（通信与信息系统专业论文）通信控制单板设计及其hdlc通信链路实现.pdf

通信拧制单板设计及其h d l c 通信链路实现 摘要 随着第三代移动通信网络的商用，通信基站面临大规模的升级。基于全i p 技术的 移动通信网，由于技术上存在的诸多优点而备受青睐。在世界范围内，采用全i p 技术 设计基站系统的公司不多，国外以摩托罗拉为代表，国内则以中兴、华为公司为代表。 目前，各公司的技术方案迥异，在性能方面各有所长。在c d m a 2 0 0 0 全i p 系统中，通 信控制单板作为其中的重要组成部分，负责整个基站信令的分发。其性能直接关系到通 信业务处理的正确性，所以单板的设计方案显得尤为重要。 本文首先阐述了c d m a 2 0 0 0 全i p 基站的系统组成、整体设计原则和性能特点，包 括基站通信网络的性能优点和信令接口。对于c d m a 2 0 0 0 型基站的设计指标、硬件单 板配置及其功能都进行说明。通过详细分析基站的信令流程，从理论上表述了通信控制 单板作为基站信令处理核心单元的重要意义。在一次移动台呼叫基站的信令流程，可以 直观的验证通信控制单板的实际应用意义。 依托c d m a 2 0 0 0 全坤基站的设计方案，基于以太网层二交换思想，以中兴通讯自 主研发的m p b 0 处理单元为核心，设计了通信基站的通信控制单板。硬件电路主要包括 总线转换、主备倒换、信令链路、时钟、电源和控制电路。总线转换单元主要应用p c i 9 0 5 4 实现p c i 总线到l o c a l 总线的转换，信令线路单元应用b r o a d c o m 公司的b c m 5 3 2 8 进行以太网层二交换设计。p c b 的设计应用c a d e n c e 公司的仿真软件进行信号拓扑 和信号完整性的仿真，能够有效的降低单板硬件故障发生率。 通过f p g a 实现通信控制单板的i - i d l c 发送链路，阐述了h d l c 协议的关键技术 特点、整个发送逻辑的功能框图以及在通信控制单板上发送逻辑代码的实现。对各个功 能模块代码的实现流程进行说明，并且在m o d e l s i ms e6 0 软件上进行关键时序的仿真， 经测试数据发送速率达到了9 8 3 0 4 m s 。 对单板硬件的各个模块进行了功能测试，包括系统电源缓启动的调试、m p b 0 子卡 的电气测试、u a r t 的功能测试、网口的功能测试、c c p 单板主备功能测试以及单板故 障定位分析。经测试p c i 总线的数据传输速率达到7 0 m s 、u a r t 的波特率达到 1 1 5 2 0 0 b p s 、单板+ 5 v 电源满足信号单调性的要求、网1 ：1 发送6 4 字节以太网帧每秒达到 1 3 8 2 0 0 个。在进行整机功能测试时，通过实测的数据和波形分析，c c p 单板能够实现 信令流和媒体流的数据传输的功能，基本达到单板设计要求。 关键词：全i p ；总线转换；以太网层二交换；h d l c 通信 通信控制单板设计及茛h d l c 通信链路实现 a b s t r a c t w i t ht h en e t w o r ko ft h e t h i r dg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o na p p l i e di nb u s i n e s s ， a l l 。i pi sw e l lr e c o g n i z e d a se x i s t i n go fm a n yt e c h n i c a la d v a n t a g e s a l lo v e rt h ew o r l d ， c o m p a n i e sw h i c hd e s i g nc d m a 2 0 0 0s t a t i o ns y s t e mu s i n ga l l - i pt e c h n o l o g ya r er a r e l y , i n w h i c hm o t o r o l aa st h er e p r e s e n t a t i v eo ff o r e i g na n dz t ea n dh u a w e ia st h er e p r e s e n t a t i v eo f t h ed o m e s t i c c o m m u n i c a t i o nc o n t r o lp l a t f o r mi sr e s p o n s i b l ef o rp r o c e s s i n ga n dd i s t r i b u t i n g s i g n a l i n g a so n eo ft h ei m p o r t a n tp a r to ft h eb a s es t a t i o ni nt h ec d m a 2 0 0 0a l l - i ps t a t i o n c o m m u n i c a t i o nc o n t r o lp l a t f o r mp l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h