（计算机软件与理论专业论文）cdma移动通信系统hlr的设计研究.pdf

硕士学位论文摘要 摘要 归属位置寄存器( m r ) 是码分多址、时分多址、g s m 移动通 信网络的组成部分之一。h l r 是移动通信网的核心数据库，其中存 储着移动用户的重要信息。这些用户信息主要包括：用户的基本信息、 签约业务信息和用户的当前位置信息、用户状态等。h l r 是移动通 信网中非常重要的一个功能实体，它与网络中其它功能实体一起完成 移动信令的交换。 本文首先系统的介绍了c d m a 移动通信网概况、核心技术和 n o 7 信令系统，分析了h l r 在移动通信网中的角色和它与a n s i - 4 1 系列标准的关系。 然后重点研究了一种c d m a 移动通信系统h l r 的设计方案。该 方案按照模块化的设计思路，将h l r 划分为三大模块，即信令处理 单元( s i g n a lp r o c e s s i n gu n i t ) 、h l r 数据库单元( h l rd a t a b a s e ) 和 业务管理单元( s e r v i c em a n a g e m e n tu n i t ) 。分别剖析了s p u 的模块 化的硬件层次结构和主要的软件模块，h d b 的双机备份硬件结构设 计和软件模块设计，s m u 的软件模块设计及基于w e b 的扩展。并且 指出了传统单进程多线程h d b 模块设计的性能瓶颈和稳定性差等缺 点，运用功能分解、冗余备份的方法，对传统的h d b 模块的设计进 行了改进，提出了一种多进程多线程的h d b 设计方法：通过在原 h d b 子模块中增加一个控制模块，并且修改原来的消息处理模块， 形成在一个h d b 中有多个处理模块并行运行的处理模式，大大提高 了h l r 系统的可靠性和处理性能。甩r 三个子模块的功能比较集中， 彼此相对独立，模块的可扩充性比较好。 本文最后分析和讨论了合作开发s m u 和h d b 子模块时遇到的 参数检查重复的问题，并提出了一种基于“接口定义”的解决方案。 关键词归属位置寄存器，c d m a 移动信系统，模块化，稳定性， 信令系统 硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eh o m el o c a t i o na e g i s t e r ( h l r li sa ni n t e g r a lc o m p o n e n to f c d m a , t d m a a n dg s mn e t w o r k s 1 h eh l ri st h em a i nd a t a b a s eo f p e r m a n e n ts u b s c r i b e ri n f o r m a t i o nf o ram o b i l en e t w o r k i tc o n t a i n s p e r t i n e n t u s e r i n f o r m a t i o n , i n c l u d i n g b a s i c i n f o r m a t i o n , p r o f i l e i n f o r m a t i o n , c u r r e n tl o c a t i o na n da c c o u n ts t a m se t c h l ri s av e r y i m p o r t a n tf u n c t i o n a le n t i t yo ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k , e x c h a n g i n gd i v e r s i f i e ds i g n a l w i t ho t h e rf u n c t i o n a le n t i t i e si nt h e n e t w o r k f i r s t l y , t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l y i n t r o d u c e st h ef r a m e w o r ko f c d m am o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k , r e l a t e dg o r et e c h n o l o g i e sa n d s i g n a l i n gs y s t e m 群7 a n da n a l y s e st h e r o l eh l ra c t si nm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nh l ra n da n s l 4 l s e r i e ss t a n d a r d s s e c o n d l y , a k i n do f d e s i g n m e t h o do fh l ri nc d m a c o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sd i s c u s s e de m p h a t i c a l l y i nt h i sm e t h o d , u s i n g t h ew a yo fm o d u l a r i z i n g 。