图。前面已经介绍过，正向c d m a 信道 包含一个导频信道、一个同步信道( 必要时可以改作业务信道，因为移动台在获 得同步后不再监听同步信道) 、7 个寻呼信道( 必要时可以改作业务信道，直至全 部用完) 和5 5 个( 最多6 3 个) 正向业务信道。 第一章绪论 a # ”i o 】口s f l l l e ，s 麓挣手一 女$ ”自t 一臻刮荔吲鬣削熟仁警每l r 1r 1r 1t2 啦k ， 。 图1 3 正向c d m a 信道的电路框图 1 数据速率 同步信道工作在1 2 0 0 b i t s ，寻呼信道工作在9 6 0 0 或4 8 0 0 b i t s ，正向业务信道 工作在9 6 0 0 、4 8 0 0 、2 4 0 0 、1 2 0 0 b i f f s 。正向业务信道的数据在每帧( 2 0 m s ) 味尾 含有8 比特，称为编码器尾比特，用它把卷积码编码器置于规定的状态。另外，在 9 6 0 0 和4 8 0 0 b i t s 的数据中都含有帧质量指示比特( 即c r c 检验比特) 。 2 卷积编码 数据在传输之前都要进行卷积编码，卷积码的码率为1 2 ，约束长度为9 。 3 码元重变 对于同步信道，经过卷积编码后的各个码元，在分组交织之前，都要重复一次 ( 每码元连续出现2 次) 。对于寻呼信道和j 下向业务信道，只要数据率低于 9 6 0 0 b i t s ，在分组交织之前都要重复。速率为4 8 0 0 b i t s 时，各码元要重复1 次( 每 码元连续出现2 次) ，速率为2 4 0 0 b i t s 时，各码元要重复3 次( 每码元连续出现4 次) ，速率为1 2 0 0 b i t s 时各码元要重复7 次( 每码元连续出现8 次) 。这样做， 使各种信息速率均变换成相同的调制码元速率，即每秒l9 2 0 0 个调制码元。 4 分组交织 所有码元在重复之后都要进行分组交织。同步信道所用的交织跨度等于 2 6 6 6 6 us ，这相当于码元速率为4 8 0 0 s s 时的1 2 8 个调制码元宽度。寻呼信道和 证向业务信道所用的交织跨度等于2 0 m s ，这相当于码元速率为1 9 2 0 0 s s 时的3 8 4 6 c d m a b s s 系统中c c m 模块设计与新功能实现 个调制码元宽度。i 5 数据掩蔽 数据掩蔽用于寻呼信道和正向业务信道，其作用是为通信提供保密。扰乱器 把交织器输出的码元流和按用户编址的p n 序列进行模2 相加。 6 功率控制子信道 功率控制比特要在正向业务信道上连续地进行传输，每1 2 5 m s 发送l 比特 ( 0 或“l ”) ，实际速率为8 0 0 b i t s 。“0 ”比特表示移动台要增大其平均功率， 1 比特表示移动台要减少其平均功率。 7 正交扩展 为了使正向传输的各个信道之间具有正交性，在正向c d m a 信道中传输的所 有信号都要用6 4 进制的沃尔什函数进行扩展。号码为0 的沃尔什函数w 。分配给 导频信道，号码为3 2 的沃尔什函数w 。分配给同步信道，号码为l 7 的沃尔什 函数w r w ，分配给寻呼信道，其余沃尔什函数分配给正向业务信道。 8 四相扩展 在正交扩展之后，各种信号都要进行四相扩展。四相扩展所用的序列称为引 导p n 序列。引导p n 序列的作用是给不同的基站发出的信号赋予不同的特征， 便于移动台识别所需的基站。不同的基站使用相同的p n 序列，但各自采用不同 的时间偏置。由于p n 序列的相关特性在时间偏移大于一个子码宽度时，其相关 值就等于零或接近于零。因而移动台用相关检测法很容易把不同基站的信号区分 开来。 ( 二) 反向c d m a 信道 反向c d m a 信道由接入信道和反向业务信道组成。每个接入信道用不同码序 列来区分，每个反向业务信道也用不同的码序列来区分。图1 4 是反向c d m a 信 道的电路框图。 牌篮翌 “1 闰1 4 反向c d m a 信道的电路框图 。 粤争霉煎瘟燃 第一章绪论 7 二接天信道用4 8 0 0 b i t s 的固定速率。反向业务信道用9 6 0 0 、4 8 0 0 、2 4 0 0 和1 2 0 0 b i t s 的可变速率。两种信道的数据中均要加入编码器尾比特用于把卷积编码器复位到 规定的状态。另外，在反向业务信道上传送9 6 0 0 和4 8 0 0 b i t s 数据时。也要加质量 指示比特( c r c 校验比特) 。 