es t a t i o nd e s i g n s ，b e c a u s et h e n o r m a lp e r f o r m a n c ed i r e c t l yr e l a t e dt ot h ec o r r e c t n e s so fc o m m u n i c a t i o np r o c e s s i n g i nt h i sp a p e r , w ed e s c r i b e st h ec o m p o n e n t so fa l l - i pc d m a 2 0 0 0b a s es t a t i o n ，t h e o v e r a l ld e s i g np r i n c i p l e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ep e r f o r m a n c e ，i n c l u d i n gt h eb e n e f i t so ft h e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k sa n ds i g n a l i n gi n t e r f a c e s t h ed e s i g ns p e c i f i c a t i o no fc d m a 2 0 0 0 b a s es t a t i o na n dh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o nw e r ed e s c r i b e d d e t a i l e da n a l y s i st h es i g n a l i n g p r o c e s s o ft h eb a s es t a t i o n ，t h ec o m m u n i c a t i o nc o n t r o lb o a r da st h ec e n t e rs i g n a l i n g p r o c e s s i n gu n i to ft h eb a s es t a t i o ni sw e l le x p r e s s e d d u r i n gt h ep r o c e s s e so fc a l ls i g n a l i n g b e t w e e nam o b i l es t a t i o na n dt h eb a s es t a t i o nc a nv e r i f yt h ep r a c t i c a lp e r f o r m a n c eo f c o m m u n i c a t i o nc o n t r o lb o a r d t h i sa r t i c l er e l i e so nc d m a 2 0 0 0a l l i pc o m m u n i c a t i o n sp l a t f o r m ，w h i c hi sb a s e do n t h ee t h e m e tl a y e r2s w i t c h i n gi d e a ，u s i n gm p b oo fz t ea s t h ec p ut od e s i g nt h e c o m m u n i c a t i o ns t a t i o n sc o m m u n i c a t i o nc o n t r o lv e n e e r h a r d w a r ec i r c u i tm a i n l yi n c l u d e sb u s c o n v e r s i o n ，s i g n a l i n gl i n k sa n dc o n t r o lc i r c u i t c c pu s ep l x a s i cp c i 9 0 5 4t or e a l i z ep c ib u s t ol o c a lb u sc o n v e r s i o ni nt h eb u sc o n v e r s i o nu n i t ，a n da p p l i e sb c m 5 3 2 8w h i c hi s i n v e n t e db yb r o a d c o mo ne t h e r n e tl a y e r2s w i t c h i n g c a d e n c ec o m p a n ys i m u l a t i o n s o f t w a r ei sa p p l i e di ns i g n a lt o p o l o g ya n dt h es i m u l a t i o no fs i g n a li n t e g r i t y , i m p r o v i n gt h e q u a l i t yo ft h es i g n a l s ，r e d u c i n gt h e i n c i d e n c eo fh a