i l l ri sd i v i d e di n t o3s u b m o d u l e s ：s i g n a l p r o c e s s i n gu m t ( s p u ) ，h l rd a t a b a s e ( h d b ) a n ds e r v i c em a n a g e m e n t u n i t ( s m u ) t h e nf o l l o w i n ga r ea n a l y i z e da n dd e s c r i b e d ：t h eh i b e r a r c h y o fh a r d w a r ea n dm a j o rs o f t w a r em o d u l eo fs p ut h ed e s i g no ft w o - u n i t s t a n d b ys y s t e mf o rh a r d w a r eo fh d b t h ed e s i g no fs o f t w a r em o d u l eo f h d b t h ed e s i g no f s o f t w a r eo f s m ua n dt h ei t se x t e n s i o nb a s e do nw e b a n dt h e ni ti sp o i n t e do u tt h a tt h e 仃a d i t i o n a ls o f t w a r ed e s i g no fh d b s s i n g l ep r o c e s sa n dm u l t i t h r e a dh a ss o m ed i s a d v a n t a g e sl i k eb o t t l e - n e c k o fe f f i c i e n c ya n dw e a k n e s so fs t a b i l i t y a p p l y i n gt h ew a yo ff u n c t i o n a l d i v i s i o na n dr e d u n d a n tb a c k u p t h e 仃a d i t i o n a ld e s i g no f h d bs o f t w a r ei s i m p r o v e d , a n dad e s i g no fm u l t i p r o c e s sa n dm u l t i t h r e a dh d bi s p r o p o s e d n en e wm e a n sa d d sac o n t r o lm o d u l ei n t oh d b a n da d a p t s t h eo l dm e s s a g e - p r o c e s s i n gm o d u l e t o t h en e wf o r mo f m u l t i p r o c e s s i n g - m o d u l ei nh d b b yu s i n gi t ，t h ee f f i c i e n c ya n ds t a b i l i t y o fh l rp r o v e d g r e a t l y e a c hs u b m o d u l e o fh l ri s f u n c t i o n i n g 硕士学位论文 a b s t r a c t c e n t r a l i z e d ，i n d e p e n d e n ta n d s c a l a b l e a tl a s t , t h i sp a p e rd i s c u s s e sap r o b l e mo fr e p e a t e dp a r a m e t e r s c h e c k i n gi nt h ep r o c e s so fs m u a n dh d bd e v e l o p i n g ，a n dp r e s e n t sa s o l u t i o nb a s e do i li n t e r f a c ed e f r u i t i o n k e yw o r d sh o m el