2 卷积编码 接入信道和反向业务信道所传输的数据都要进行卷积编码，卷积码的码率为 1 3 ，约束长度为9 。 一 f 3 码元重复 乏 反向业务信道的码元重复办法和正向业务信道一样。这样做，使得各种i 建孽的 数据都变换成每秒2 8 8 0 0 码元。这里不同之处在于重复的码元不是重复发送多次， 相反，除去发送其中的一个码元外，其余的重复码元全部都被删除。在接入信道上， 因为数据速率固定为4 8 0 0 b i t s ，因而每一码元只重复1 次，而且两个重复的码元都 要发送。 4 分组交织 所有码元在重复之后都要进行分组交织。分组交织的跨度为2 0 m s 。输入码元 ( 包括重复码元) 按顺序逐列从左到右写入交织器的3 2 1 8 矩阵，直到填满。 5 可变数据速率传输 为了减少移动台的功耗和减小它对c d m a 信道产生的干扰，对交织器输出的 码元，用一时间滤波器进行选通，只允许所需码元输出而删除其它重复的码元。传 输的占空比随传输速率而变。通过选通门允许发送的码元以猝发的方式工作。它在 一帧中占用哪一位置进行传输是受p n 码控制的。这个过程称为数据的猝发随机化。 6 正交调制 在反向c d m a 信道中，把交织器输出的码元每6 个作为一组，用6 4 进制的沃 尔什函数之一进行传输。正向c d m a 信道和反向c d m a 信道都使用“进制的沃 尔什函数，但二者的应用目的不同，前者是为了区分信道，而后者是对数据进行正 交码多进制调制( 软扩频) ，以提高通信链路的质量，因为在反向c d m a 信道中， 不可能像正向c d m a 信道那样提供共享的导频信道。因而，这种做法，在衰落信 道难以提供相干参考导频的场合是很必要的。 7 直接序列扩展 在反向业务信道和接入信道传输的信号都要用长码进行扩展。前者是数据猝发 随机化产生器输出的码流与长码模2 相加，后者是6 4 进制正交调制器输出的码流 和长码模2 相加。 8 四相扩展 反向c d m a 信道四相扩展所用的序列就是正向c d m a 信道所用的i 与q 引导 序列。但在反向c d m a 信道中，经过p n 序列扩展之后，q 支路的信号要经过一 个延迟电路，把时间延迟1 2 个子码宽度( 4 0 9 9 0 1 n s ) ，再送入基带滤波器。 1 3c d m a 系统中的关键技术 c d m a 系统中采用了许多关键技术主要有以下五个方面：功率控制、伪随机 地址( p n ) 码的选择、软切换技术、分集技术和语音编码。这些关键技术的使用 赋予了套- - d m a 通信系统独有的特点。 ( 二) 功率控制 如果小区中的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的信 号强，远离基站的用户到达基站的信号弱，导致强信号掩盖了弱信号，即“远近效 8 c d m a - b s s 系统中c c m 模块设计与新功能实现 如果小区申的所有用户均以相同功率发射，则靠近基站的移动台到达基站的 信号强，远离基站1 勺用户到达基站的信号弱，导致强信号掩盖了弱信号，即“远 近效应”。c d m a 系统是一个自干扰系统所有用户使用同一频率，其“远近效 应”更加突出。c d m a 功率控制的目的就是克服远近效应，使系统既能维持高质 量通信，又不对占用同一信道的其他用户产生不应有的干扰。 ( 二) p n 码在c d m a 中的应用 伪随机序列( p n 码) 具有类似于噪声序列的性质，是一种貌似随机但实际上 是有规律的周期性二进制序列。在c d m a 中用到两个伪随机序列，即长度是2 ” i l 的短码和长度是2 4 2 一l 的长码。长码在前向信道中用于对业务信道进行扰码： i 而在反向信道中作为移动台的标识，长码用作直接扩频序列，每个用户占用p n 长码的一个相位。短码在前向信道中用作基站标识，进行正交调制不同的短码 相位对应于不同的基站：而在反向信道中则均为0 偏移用于正交调制。 ( 三) 软切换 所谓软切换就是当移动台需要跟一个新的基站通信时，并不先中断与原基站 的联系。而以往的系统所进行的都是硬切换，即移动台先中断与原基站的联系， 再在一指定时间内与新基站取得联系。软切换只能在相同频率的c d m a 信道问 进行。它在两个基站覆盖区的交界处起到了业务信道的分集作用。这样可以大大 减少由于切换造成的掉话。因为据以往对模拟系统、t d m a 系统的测试统计，无 线信道上的9 0 掉话是在切换过程中发生的。形象的说，在硬切换中，是“先断 后接”而在c d m a 系统中进行软切换则是“先接后断”。 ( 四) 分集技术 分集技术是指系统能同时接收两个或多个输入信号，这些输入信号的衰落互 不相关。系统分别解调这些信号然后将它们相加，这样可以接受到更多的有用信 号，克服衰落。 减弱慢衰落采用空间分集，即用几个独立天线各在不同场地分别发射和接收 信号以保证各信号间的衰落独立。根据衰落的频率选择性，当两个频率间隔大 于信道相关带宽时，接收到的此两种频率的衰落信号互不相关，市区的相关带宽 一般为5 0 k h z 左右，郊区的相关带宽一般为2 5 0 k h z 左右。而i s 一9 5 c d m a 的一 个信道带宽为1 2 3 k h z ，无论在市区还是在郊区都远远大于相关带宽的要求，所 以码分多址的宽带传输本身就是频率分集。时问分集是利用基站和移动台的r a k e 接收机来完成的。 c d m a 系统就是这样综合利用频率分集、时间分集和空间分集来抵抗衰落对 信号的影响，从而获得高质量的通信性能。 ( 五) 话音编码 话音编码的目标是既能维持一定的语音质量，又能较大程度的降低数据量。 现在c d m a 系统中采取语音激活可变速率声码器技术，可以根据每帧数据的能 量来选取相应的速率，进行帧编码。这样在低速率工作时，就可减少发射功率 而减小对同一信道中其他用户的不必要的干扰，最大限度的提高系统容量。 1 4 本文内容概述 目前，c d m a 蜂窝移动通信系统正处在蓬勃发展的时期。本文立足于当前数 字移动通信的发展趋势，着重介绍c d m a 通信系统基站子系统的软件实现。通 过说明b s s 系统软件中业务处理s p s 子系统的软件结构和模块分布，重点介绍 其中完成通信控制的c c m 软件模块的设计与实现。在模块设计过程中，需要运 第一章绪论9 法来实现系统对接入过载的控制。通过这些关键技术的运用以达到基站系统设计 过程中的性能指标要求。最后，本文在介绍c c m 模块中新功能的设计时，讨论了 如何通过运用对特殊功能控制软件算法的规划等关键技术来实现系统中小区的收缩 ( w i l t i n g ) 与扩张( b l o s s o m i n g ) ，呼吸( b r e a t h i n g ) ，以及基站发射功率跟踪环路 ( t p t l ) 控制。同时文中还讨论了如何在c c m 上实现对混插系统的控制。通过 这些新功能的设计，一方面使得系统具备的功能越来越完备与强大，以适应未来的 通信市场的发展需要；更重要的是，可有助于实现c d m ai s 9 5 系统向c d m a 1 x 系统的平滑过渡。另外，本文简要介绍了在设计与实现s p s 子系统软件模块封使 用的t e l e l o g i c 公司的t e l e l o g i ct a u4 0 ( s d t ) 工具集。文中涉及的主要信号数据 流程图以及信号处理叙述分别列在附录a 与附录b 中。 本文着重介绍c d m a 通信系统基站子系统的软件实现。对于不同的设备。其 软件部分的模块划分可能不同，文中只是涉及了该部分在z x c l 0 b s s 中的设计。 但从系统的整体结构来看，其基本构成与所实现的功能应是大致相同的，本文旨在 提供了一种基站系统的软件实现方案，对设计、比较和分析同类设备具有一定的指 导意义。 1 0c d m a b s s 系统中c c m 模块设计与新功能实现 篇二章c d m a - b s s 系统结构与软件实现 目前的c d m a 系统结构在组网及信令接口上虽然与其他的蜂窝系统( 如 g s m 、t a c s ) 有所差别，但从总体上看，c d m a 系统的结构也还是遵循了蜂窝 移动通信系统设计的一般模式( 特别是g s m 系统的设计) ，即由移动台( m s ) 、 基站子系统( b s s ) 、网络子系统( n s s ) 组成公用陆地移动通信网( p l m n ) 而 与公用电话交换网( p s t n ) 相连。这样既可以在移动网内实现漫游，也可以通 过本地、长途网实现与陆地电话的通信，同时这样的组网方式便于扩充服务范围， 并适应通信市场的标准。 2 1 总体结构 c d m a 系统由若干功能实体构成每个实体完成特定的功能。其结构如下图： 图2 ic d m a 数字蜂窝移动网结构 如图所示，构成网络的实体为： 1 移动台( m s ，m o b i l es t a t i o n ) 移动台由用户设备构成。用户使用这些设备可接入蜂窝网中，得到所需要的 通信服务。 