r d w a r ep r o b l e m a c h i e v e dh d l cs e n d i n gl i n kt h r o u g hf p g ao ft h i sp l a t f o r m ，e x p l a i n e dt h ek e y t e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fh d l cp r o t o c o l ，f u n c t i o n a lb l o c kd i a g r a mo ft h es e n d i n gu n i ta n d i m p l e m e n t a t i o no fs e n d i n gc o d e d e s c r i b e dt h ec o d i n gp r o c e s so fe a c hf u n c t i o nu n i t ，a n d s i m u l a t e dt h ec r i t i c a lt i m i n go nm o d e l s i ms e 6 0 ，t h ed a t at r a n s m i s s i o nr a t eu pt o9 8 3 0 4 m s f o rt e s t i n ge a c hm o d u l eo ft h eh a r d w a r ep l a t f o r m ，弱s y s t e mp o w e rs l o ws t a r td e b u g , t h e 哈尔滨t 稃火学硕十学位论文 e l e c t r i c a lt e s to fm p b 0 ，t h ee l e c t r i c a lt e s to fu a r ta n d n e t w o r k ，a n a l y z i n gt h ef a u l tl o c a t i o n t e s t e dp c ib u sd a t at r a n s f e rr a t eu pt o7 0 m s ，u a r tb a u dr a t et o 1 1 5 2 0 0 b p s ，+ 5 vp o w e r s u p p l yt om e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h es i g n a l ，s e n d i n g6 4 - b y t ee t h e r n e tf l a m e sm o r et h a n 1 3 8 ，2 0 0 s i nt h es t a t i o nf u n c t i o nt e s t ，b a s e do nt h em e a s u r e dd a t aa n dw a v e f o r m ，t h ec c p r e a l i z e ds i g n a l i n gf l o wa n dm e d i as t r e a m i n gd a t at r a n s m i s s i o nf u n c t i o n ，a n da c h i e v e d r e l e v a n tr e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：a l l i p ；b u sc o n v e r s i o n ；e t h e r n e tl a y e r2s w i t c h i n g ；h d l cc o m m u n i c a t i o n 第1 审绪论 第1 章绪论 现阶段我国c d m a 2 0 0 0 通信网络正处在大规模升级阶段，传统的基于电路交换技 术的c d m a 2 0 0 0 基站，已经不能满足c d m a 2 0 0 0 标准演进需求，需要设计全新系统架 构的基站进行替换。随着互联网及i p 技术的发展，基于全i p 架构的通信系统因其技术 上的显著优势，受到通信设备制造商的青睐。本课题正是基于中兴通讯全i p 基站研制 项目，采用以太网层二交换思想，设计了通信控制单板。包括其硬件电路设计、h d l c 发送链路的f p g a 实现和后续的性能测试。 1 1 研究背景及意义 传统的c d m a 2 0 0 0 型基站的设计大多基于电路交换技术而构建，这种架构存 在的问题较多。主要有系统架构设计不够灵活、数据交换所需带宽不足、单个机 柜的容量小、较低的数据传输速率等问题【1 。3 1 。至于升级和组网方面的问题非常多、 非常普遍，很难满足c d m a 2 0 0 0 制式向更高数据传输速率和更低时延方向演进的 需求。 随着3 g 技术的演进和完善，新一代基于全口技术的基站系统由于在系统架构优化、 基站容量、基站的发生功率、传输技术、频段、功耗上存在巨大优势【3 1 ，受到通信设备 制造商的关注。采用全i p 架构的基站，各个模块之间使用的是高速的点对点通信方式， 抛弃了落后的基于总线的互连方式，在技术上充分保证了独立演进的加快，消除了系统 容量和数据流量在扩张上存在的瓶颈问题。