o c a t i o nr e g i s t e r , c d m am o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，m o d u l a f i z i n g ，s t a b i l i t y , s i g n a l i n gs y s t e m i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位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，除了论文中特别加以标注 和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用 过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在在论 文中作了明确的说明。 作者签名： 烨 日期：止堕年竺月堕日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文，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，可以采用复印、缩印或其它手段 保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位 论文。 ， 作者繇蝉翩签名燃嗍进程月翌日 硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 随着移动通信的快速普及，移动用户数量的急剧增加，移动通信的发展也越 来越迅速。移动通信已经深入到人们的日常生活当中。例如g s m 、窄带c d m a 系统已经成为第二代移动通信系统的主流，并且基于c d m a 技术的第三代移动 通信系统也在紧锣密鼓的建设中。作为移动通信网最为核心的数据库归属位置寄 存器，存储着移动用户的基本信息和位置信息，一直以来是移动通信网建设研究 的重点。本章首先简述了移动通信的发展概况和未来趋势，接着介绍了移动通信 系统中的基本概念和网络参考模型，然后分析了归属位置寄存器的国内外研究现 状，并且说明了本文的工作及其实际意义，最后介绍了本文各章节的安排。 1 1 研究及应用背景 1 1 1 移动通信的发展概况 移动通信是指通信双方或至少有一方是处在移动中进行信息交流的通信【l 】。 陆地移动通信所涉及的系统主要有蜂窝移动通信、无线寻呼、无绳电话、集群移 动通信、无中心选址通信等，并向个人通信和未来全球移动通信方向发展【2 】。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，也是二十一世纪 对人类的生活和社会发展将有重大影响的科学技术领域之一。 移动通信在最近二十多年得到了蓬勃发展。1 9 4 6 年a t & t 推出了第一个移 动电话系统，采用的是f m 调制方式，1 2 0 k h z 带宽传输一路话音信号。六十年 代末，美国贝尔实验室等单位提出了蜂窝系统的概念和理论，蜂窝结构是移动通 信发展中革命性的标志，蜂窝结构的特征是同频复用和小区分裂。七十年代，大 规模集成电路和微处理机技术的广泛应用为蜂窝移动通信的实现提供了技术基 础，表面组装工艺( s m t ) 的出现又加速了它的发展。到了七十年代末和八十年 代初，出现了美国、日本和斯塔的纳维亚地区的三个蜂窝移动通信系统。随后几 年，国际上又出现了多种不同的系统，它们在八十年代都取得了飞快的发展，其 中以美国的a m p s ( a d v a n c e dm o b i l ep h o n es y s t e m ) 、北欧的n m t 、英国的t a c s 、 日本的h c m t s 等系统为主要代表，它们属于第一代的模拟式蜂窝移动通信系 统。模拟制式的弱点是：制式太多，互不兼容，妨碍漫游；无法与固定网迅速向 数字化推迸相适应，数据承载业务很难开展，业务种类受到限制；频谱利用率低， 硕士学位论文 第一章绪论 无法适应大容量需求；安全保密性差，易被窃听。因此，八十年代初，正当它们 刚投入运行不久，世界发达国家便开始从事下一代数字移动通信系统的研究和开 发工作。 八十年代是各类通信网络竟相从模拟向数字过渡的年代，移动通信也不例 外，先后有g s m 、d - a m p s 、p d c 、e t d m a 、n c d m a 等局部性规范在八十 年代末和九十年代初陆续颁布。在这些第二代数字移动通信系统中，最有代表性 的制式有泛欧的g s m ，美国的a d c ( 也常称d - a m p s ) 和日本j d c ( 现改称为 p d c ) 等，其中以g s m 的发展最引人注目。g s m 系统是第二代系统中应用最广 泛，也是最完善的系统，其网络己分布1 0 0 多个国家。1 9 8 9 年，g s m 标准生效； 1 9 9 1 年，g s m 系统正式在欧洲问世，网络开始运行，从此移动通信跨入第二代。 