2 基站系统( b s s ，b a s es t a t i o ns y s t e m ) 基站系统由可在小区内建立无线电覆盖并与移动台通信的设备组成。一个基 站系统可为一个或多个小区服务。基站系统实现的功能包括控制功能和无线传输 功能，分别由基站控制台( b s c ，b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r ) 和基站收发信台( b t s ， b a s et r a n s m i t t e rs t a t i o n ) 这两类功能实体完成。 基站控制台的功能是对基站收发信台进行控制。每个b s c 可控制一个或多个 b t s 。基站收发信台是覆盖一个小区的无线电收发设备，由基站控制台控制。 3 移动交换中心( m s c ，m o b i l es e r v i s es w i t c h i n g c e n t r e ) 移动交换中心对位于其服务区内的移动台进行交换和控制，同时提供移动网 与固定公众电信网的接口。可以说，m s c 是数字蜂窝网的网络核心。作为交换设 备，m s c 具有完成呼叫接续与控制的功能。作为移动交换中心，m s c 又具有无 线资源管理和移动特性管理等功能。 4 归属位置每存器( h l r ，h o m el o c a t i o nr e g i s t e r ) 归属位置寄存器是用于移动用户管理的数据库。每个移动用户必须在某个h l r 中登记注册。在一个数字蜂窝网中，应包含一个或若干个h l r 。归属位置寄存器 所存储的用户信息分为两类：一类是有关用户参数的信息，如用户类别等。另一 。l 第二章c d m a b s s 系统结构与软件实现 l1 是有关用户当前位置的信息，如移动台漫游号码等，用于建立至移动台的呼叫路由。 h l r 不受m s c 的直接控制。 5 访问位置寄存器( v l r ，v i s i t o rl o c a t i o nr e g i s t e r ) 访问位置寄存器是存储用户位置信息的动态数据库。当漫游用户进入某个辱d s c 区域时，必须向与该m s c 相关的v l r 登记，并被分配一个移动用户漫游号，在 v l r 中建立该用户的有关信息。m s c 在处理入网和出网呼叫时需要查询v l r 中 的有关信息。一个v l r 可以负责一个或若干个m s c 区域。 ： 6 设备标志寄存器( e m ，e q u i p m e n ti d e n t i t y r e g i s t e r ) 乏 设各标志寄存器是存储有关移动台设备参数的数据库。e i r 实现对移动设备的 识别、监视、闭锁等功能。 7 认证中心( a u c ，a u t h e n t i c a t i o nc e n t r e ) 认证中心是认证移动用户的身份以及产生相应认证参数的功能实体。认证中心 对任何试图入网的用户进行身份认证，只有合法用户才能接入网中并得到服务。 8 操作维护中心( o m c ，o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec e n t r e ) 操作维护中心是网络操作者对全网进行监控和操作的功能实体。 在构成实际网络时，根据网络规模、所在地域以及其他因素上述功能实体可 有各种配置方式。 2 2c d m a 基站系统 2 2 1 概述 基站系统是在蜂窝区内建立无线电覆盖的设备，负责管理无线资源和与移动用 户建立无线链路，传送网络的各种信令以及用户信息等。基站系统由两部分组成： 基站控制器( b s c ) 和基站收发信台( b t s ) 。前者对整个基站系统进行控制和管 理，分配信道，建立呼叫接续，并提供至移动交换中心( m s c ) 的通道；后者为 无线收发信设备，在网络端提供无线接口。 一个基站系统包含一个基站控制器以及一个或多个基站收发信台。通常，一个 b t s 在一个小区内建立无线电覆盖。因而，基站系统的覆盖区域可包含若干个小区。 b s c 和b t s 的设置地点可有不同方式。若两者设置在同一地点，构成整体基站系 统( b s s ) ，则其覆盖区为包含若干相邻小区的单一区域。若两者设置在不同地点。 则b s s 服务区为若干个无线覆盖区口】。 基站系统的原理框图见图2 2 。该图所示的基站中，b s c 和b t s 是分离的。 