全口网络结构使通讯运营商可以采用口技 术完成相关业务，利用全口技术向用户同时提供实时以及非实时业务。 根据中兴通信提供的技术报告可知，z t e 无线研究院c d m a 事业部目前形成 支持i s 9 5 以及c d m a 2 0 0 01 x 业务的商用系统以及演示系统。当前c d m a 的标 准化组织正在制定和讨论新的全i p 架构，为了更好的支持c d m a1 x 以后的数据 业务，跟踪最新的技术发展以及增强c d m a 领域的竞争力，有必要在原有的技术 基础之上开发新的硬件和软件平台。 统一平台更多地是开发平台的概念，真正作到核心网和无线网络的各个产品的模块 化、统一化装配。将核心网、无线接入网统一考虑，作到技术上的支持，接口上的统一， 避免独立开发各个模块特别是底层开发可能存在的重复劳动。在整个系统设计的过程 中，主要的目标在于软件支撑的统一性，相关的硬件系统也需要考虑成一个硬件平台的 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 i i i i 概念，这样做到的全i p 平台的所具备的功能1 4 l 如下： 1 全i p 平台应用于c d m a 网络能够互通移动交换中心； 2 全邛平台应用于基站控制器接入c d m a 2 0 0 01 x 的基站收发信机以及全口的 基站收发信机，并且能够互通现有移动交换中心以及分组数据服务节点； 3 全i p 平台可以应用于分组数据服务节点； 4 全i p 平台可以应用于集中式实现方式； 5 能够实现与其他厂家已经开发出来的传统的基站收发控制器进行标准接口的对 接； 6 考虑接口可能的标准化对整体架构的影响。 1 2 研究现状 目前c d m a 2 0 0 01 x 已经发展出c d m a 2 0 0 01 xr e l e a s e0 、c d m a 2 0 0 01 xr e l e a s e a 、c d m a 2 0 0 01 xr e l e a s eb 、c d m a 2 0 0 01 xr e l e a s ec 、c d m a 2 0 0 01 xr e l e a s ed 版 本，在中国国内商用较多的是r e l e a s e0 版本【4 1 。1 xe v - d v 对应的是r e l e a s ec 和r e l e a s e d 版本。其中1 xe v - d o 版本专为高速分组数据传送而设计，目前已经发展出r e l e a s e0 版本和r e l e a s ea 版本，其技术演进【2 4 l 如图1 1 所示： c d m a o n e i s 9 5 | n b l x l u t c d m a2 0 0 0 r e l e a s e0 l x l u r c d m a 2 0 0 0 l x e vd 0 l x r t t c d m a 2 0 0 0 r e l e a s e a b l x r 仃 c d m a 2 0 0 0 r e l e a s ec l x e v d v c d m a 2 0 0 0 l x e v d o l x i n l c d m a2 0 0 0 r e l e a s ed i x e v d v 图1 1c d m a 技术演进路线图 1 xe v 的e v 所代表的是“e v o l u t i o n ”，表示1 xe v 比原有的1 x 容量更大，性能更 加优良。数据业务( d a t ao p t i m i z e d ，d o ) 是在和原1 x 业务上不同的独立载波提供分组 业务，而数据和语音业务( d a t aa n dv o i c e ，d v ) 可以和原1 x 业务共享一个载波来提供 分组数据相关业务。 分组数据业务和话音业务对资源的需求具有明显截然不同的特点，分组数据业务有 突发的特征，对差错控制的要求较高，前反向数据传输不对称，追求的目标是系统的数 据吞吐量最大化。话音业务相对较为连续，能够容忍一定的差错，前反向话音数据对称， 追求的目标是系统话务量的最大化。如果将话音业务和数据业务放在同一载波上提供服 2 第1 章绪论 务，为了减少两者之间的相互影响，需要进行复杂的技术处理，因此1 xe v - d v 系统复 杂度要远高于1 xe v - d o 系统。尽管1 xe v - d v 标准比1 xe v - d o 标准更加复杂，但并 不比1 xe v - d o 具有明显的技术上的优势。因此，实际上c d m a 2 0 0 01 xr e l e a s e0 将同 时向c d m a 2 0 0 01 xr e l e a s ea 和1 xe v - d o 进行演进l 引。 现阶段我国的通信网络正处于一个升级换代的开始阶段，c d m a 2 0 0 0 网络基站设 备大多数基于上一代技术体系，基站处理通信业务所需要的硬件单板非常多，基站设备 功耗很大，体积较为庞大，基站本身对地点和环境的要求较高，室内和室外适应能力较 差，基站构成相对复杂【4 】，所以开发新一代通信基站设备就显得特别的重要。 互连网技术和i p 技术的进一步发展对整个电信网的发展产生了深远的影响，坤技 术为我们指引了一条非常具有现实意义的道路，其技术优势已经显露出来。