数字系统与模拟系统相比，具有以下优点：容量大，频谱利用率高；通信质量好； 业务种类多；易于保密；用户设备小巧轻便，成本低；便于与i s d n 、p s t n 、p d n 等网络互联。数字系统中主要采用两种多址方式：t d m a 技术和c d m a 技术。 g s m 9 0 0 d c s l 8 0 0 ，北美的d - a m p s 、日本的p d c 都采用t d m a ，而北美c d m a 扩频蜂窝系统则采用c d m a 技术。c d m a 比t d m a 突出的优点是具有更大的 系统容量，有极强的抗干扰性能，无需频率动态分配，无需小区频率规划，组网 灵活方便，无间断越区切换b 4 1 。 我国于1 9 8 7 年1 1 月在广州开通了第一个模拟蜂窝移动通信系统，1 9 8 9 年 邮电系统从美国m o t o r a l a 、瑞典e r i c c s s o n 引进9 0 0 m h z t a c s 体制，自北京、上 海、广州等相继组建模拟移动电话系统以来，年增长率一直超过1 0 0 ，其发展 速度不仅在中国通信史上绝无仅有，在世界通信史上也极为罕见1 9 9 5 年1 月1 日我国公用9 0 0 m h z 模拟蜂窝移动电话全国联网投入试运行。1 9 9 2 年，我国上 海贝尔电话设备制造公司与比利时贝尔公司签约，在浙江省嘉兴市建立和开通了 我国第一个g s m 试验系统，并于1 9 9 3 年9 月正式开放业务。广东省于1 9 9 4 年 9 月在全国率先建成特区及珠江三角洲数字移动电话网，初期容量5 万用户，于 当年1 0 月试运营。1 9 9 7 年1 1 月起，c d m a 数字移动电话网也在北京开始投入 运营。近几年来，移动通信的发展突飞猛进，手机已成为普通人的通讯工具。有 关部门预测，到2 0 1 0 年，中国移动电话用户总数将达到2 亿户。 1 1 2 课题来源及背景 从历史的角度来看，第一、第二代蜂窝移动通信系统是针对传统的话音和低 速率数据业务的系统。而未来的“信息社会”，图像、话音、数据相结合的多媒 体业务和高速率数据业务将成为必不可少的服务内容，它的业务量将有可能超过 传统的话音业务的业务量。所以，目前的第一、第二代蜂窝移动通信系统远远不 2 硕士学位论文 第一章绪论 能够满足未来用户对数据业务的需求，而且随着用户数量的激增，现有的系统也 远远不能满足用户容量的发展的需要。所以新一代的移动和个人通信系统的研究 和发展已经成为电信领域的一个新的热点。 我国的移动通信业的发展曾一度落后，从系统到终端的市场都被西方公司所 垄断。这种局面从1 9 9 7 年发生了重大转变，一批国内企业、研究机构依靠自主 能力开发研制成功一系列6 s m 系统，1 9 9 8 年以来国产g s m 设备迈出了实用化的 步伐，完成了大量商用实验网测试、认证工作【5 1 。目前，我国的移动通信业已能 自主生产从手机、基站到移动交换机的全系列产品，华为技术有限责任公司就是 其中之一。作者有幸能够参与一个与华为公司的科研合作项目，其主要内容是 c d m a 移动通信系统归属位置寄存器的新版本开发。在这段时自j 里，作者对国内 的移动通信的发展有了一定的认识，切身感受了第一线的移动通信设备研发过 程，并且深深体会到，在国际移动通信业的蓬勃发展的同时，国内的通信设备制 造商也紧随其后，为中国的通信技术发展贡献着自己的力量。 1 2移动通信网的基本概念及参考模型 1 2 1 移动通信在整个通信网中的位置 一个完整的电信网可以分为核心网部分和接入网部分。电信网的用户是通过 接入网部分进入电信网接受服务的，两者的关系如图l - 1 所示。 图i - i 通信网中接入网和核心网的关系 电信业务的用户接入电信网接受服务的方式基本有三种：光纤接入、电缆接 入和无线接入。其中，无线接入所包含的最主要的就是以移动通信方式接入。移 动通信的接入网向用户提供服务的重要特征是通信方式的可移动性。提供这种可 移动性的基本方法是利用一切可以实现的技术手段克服无线传播带来的干扰和 衰减，在保证通信的可靠性和有效性的同时，向用户提供固定网无法提供的便利 性。一般而言，移动通信网的接入网部分不仅包括无线空中接口，还包括相当多 3 硕士学位论文 第一章绪论 的地面有线电路。 核心网部分由交换、传输和网络管理构成。移动通信网的核心网有别于固定 网的核心网，主要区别是它能向移动用户提供位置管理。随着移动通信技术的不 断发展，移动通信网的核心网和接入网已经成为可以独立发展的部分。移动通信 网的发展不仅要向广大用户提供更加可靠和有效的移动通信服务，还必须满足不 断增长的便利性要求。