b t s 中除了收发信设备( t r x ) 外，还有基站控制功能单元( b c f ，b a s e c o n t r o l f u n c t i o n ) 。b c f 与b t s 中实现公共控制功能。 若b s c 与b t s 是分离的，则它们之间用特定的接口互相连接，称为a b i s 接口。 b s c 对b t s 的控制也是通过a b i s 接口进行的。为了实现a b i s 接口，在b s c 端和 b t s 端都应有相应的基站接口设备( b i e ) 。a b i s 接口是基站系统的内部接口p 】。 基站的外部接口包括无线接口( u m 接口) ，a 接口以及与操作维护中心( o m c ) 的接口。b s s 通过u m 接口与移动台相联接，通过a 接口与移动交换中心相联接， 进而与固定网相联接。 基站系统中还包括码型变换设备。这是由于无线系统与地面系统中数字信号的 码型不回在接口处需要进行变换。码型变换设备( t c ) 可设置在不同位置：可 以在基站控制器( b s c ) 内部或外部( 即设置在m s c 一端) ，也可以设置在基站收 发信台( b t s ) 中。当t c 设备设置位置不同时，a b i t 接口的纯速率也不相同。 1 2 c d m a b s s 系统中c c m 模块设计与新功能实现 站收发信台( b t s l 中。当t c 设备设置位置不同时，a b i t 接口的纯速率也不相 同。 一一一 8 , s s 基站系皖 8 s c ：基站控制嚣 b t s ：基蛄啦笈情台 8 c f ：基蛄控制功魁单元 t r x ：收黉信机 硼c 摄柞雎护中心 图2 2 基站原理框图 2 2 2 基站系统功能 基站子系统( b s s ) 是c d m a 系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成 部分。它通过无线接口直接与移动台相连接。负责无线发送接收和无线资源管理。 另一方面，基站子系统与网络子系统( n s s ) 中的移动业务交换中心( m s c ) 相 连，实现移动用户之间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信 号和用户信息向用户提供一个操作维护接口，以使系统运行时有良好的维护手 段。此外，它还负责话音信号的码变换和数据信号的速率适配川。 基站收发信机( b t s ) 是基站子系统的无线部分。它负责处理无线链路上的 第一层和第二层以及有关的控制功能。b t s 通过i s 9 5c d m a 空中接口协议连接 到移动台，通过a b i s c 接口与b s c 连接。 基站控制器( b s c ) 在b s s 内起控制器和话务集中器的作用。它的基本功能 为： 1 ) 接口协议管理： 2 ) 与b t s 间的地面信道管理，b s c - - m s c 信道阻塞指示； 3 ) 对无线接口所有的业务信道，控制信道的资源管理和无线参数的合理设 置管理； 4 ) 操作维护功能； 5 ) 观察测量和统计： 6 ) 功率控制： 7 ) 对呼叫控制的支持； 8 ) 切换( 包括越区和更软切换) 。 2 3 c d m a b s s 系统软件的划分 c d m a b s s 系统软件作为b s s 系统的主要控制者，与b s s 系统硬件密切协 作，完成b s s 系绕所要求的功能。这里将着重介绍b s s 系统软件的实现。 b s s 系统软件的范围包括所有应用程序、向应用程序提供接口的底层驱动程 序和启动程序。对b s s 系统软件的划分是分层次的。 整体考虑b s s 系统软件，它与外界的关系如图2 3 中所示。其中，b s s 系统 i t 第二章c d m a - b s s 系统结构与软件实现1 3 3 ) 一与蹙动台m s 的u m 接h ； 4 ) 与操作维护台o a m ( 包括网管) 的o a m 接口。 圈2 3 b s s _ s o f t w a r e 与外界的关系 将b s s 系统软件b s s s o f t w a r e 进行划分，如图2 4 所示： i b l o b e t ss o f t w a e ：_。、 图2 4b s s 系统软件的划分 b s s 系统软件b s ss o f t w a r e 由应用层软件a p p 和操作系统软件o s s 组成 1 ) 操作系统软件o s s ：封装硬件信息和商用操作系统信息，向上层应用提供 运行平台和通信机制； 2 ) 应用层软件a p p ：构建在o s s 提供的运行平台之上，实现b s s 系统的功 能。 