但是电信运 营商耗巨资建立起来的传统的c d m a 2 0 0 0 无线网络将在很长的一段时间内存在并发 展，因此要求我们开发新的平台能够兼容传统的无线网络。 c d m a 2 0 0 0 通信网络方面，国外的同类产品估计将会在未来的一段时间商用，例 如m o r t o r o l a 的c d m a2 0 0 0 基站子系统也是基于全i p 平台进行研发的。中国国内 通信设备制造商正在着手开发同类产品，已有个别厂家开始研发，但没有其产品的设计 性能和指标方面的情况。随着3 g 技术的演进和发展，一些性能指标也逐渐提高，所以 设计新的方案势在必行。特别是今年我国通信设备厂商在市场占有率上有了很大程度的 增长，必须保持自身技术优势不被淘汰。 目前，c c p 单板作为全i p 基站的重要组成部分，是国内外各大通信设备制造商的 主要设计课题。国内，以z t e 公司和华为公司为代表，其余公司的研究成果尚处于实 验阶段。现在c d m a 2 0 0 0 网络已经逐步的由实验平台向应用平台转换。随着3 g 商用 时代的发展，c c p 单板更低的功耗，较低的价格，单板的高度集成化和更快的处理速度 是各个设备商需要面对和解决的问题。特别是对单板处理器性能的要求更高，网络收发 芯片速率的提高，处理业务的复杂程度的提高，单板的可靠性，局外返修率的降低，有 效的降低单板维护成本，都是设计单板时必须考虑的问题。单板硬件在升级方面存在较 大的困难，这就需要我们在硬件设计时，必须考虑以后业务需求，便于增强单板的适应 能力。 在c c p 单板设计之前，由于层二以太网设计的复杂性及其芯片设计公司的设计能 力支持不足，层二以太网设计只能用单独的物理层芯片进行设计。这种方案使得单板所 需元件很多，降低了设计的可靠性，使之前的单板各项指标虽然能够满足通信网的要求， 但是不能满足3 g 网络的业务相关需求。特别是随着3 g 设备厂商竞争的加剧，价格战 3 哈尔滨1 j 样大学硕十学何论文 的展开，价格显得非常重要。所以采用新的设计方案，应用更加集成的芯片进行以太网 层二交换模块的设计就非常有必要。降低设计的复杂程度，提高单板的稳定度和可靠性， 设计出满足3 g 网络技术指标的c c p 单板就显得非常的重要。 1 3 主要内容及目标 通信控制单板位于主基带机框内，是整个基站收发信机系统( b a s et r a n s c e i v e r s y s t e m ，b t s ) 的信令处理和资源管理以及操作维护的核心，并负责b t s 内数据、 信令的处理及转发f 2 。6 l 。c c p 是信令传送证实的集中点，b t s 内各模块之间以及b t s 与基站收发控制器模块之间的信令传送都由c c p 转发。它主要提供两大功能： 构建b t s 通信模块、b t s 集中控制模块。 通信控制单板最为重要的设计是提供两条数据流链路，分别承载基带子系统的媒体 流和信令流数据。根据全口基站设计总体方案，通信控制单板需要通过以太网接口对 外通信。通信控制单板由于要进行数据业务高层处理，资源管理和操作维护等功能。包 括通信控制单板各部分芯片的初始化，工作状态控制和监视，整个通信控制单板的管理 以及对各个通信协议的深层处理【 】。因此对单板性能要求较高，根据中兴通讯3 g 全 i pb t s 研制项目，对其提出具体指标如下： 电源：电压为4 8 v ，可控范围为3 6 v5 5 v ，电流小于5 0 0 m a ，电源具有防反接、 防过流、防过压功能； 温度适应范围：- 4 0 一5 0 ； 系统时钟：采用g p s 时钟参考源p p 2 s 和1 0 c h i p 时钟，晶体老化率为3 - - 5 p p m 年； 以太网通信：1 0 m 1 0 0 m b p s 全双工自适应，端口在8 端口以上，器件数量不多于2 个； 对外接口总线类型及速率：p c i 总线，数据传输速率在6 0 m s 以上； 串行通信：波特率为9 6 0 0 b p s ，至少4 通道； h d l c 通信：数据最高发送速率可达到9 8 3 0 4 m s ； 复位电路：要求软件可控，各个模块之间可独立复位，复位时间持续5 0 m s 以上。 本课题所研究的通信控制单板是基于中兴通讯全i p 基站设计方案进行研制，其对外 的接口主要是以太网1 ：1 、h d l c 通信接口和u 砧盯串口通信用。其功能就是对来自b s c 的数据和射频单元的数据进行转发，相关操作全都是通过网口等通信接口进行。通信控 4 第1 苹绪论 制单板功能测试主要是整机功能测试和通信接1 3 性能测试。只有通过整机功能测试，通 信控制单板的实际功能效果表现的才更加明显。进行单板独立的功能测试包括以太网 口、h d l c 通信接口和u a r t 串口通信的性能则作为单板硬件测试的重点。 主要研究通信控制单板的硬件电路的实现、h d l c 发送链路的逻辑代码实现以及相 关模块性能调试及故障单板分析。基于z t e 公司自主开发的中档处理器子卡，利用以太 网层二交换思想，设计了一个全i p 基站的通信控制单板。需要完成相应的硬件电路包括 单板电源部分、系统时钟电路、系统复位电路、系统的存储器电路、p c i 总线转换电路 的设计、以太网层二交换电路的设计，还有单板p c b 的设计包括单板器件的布局和布线。 