对于话音业务，移动通信网除了保证良好的移动性能外， 还必须保证良好的普遍连续覆盖；对于未来的数据业务，在保证基本的移动性能 外，还必须保证良好的热点覆盖i 、 1 2 2 移动通信网网络参考模型 a c 鉴权中心 e i r 设备标识寄存器 i s d n 综合业务数字网 m s 移动台 p s t n 公用交换电话网 v l r 拜访位置寄存器 b s基站 h l r归属位置寄存器 m c 短消息中心 m s c移动交换中心 $ m e 短消息实体 图l - 2 移动通信网的网络参考模型 移动通信系统是有线与无线的综合体，它是移动网络在其覆盖范围内，通过 空中接1 3 ( 无线) 将移动台与基站联系起来，并进而与移动交换机相联系( 有线) 的复合体。移动通信网一般可以分为基站子系统和网络子系统( 或者划分为接入 网和核心网) 。基站子系统包括基站收发台( b t s ) 、基站控制中心( b s c ) ，完 成与移动台( m s ) 的无线接入以及与网络子系统移动交换中心的通信【酣。从上 面的网络参考模型可以看到，移动台与基站之间的接口为u m 接1 3 ，该接口是完 4 硕七学位论文 第一章绪论 全开放的接口，所以消费者无需为所购买的手机型号担心。接口都尽量开放，如 果基站与移动交换中心之间的a 接口不是完全开放的，那么通信运营商在组网 时必须使用同一厂家提供的基站和移动交换中心，不利于公平竞争。移动通信网 的网络参考模型如图1 2 所示，其中方形代表移动通信网中的各种实体，相邻方 形之间的字母代表接口。 1 3归属位置寄存器的研究现状 我国目前采用的c d m a 标准主要是向美国标准靠拢，同时结合我国的实际 情况。如空中接口在美国的标准中注重c d m a 与a m p s 双模兼容，而在我国则 没有这种需求，因此其频率、基本频道的设置及i m s i 等方面都需要进行修改； 在a 接口上，美国的标准兼容了多种制式，而在我国只需要其中的c d m a 一种； 同样网络接口i s - 4 1 系列标准也需要进行必要的修改。我国在1 9 9 9 年4 月成立 了中国无线通信标准研究组c w t s ，其主要目的是加强我国的标准制订工作。 c w t s 下面分了五个工作组w g ，其中w g l 为m t - 2 0 0 0 工作组，w g 2 为g s m 工作组，w g 3 为寻呼工作组，w g 4 为c d m a 工作组，此外还有一个知识产权 组。c d m a 工作组的主要任务就是制订适合我国具体情况的c d m a 标准、反映 网络运营者的要求、鼓励生产厂商参与标准化工作，加强中国对国际标准制订的 影响力。到目前为止，w g 4 己拥有2 6 个成员单位，成功地组织了多次标准化会 议。按照w g 4 的工作计划，我国c d m a 标准的制订主要分为三个阶段。第一 阶段主要是建立起我国标准体系的基本框架。这一阶段主要以引进国际标准为 主，如i s 9 5 、i s 6 3 4 、i o s 2 x 、i s 4 1 等系列标准，并根据我国网络的具体情况进 行相应的修改。主要包括：接口标准，空中接口、a 接口、移动应用部分即网络 接口；设备标准，基站、移动台和交换机；其他，i s u p 等。 目i ；i 第一阶段的工作已基本完成。第二阶段的主要任务是在第一阶段工作成 果的基础上，充分发挥已建立的基本框架功能，提供更多的功能和业务，可能包 含的内容有：u i m 、无线智能网、低速数据( 1 4 4 k b s ) 、短消息及其他一些必要 的业务。 第三阶段是从2 0 0 0 年年底到2 0 0 1 年，面向第三代移动通信，积极开展预研， 参考国际上已有的标准，如i s 9 5 b 、i s - 2 0 0 0 ，i s - 2 0 0 0 a 等，加强对分组数据网、 无线智能网标准的研究，并积极介入国际标准的制订工作。在吸收和引进国外各 项标准的同时，我国也正在积极开发满足我国电信网络的c d m a 标准，并且已 经向国际电信联盟递交了第三代移动通信技术规范t d s c d m a 标准，该标准在 1 9 9 9 年1 1 月结束的有关世界第三代移动通信标准制订会上被最终确定为第三代 移动通信技术规范的系列标准之一。这是中国提出的电信技术标准第一次被国际 硕士学位论文 第一章绪论 电信联盟所采用，同时也证明了我国的通信技术水平已逐渐与世界同步，我们的 民族产业也日益引起世界的瞩目 7 1 。 归属位置寄存器( h l r ) 是c d m a 移动通信网的数据中心。它主要管理移 动通信用户的两类数据：用户的基本信息( 包括用户标识、签约信息等) 和用户 位置信息。在实际应用中，h l r 通常与鉴权中心( a u c ) 结合在一起，因此它 还包含有与鉴权相关的数据哺】。一个h l r 管辖的范围比较大，一般根据移动用 户的数量和h l r 的用户容量来确定。目前，移动通信市场发展异常迅速，第二 代数字通信系统基本代替了第一代模拟通信系统，并且正在步入第三代宽带数字 通信系统，移动用户数增长速度也非常迅猛，移动通信市场的竞争也日趋白热化。 在这种情况下，电信运营商迫切需要提高自己的服务质量来吸引更多的用户。 h l r 在移动通信网中处于核心地位。一个基站、或者是一个移动交换机发生故 障，受影响的用户数可能是成百上千；但是如果一个h l r 发生故障，那么将会 有几万甚至上百万的用户不能正常使用。