其中，操作系统软件o s s 与外界的接口为： 1 ) 与b s s 硬件系统b s sh a r d w a r e 的s wh w 接口； 2 ) 当应用层软件a p p 的o s s a p p 接口。 应肘层软件a p p 与外界的接口为： 1 ) 与移动交换机m s c 的a 接1 2 1 ： 2 ) 与移动台m s 的u m 接口； ! ! ! 里! 坠兰! ! 墨堑主曼! 翌塑堡垦盐量堑垫! ! 壅望 应用层软件a g p 与外界的接口为： 1 ) 与移动交换机m s c 的a 接口； 2 ) 与移动台m s 的u r n 接口： 3 ) 与操作维护台o a m ( 包括网管) 的o a m 接口 4 1 与操作系统软件o s s 的o s sa p p 接口。 再将应用层软件a p p 进一步划分，如图2 5 所示： ? 图2 5 应用层软件a p p 的划分 应用层软件由三部分组成： 1 ) 业务处理部分s p s ：依据u m 接口和a 接口的相关标准，实现b s s 基站 系统的业务功能。 2 1 操作维护部分o m s ：管理和维护b s s 系统，向外提供b s s 基站系统的 维护接口，其中包括人机接口和与网管系统的标准接口。 ： 3 ) 数据库部分d b s ：集中管理b s s 系统数据，向b s s 系统提供数据服务。 2 4 b s s 系统软件的运行机制概述 b s s 系统是由多个处理器构成的分布式系统根据目前采用的软件方案，由 o s s 子系统统一封装硬件信息和通信信息，向上提供一致的平台，应用层软件看 不到其分布。是一个紧耦合模型。 b s s 系统软件底层主要采用p s o s 操作系统( 不包括后台操作维护) ，因此有 如下的软件分层模型： 第二章c d m a b s s 系统结构与软件实现 1 5 图2 , 6b s s 软件分层模型 其中b s p 是板支持包( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ) 。 上述模型决定了b s s 系统软件的运行机制分为两级： 第一级是p s o s 操作系统提供的基于任务的运行机制。如下所示： 图2 7 p s o s 操作系统基十任务的廷仃dl 制 任务是p s o s 操作系统中的最小运行单位，任务之间是以基于优先级的可抢 占方式为主，相同优先级下的时间片轮转方式为辅的调度机制。 任务的优先级为0 2 5 5 ，数字越大优先级越高，一部分优先级为p s o s 操作系 统保留，其中，0 优先级分配给了系统空闲任务i d l e ，2 3 0 优先级分配给了系统启 动任务r o o t ，2 4 0 2 5 5 优先级为其它系统任务保留，其余为用户自由分配的优先 级。 允许多个任务处于同一优先级。 任务的特性和优先级的分配直接决定了b s s 系统软件的行为，任务的特性为： 1 ) 任务一般是可抢占的； 2 ) 任务一般不进行时问片轮转，在不被高优先级任务抢占的情况下，允许 任务连续运行。 任务的优先级： 1 ) l o 4 9 ：o s s 低优先级系统支持任务； 2 ) 5 0 9 9 ：应用任务； 3 ) 1 0 0 1 4 9 ：o s s 驱动接口任务； 4 ) 1 5 0 1 9 9 ：o s s 高优先缎系统支持任务。 第二线是o s s 子系统提供的类s d l 的基于进程的运行机制。如图2 8 所示： 1 6 c d m a b s s 系统中c c m 模块设计与新功能实现 图2 8p s o s 操作系统基于进程的运 f 机制 o s s 提供的二级调度机制存在于任务的内部，若干个进程组成的任务作为一 个整体受p s o s 操作系统的调度。在完成了合理的任务划分之后，应用层软件模 块的设计只在进程级进行，而看不到任务的存在，在模块集成时才涉及到任务。 任务的创建和维护统一由o s s 子系统负责。 进程间的调度机制基本基于s d l 语义，具有如下的特点： 1 1 进程间不区分优先级，因而是不可抢占的； 2 ) 进程的运行以跃迁为单位，每次跃迁完毕重新接受调度内核调度调度 策略是先来先服务( f i f s ) 。 对于后台操作维护，其平台是w i n d o w sn t ，直接将应用作为进程处理，需要 建立进程与应用的对应表。 。i 第三章b s s 系统中的s