对通信控制单板采用的h d l c 链路进行逻辑开发，要进行发送链路的逻辑代码实 现。包括h d l c _ c p u _ i n t e r f a c e 模块、t x _ r e a d 模块、t x _ t r a n s 模块和p a r a l l e ls e r i a l 模块， 并且要对各个模块进行逻辑时序仿真测试。在设计完成之后要对单板进行功能验证，主 要测试包括m p b 0 子卡的性能测试分析、p c i 总线的测试和系统配置信号的测试、u a r t 功能的测试、网口电气性能的测试、c c p 单板主备倒换功能的测试以及故障单板的故障 逢 调试和验证分析。 本论文结构如下： 第一章介绍本课题研究背景以及国内夕f c d m a 2 0 0 0 网络发展现状。分析了现有的 “ c d m a 2 0 0 0 型基站所面临的主要问题，全口通信基站的性能优点和通信控制单板在全i p 基站当中的功能和作用，论证了本课题的实际应用背景以及技术可行性。 第二章说明c d m a 2 0 0 0 型通信基站的系统结构。包括全i p 基站通信系统的组成及 其性能优点。详细分析了全口基站的信令流程及其接口。通信控制单板作为c d m a 2 0 0 0 型基站的信令处理核心，在整个基站系统处理信令的过程当中所扮演着作用。在信令流 程上可以说明其理论意义，通过移动台呼叫基站可以阐述其实际应用意义。 第三章重点进行通信控制单板硬件电路的实现和p c b 的设计。通信控制单板用以 太网层二交换基本原理作为单板设计的理论基础，研究p c i 总线转换单元的设计和口 通信单元的设计。同时运用信号完整性理论分析，在p c b 设计的前期设计当中做了很 多提高信号质量的处理，包括信号拓扑结构的优化和信号端接的处理。在单板调试过程 中对信号的质量通过修改器件参数来达到设计预期的目标。 第四章针对c c p 单板与其它单板进行数据通信时，在数据链路层所采用的h d l c 链路进行逻辑开发。主要工作是发送链路的逻辑代码实现，包括h d l c _ c p u _ i n t e r f a c e 模块、t xr e a d 模块、t xt r a n s 模块和p a r a l l e ls e r i a l 模块。并且对各个模块进行了逻辑 时序仿真测试，保证逻辑代码开发的正确性。 5 哈尔滨j f 稃大学硕十学位论文 第五章重点进行c c p 单板的功能模块测试和整机功能测试。通过测试来验证设计 的正确性，主要进行了m p b 0 子卡的功能测试、p c i 总线和系统配置信号的测试、u a r t 功能的测试、以太网电气性能的测试和c c p 单板主备倒换功能的验证测试。经测试p c i 总线的数据传输速率达到7 0 m s 、u a r t 的波特率达到1 1 5 2 0 0 b p s 、单板+ 5 v 电源满足 信号单调性的要求、网口发送6 4 字节以太网帧每秒达到1 3 8 2 0 0 个。并且对c c p 单板 的典型故障进行了分析和测试，完成了故障定位，积累了解决故障问题的经验。同时通 信控制单板进行了整机测试，单板实现了信令流和媒体流数据的传输功能，基本达到了 预期的设计目标。 6 第2 审c d m a 2 0 0 0 ，弘全i p 犟站系统结构 第2 章c d m a 2 0 0 0 型全i p 基站系统结构 c d m a 2 0 0 0 通信网络正处于大规模升级阶段，其中通信基站的升级是非常重要的 组成部分。基于全i p 架构的基站，由于其性能优良正成为新一代基站的首选。本章将 着重说明c d m a 2 0 0 0 型全i p 基站的组成和性能优点、通信接口组成、基站硬件构成和 信令流程。并且通过在一次移动台呼叫基站的过程，来显示通信控制单板作为信令处理 单元所发挥的作用。 2 1 全i p 基站通信系统性能及其通信接口 2 1 1c d 蚴o o 全i p 通信网组成及性能优点 移动通信系统如图2 1 分为接入网和核心网，接入网为用户提供接入到电信网的接 口，核心网为不同用户之问的通信提供传输、交换和网络管理功能【7 1 。接入网作为用户 和通信网的接入桥梁，既提供用户接口，又提供本身接入到核心网的接口【3 一】。通信系 统的接入网一般由基站收发信机和基站控制器( b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r , b s c ) 两种设备 组成。b t s 和b s c 组成的接入网系统称为基站系统( b a s es t a t i o ns y t e m ，b s s ) 。b s s 采用无线接入的方式来接入移动终端( m o b i l es t a t i o n ，m s ) 。 移动台移动接入嘲 移动核心网 公共网 夸 嚣 图2 1 移动通信系统的组成 c d m a 2 0 0 0 全i p 基站控制器的主要功能是管理无线网络，包括无线信道的控制、 无线设备的维护和操作。提供基站到移动交换中心之间的接1 ：3 ，处理与移动台的连接， 7 哈尔滨下稗大学硕十学仲论文 负责与移动台连接的建立和释放。对移动台m s 的信号强度和话音质量有监控的功能， 并且会实时的调整发射机的发射功率，其主旨是保证良好的通话质量和降低干扰。