所以，移动通信系统提供商都非常重视 h l r 的开发，从各个方面提高h l r 的用户容量、稳定性、处理性能等。如使用 模块化的设计方法来灵活配置h l r 的容量 9 1 ，使用动态位置管理1 1 0 ，】，使用双 机软件来防止异常情况的发生，有效的h l r v l r 错误恢复方案【协1 4 1 等等。本文 针对h l r 数据库单元的设计，介绍了一种能提高h l r 稳定性和处理性能的设计 方案。 1 4 本文的工作及其意义 全球主要的电信制造商e r i c s s o n 、n o k i a 、l u c e n t 、m o t o r o l a 、n o r t e l 、a l c a t e l 、 s i e m e n s 、n e c 、f u j i s u 和国内通信设备制造商华为、中兴等都将c d m a 系统 作为最重要的3 ( 3 系统来开发，并积极参与相关标准和规范的制定。华为技术有 限公司是国内领先的电信设备制造商，其产品不仅在国内占有很大的市场，国际 上也以其高性价比的产品与其它制造商展开了激烈的竞争，取得了很好的成绩。 在硕士学习阶段，我非常幸运的参加了我校与华为公司的一个科研合作项目。 在华为公司进行科研合作的时间为2 0 0 3 年l o 月2 0 0 4 年5 月。共7 个多月 时间。在这段紧张而宝贵的时间里，我与其他无线产品线核心网开发管理部h l r 开发部的老员工一起，共参与开发了8 0 0 m h zc d m a 数字蜂窝移动通信网 m 8 0 0 c d m a h l r 的3 个版本：b 0 3 ，b 0 4 和b 0 5 ，分别是o t a s p ( 空中业务提供 功能) 、h l r 支持a n s i 标准和o t a p a 及巴基斯坦小区漫游限制。通过这段时 间的学习和实践，基本熟悉了移动通信系统网络的结构，深入学习了c d m a 移 动通信协议标准a n s i 4 1 以及业务标准a n s i - 6 6 4 和n o 7 信令系统，深入研究 了无线核心网归属位置寄存器( h l r ) 的设计与实现，基本掌握了华为公司的软 6 硕士学位论文 第一章绪论 件开发流程，并且掌握了更多的u n i x 系统和o r a c l e 相关知识。 本文将以在华为公司参加过的项目开发为基础，重点研究c d m a 移动通信 系统中归属位置寄存器的设计与实现。通过对移动通信核心网的核心部件归属位 置寄存器的总体架构分析，内部功能模块的划分，以及对它与周边通信功能实体 的交互联系，可以更深入的了解移动通信网核心网部分，对移动通信网的建设具 有一定的参考价值。 1 5 论文结构 本文系统的介绍了c d m a 移动通信网整体架构和归属位置寄存器的设计， 全文共分6 章，论文的内容组织如下： 第一章绪论，介绍了移动通信的发展概况、移动通信网的基本概念及参考模 型、归属位置寄存器的研究现状和本文所做的工作及其现实意义，并且说明了本 文的研究背景和主要内容。 第二章c d m a 移动通信系统，主要介绍了c d m a 移动通信系统的整体结构、 主要接口标准及其作为底层数据传输的n o 7 信令系统。 第三章归属位置寄存器简介，重点介绍了h l r 的系统结构、主要功能、移 动性管理，分析了c d m a 核心网络中h l r 实现移动应用部分协议a n s i _ 4 l 标 准的相关问题。 第四章归属位置寄存器设计，分别阐述了h l r 的三大模块的系统设计，包 括信令处理单元( s p u ) 、h l r 数据库单元( h d b ) 和业务管理单元( s m u ) 。 重点分析了h l r 数据库单元( h d b ) 的设计，并且从提高系统稳定性的角度提 出了一种多进程多线程的h d b 设计方法。 第五章h d b 与s m u 参数检查重复问题研究，提出了一个在进行h l r 协作 开发时遇到的参数检查重复的问题，并且给出了一种“接口定义”的方法解决该 问题。 最后是结束语，对全文进行了总结。 7 硕士学位论文第二章c d m a 移动通信系统 第二章c d m a 移动通信系统 移动通信是现代通信领域发展最快，前景最好的部分之一。移动通信以其特 有的灵活、方便等优点，满足了现代社会人们对通信服务的要求，成为2 0 世纪 8 0 年代以来发展最为迅速的通信方式。中国的移动通信自从1 9 8 7 年投入运营以 来，经过十余年的快速发展，现已形成数网并存的局面。从第一代的模拟蜂窝系 统，到第二代数字网络g s m 和c d m a 两种，我国现已形成世界上最大的g s m 网络，移动用户占世界第二位，而c d m a 技术作为第三代无线接入技术，第三 代移动通信系统也在紧锣密鼓的建设当中。c d m a 技术将在未来的通信中起越 来越重要的作用，这种高效的新型通信模式将随同其宽带衍生技术的快速发展， 满足用户对个人通信系统的要求，并成为全球第三代无线通信系统的必然选择 2 1c d m a 移动通信系统 c d m a 移动通信系统由三大子系统组成：b s s 基站子系统，n s s 网络子系 统和o s s 操作维护予系统三部分组成。