对于 基站系统的操作和维护，b s c 负责整个基站的系统数据管理，软件远程下载，告警业务 的处理等【7 l 。 c d m a 2 0 0 0 全i p 基站收发信机属于基站子系统的无线部分，它受控于基站控制器。 包括无线发射和接收设备以及无线接口信号的处理，负责移动信号的接收和处理。微蜂 窝网络的组成就可以看成是多个b t s 组成的网络，通过控制b t s 与b t s 之间的信号相 互传送和接收，来达到对来自m s 移动台信号的处理。 中兴通讯的c d m a 系统核心网解决方案包括移动交换中心( m o b i l es w i t c h i n g c e n t e r , m s c ) 、分组数据服务节点( p a c k e td a t as e r v i n gn o d e ，p d s n ) 和一键通话调度 服务器( p 1 陌d i s p a t c h i n gs e r v e r , p d s ) 三种主要的通讯设备。分别完成语音业务、分组 数据业务和一键通话( p u s ht ot a 墩，p t t ) 业务的交换、传输和管理功能。其中p 订业 务遵循中兴通讯自主开发的全球开放式集群结构标准1 7 1 。 在第三代移动通信核心网中，传统的m s c 演化为移动软交换中心演进( m o b i l e s w i t c h i n gc e n t e re m u l a t i o n ，m s c e ) 和媒体网关。m s c e 完成呼叫控制和信令管理，媒体 网关完成媒体业务承载，系统实现了控制和承载的分离。c d m a 2 0 0 0 采用直接序列扩 频或多载波方式，扩频码片速率可以是1 2 2 8 8 m b i t s 的1 倍或3 倍，其分别对应 c d m a 2 0 0 01 x 和c d m a 2 0 0 03 x ，目前商用的c d m a 2 0 0 0 系统都采用1 x 技术。 蜂窝网络的发展趋势是全i p 化，这不仅是为适应可视电话、视频会议等多媒 体业务所需，也是节约网络建设成本，提高系统的可扩展性所需。根据下一代网 络的融合趋势，第三代合作伙伴计划提出了c d m a 2 0 0 0 的全i p 网络参考模型， 并发布了新的a 接口协议。所谓全i p ，是指网络中各个接口使用的传输协议均为 i p 协议集【2 7 1 。对于b s s 系统所包含的地面接口而言，所有接口的底三层所使用 的协议参考模型如图2 2 所示： i p p p p h d l c p h y s i c a ll a y e r 图2 2 接口底三层协议参考模型 目前特别是中国的无线通信网络正处于一个升级换代的阶段，互连网技术和 因特网i p 技术的发展对整个电信网的发展的优势正逐步显示出来，传统的电路交 8 第2 章c d m a 2 0 0 0 犁全l p 基站系统结构 换将逐渐为全i p 技术所取代，但是我们设计的i p 基站必须与之前的基站系统尽量 能做到兼容，这样做主要是避免运营商在投资基站上的损失，因此全i p 平台的无 线网络技术优势【7 】主要表现在： 1 兼容性强、可平滑升级 c d m a 2 0 0 0l xe v d o 系统在实现了完备的跨载频信道共享，并做到了对外 接口与标准无关，使基站系统真正做到能够支持各种标准信道板在同一个基站的 灵活混插。基站可以根据运营商的需要进行灵活的配置，从而实现c d m a 2 0 0 0 1 x 、1 xe v d o 、l xe v d v 的兼容，保证了系统的平滑演进和升级【7 1 。全i p 基站 系统充分利用了现有资源，可以保护运营商以往的投资利益。优越的系统设计可 保证在升级过程中具有逐步回退功能机制，从而保护运营商网络升级的安全性。 2 容量大、集成度高 c d m a 2 0 0 0l xe v d o 全i p 基站子系统最多支持2 0 0 万以上语音用户以及5 g b s 以上带宽的数据业务。由于网络处理器和先进的核心处理器的大量应用，系 统集成度得到大大提高。相对于以前的基站系统，全i p 基站的机柜体积小，配置 也更加的灵活。 基站控制器仅用一层机框即可单独成局，双层机框满配可支持6 万用户，一 个机架最多可支持1 0 余万用户。基站控制的集中，可以有效降低局方运营维护费 用。宏基站单层数字机框可实现多达2 4 载频扇区的业务，实现2 4 载频扇区的调 制解调器的信道共享【5 - 7 1 。 3 基于全i p 架构 下一代通信网络技术是全i p 系统，全i p 是无线通信网络标准演进的必然趋势。 在3 g 通信网络中，中兴通讯是最早采用全i p 技术的设备厂商之一，在c d m a 2 0 0 0 的b s c 和b t s 内部，模块之间的通信都采用了全i p 协议。现阶段c d m a 2 0 0 0 各网元设备之间的互联因全l p 技术传输效率更高而通常作为主要的传输方式。将 全l p 设备平滑地融入未来的通信网络中，逐步显示出全i p 化的各种优势。全i p 解决方案满足将来网络发展最方便、成本最低的需求。 4 覆盖面大 中兴通讯研发的超级基站，由4 个从基带机箱和1 个主基带机箱构成，能在 一个基站站点形成1 2 0 。载频扇区的超强处理能力。超级基站通过使用远端射频， 使其覆盖能力相当于原来几十个基站才能覆盖的区域。