其系统结构如图2 1 所示。 b s s 基站子系统：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，负责发送接收和无线资源管理的同时， 它与n s s 相连，实现移动用户问或移动用户与固定网络用户之间的通信连接， 传送系统信息和用户信息等；当然也与操作维护子系统o s s 之间实现互通。一 般将移动台部分归于基站子系统。 n s s 网络予系统是整个c d m a 移动通信系统的核心，又称为核心网，它对 c d m a 移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换、连接与 管理的功能。主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、 安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地 运行维护等。 o s s 操作维护子系统即无线业务提供商监视与控制通信网络的系列功能，包 括网络管理与控制的各种活动。包括获得无线网络运行信息的主动提供和询问， 应答两种方法，最重要的信息包括网络和业务的性能、网络和业务的可用性和网 络和业务的使用等。例如结构管理、网络工程、网络改变控制、电路管理、故障 管理、性能管理和超载管理等。 8 硕士学位论文 第二章c d m a 移动通信系统 蜂 u m 接口 h i s 接口 接口 一蟹 剧bl 匝一| b s s | o s s 操作维护子系统 b s s基站子系统n s s网络子系统 o m c 操作维护中心 m s c移动交换中心m s移动台 v l r拜访位置寄存器h l r归属位置寄存器a u c鉴权中心 e i r 设备识别寄存器 b s c 基站控制器 b t s 基站收发信台 p d n公用数据网p s t n 公用交换电话网i s d n 综合业务数字网 图2 - 1c d m a 移动通信网系统结构 在实际应用中，m s c 和v l r 在物理上结合在一起，h l r 和a u c 在物理上 结合在一起。一个b s c 管理一个或多个b t s ，一个m s c 连接一个或多个b s c ， m s c 和h l r 的对应关系是多对多的关系。下面以c d m a 数字蜂窝移动通信系 统为例，给出了移动通信系统的物理结构如图2 - 2 所示 图2 - 2c d m a 移动通信系统的组成 9 硕士学位论文 第二章c d m a 移动通信系统 2 2c d m a 移动通信系统内部接口 由于通信市场的竞争，移动通信市场中各个厂家可以生产自己的产品，为了 保证电信运营商能够选择使用不同厂家的各部分设备组网，因此需要制定技术规 范以保证不同设备间接口的标准性。目前，国际通用的c d m a 标准主要是由美 国国家标准委员会a n s 价i a 开发颁布的。a n s i ( a m e r i c a nn a t i o n a l s t a n d a r d i n s t i t u t e ) 作为美国国家标准制订单位，负责授权其它美国标准制订实体，其中 包括电信工业解决方案联盟a t i s 、电子工业委员会e i a 以及电信工业委员会 t i a 。t i a 主要开发i s ( i n t e r i ms t a n d a r d s ，暂定标准) 系列标准，如c d m a 系列 标准i s 9 5 、i s 6 3 4 、i s 4 1 等。 2 2 1c d m a 系统主要接口 c d m a 系统的主要接口包括u m 接口、a 接口、a b i s 接口和网络子系统网 络接口( 参见图2 1 ) 。 ， 夺u m 接口 u m 接口( 空中接口) 定义为移动台( m s ) 与基站收发信台( b t s ) 之间的通信 接口，用于移动台与c d m a 系统的固定部分之间的互通，物理链路是无线链路。 此接口传递的信息主要包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。c d m a 在蜂窝系统中的应用几乎是和g s m 同时被提出来的，但一直没有得到重视，其 中的主要原因在于c d m a 的蜂窝系统必须具有高速、精确的功率控制要求，否 则整个系统难以理想地工作甚至出现系统崩溃。直到q o a l c o m m 公司解决了 功率控制这一难题后，c d m a 数字蜂窝移动通信系统才拉开了蓬勃发展的序幕 1 5 l 。该接口的标准有i s 9 5 、i s 2 0 0 0 等。 夺a 接口 a 接口定义为网络子系统( n s s ) 与基站子系统( b s s ) 间的通信接口。作为基站 子系统和网络子系统之间的接口，a 接口标准的规范性和透明度至关重要。