由于远端射频子系统可以 9 哈尔滨t 稃大学硕十学何论文 应用于室外，因此在覆盖区域内只需一个机房，能够大大节省运营成本。超强基 站的基带部分可以与b s c 同址安装，维护起来十分方便。 5 网络可靠 在c d m a 2 0 0 0l xe v d o 系统中，宏基站以及微基站都可以带动多个远端射 频子系统。基带与射频之间不但支持传统的星形或链形连接，也同样可以支持可 靠性更高的环形组网方式1 7 1 。单个环路所支持的最大射频远端模块数量可达2 0 个 以上。由于b s c 和b t s 之间的a b i s 接口支持星形、树形和环形连接，使得接口、 基带射频连接都支持环形组网，保证了网络的可靠性。 6 组网灵活 c d m a 2 0 0 0l xe v d o 系统提供系列化基站，包括宏基站、微基站、紧凑型 基站、超远覆盖基站、远端射频拉远型基站等。同时可以支持多种频段，并实现 了各种类型基站在设计架构上的统一。由于可提供系列化基站，中兴通讯提供的 整体解决方案组网显得非常灵活。 2 1 2c d m a 2 0 0 0 基站网络的通信接口 空中接口 基带一射频接口 a b i s 接口 图2 3 全l p 基站信令接口 基站信令接口如图2 3 所示，基站控制器作为基站子系统的主要控制部分，其 主要功能是完成呼叫处理业务、业务类型选择、系统资源分配等功能。 基站收发信机作为基站子系统的无线射频部分，它完成与码分多址专利技术 相关功能，b t s 能够完成与其所覆盖区域的移动设备之间通过空中接口的无线通 信传输以及对无线信道的相关控制，并完成与b s c 之间通过以太网通信。基站收 1 0 第2 章c d m a 2 0 0 0 型拿l p 荩站系统结构 发信机的主要功能包括基带的调制处理与解调处理、射频信号的发射和解调、无 线资源的分配、通信通道的选择、功率控制等。一般认为，基站收发信机是在基 站控制器控制下的专门服务于某一无线覆盖小区的无线通信设备，同样可看成作 结构功能和实现方法相对复杂的调制解调设备。 b s c 之间通过接口进行b s c 之间的互通，以支持b s c 之间软切换，其接e l 为标准开放接口，因此必须支持这一开放接口从而通过该接口完成我们b s c 之间 及与其它厂商的b s c 之间的互通。b s c 通过特殊接口与内置或独立的分组控制单 元进行相连，用于支持数据业务。 2 2c d m a 2 0 0 0 基站硬件架构及信令流程 2 2 1c d m a 2 0 0 0 基站的硬件单板构成 基于3 g 全璎网络架构的基站，在设计时就要满足如下要求：移动基站的可持续发 展、生命周期长。即在同一种硬件平台上能够支持c d m a 2 0 0 01 x 、1 xe v - d o 、1 xe v - d v 等多种通信业务方式，并且要考虑到通信技术的快速发展，对于4 g 制式的网络要有一 定的扩展性。尽量减少系统单板数量和机框个数，使得结构紧凑，单机架实现多载频扇 区的配置，并可单机架实现6 扇区的配置【3 i 。 rrrbdddb fffip ppi e eemaam f a nf a n l gstrrccd ca rmi hcs pmxmmmpm f nf a n 图2 4c d m a 2 0 0 0 基站系统硬件单板架构图 如图2 4 中所示，信道处理模块( c h a n n e lh a n d i n gm o d u l e ，c h m ) 是3 g 全i p 基站 的信道板，可以在不同制式下采用不同的信道单板。射频接口模块( r fi n t e r f a c em o d u l e ， r i m ) 实现基带与射频单元的连接。c c p 是3 g 全i p 基站的通信控制单板，负责基站内 部信令的转发和处理。数据服务模块( d a t as e r v i c em o d u l e ，d s m ) 完成与b s c 的b t s 哈尔滨t 烈人学硕十号：何论文 接口功能。现场告警模块( s i t ea l a r mm o d u l e ，s a m ) 完成所属机柜内温度监控，包括 温度、干接点、防雷等监控。g p s 控制模块( g p sc o n t r o lm o d u l e ，g c m ) 是基站系统 的时钟分发单板。基带接口单元( b d si n f e f f a c em o d u l e ，b i m ) 提供基带的对外接口保护 功能。收发信机模块( t r a n s c e i v e rm o d u l e ，t r x ) 单板和射频前端模块( r ff r o n te n d ， r f e ) 单板构成了基站的射频部分，其中r f e 单板是射频前端部分。 这种新型的基站结构不仅便于基站开局时安装，系统调试方便，后期的维护成本也 降低，并且易于灵活配置成不同形式的基站组合以适应多种应用，如室内型、室外型、 微蜂窝、宏蜂窝、基带射频拉远、直接射频拉远、光纤直放站、超远覆盖。单机架实现 多载频和多扇区的任意组合、或多载频和多扇区的任意组合。且总配置高达1 0 0 多载频 扇区的超级b t s 区域覆盖方案等，可有效满足大容量小覆盖，小容量大覆盖等特殊需 求。 2 2 2c d m a