对于 c d m a 系统来说，它决定着c d m a 设备制造厂家能否独立地开发基站设备或网 络设备。对于c d m a 系统的运营商来说，他们同样要求开放的系统结构，开放 的a 接口为c d m a 系统提供了竞争环境。c d m aa 接口标准的形成过程与其 它标准最大的不同点在于，它是在各厂家已经歼发出商用产品之后，通过谈判协 商而形成的，经历了一个相当复杂的过程。各标准制订组织和生产厂家为a 接 口标准的制订做了大量细致的工作。现在支持开放的c d m aa 接口的标准有两 个，即i s 6 3 4 系列和i o s 系列。从系统上讲，就是移动交换中心( m s c ) 与基站控 制器( b s c ) 之间的接口，物理链路采用标准的2 0 4 8 m b p sp c m 数字传输链路实 1 0 硕士学位论文第二章c d m a 移动通信系统 现。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。 夺a b i s 接口 a b i s 接口定义了基站子系统( b s s ) 中基站控制器( b s c ) 和基站收发信台( b t s ) 之间的通信标准，用于远端互连方式。当基站控制器( b s c ) 与基站收发信台t s ) 间距离小于l o 米时，定义为b s 接口。它们之间采用标准的2 0 4 8 m b p sp c m 数 字链路来实现。此接口支持所有面向用户提供的服务，并支持对b t s 无线设备 的控制和无线频率的分配。 2 2 2 网络子系统( n s s ) 的网络接口 网络接口是网络子系统各功能实体之间以及与其他通信网络之间的接口的 总称。相对于a 接口来说，网络接口标准的制订过程比较简单。目前通用的网 络接口标准主要为i s - 4 1 系列，这套标准是由a n s i t i a 授权l u c e n t 公司贝尔 实验室制订的。下面对各网络接口分别介绍一下。 b 接口 b 接口定义为拜访位置寄存器( v l r ) 与移动交换中心( m s c ) 之间的内部接 口，用于移动交换中心( m s c ) 向拜访位置寄存器( v l r ) 询问有关移动台o 讧s ) 当前 位置信息或通知拜访位置寄存器( v l r ) 有关移动台( m s ) 的位置更新信息等。 c 接口 c 接口定义为归属位置寄存器( h l r ) 与移动交换中一d , 0 v i s c ) 之间的接口。用 于传递路由选择和管理信息。 d 接口 d 接口定义为归属位置寄存器( h l r ) 与拜访位置寄存器( v l r ) 之问的接口。 用于交换有关移动台位置和用户管理的信息。为移动用户提供的主要服务是保证 移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。实际应用中，一般把v l r 与移动交 换中心集成在一起。 e 接口 e 接口定义为控制相邻区域的不同移动交换中一g , ( m s c ) 之间的接口。当移动 台( m s ) 在一个呼叫进行过程中，从一个移动交换中心( m s c ) 控制的区域移动到相 邻的另一个移动交换中心( m s c ) 的控制区时，为了避免中断通信需完成越区信道 切换过程，此接口用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换。e 接口 的物理链路是通过移动交换中心o “s c ) 间的标准2 0 4 8 m b p s 数字链路来实现的。 f 接口 f 接口定义为移动交换中心( m s c ) 与设备识别寄存器( e d 之间的接1 ：3 。用于 交换相关的国际移动设备识别码管理信息。f 接口的物理链接方式是通过移动交 硕士学位论文 第二章c d m a 移动通信系统 换中心( m s c ) 与设备识别寄存器( e i r ) 之间的标准2 0 4 8 m b p s 的p c m 数字链路实 现的。 夺g 接口 g 接口定义为拜访位置寄存器( v l r ) 之间的接口。当采用临时本地号码薄号 码时，此接口用于向分配此t l d n 的拜访位置寄存器( v l r ) 询问有关此移动用户 的国际移动用户识别码( i m s i ) 的信息。g 接口的物理链路采用标准2 0 4 8 m b p s 数 字链路。 2 3 n o 7 信令系统 信令系统是通信网的主要组成部分。信令系统用来在用户终端设备、交换机 和网络其它设备之间传送各种控制信息。n o 7 信令系统是一种国际性的标准化 通用公共信道信令系统，适合于由数字程控交换机和数字传输设备所组成的综合 数字网，能满足现在及将来传送呼叫控制、遥控、维护管理信令及处理机之间事 务处理信息的要求，并且提供了可靠的方法，使信令按正确的顺序传送又不致丢 失或重复，其主要特点是话路与传送控制信息的信道分离。它改变了以往交换机 局间信令靠多频互控传递的随路信令方式，可以在一个或几个公共信道中传递大 量的与话路有关的控制信息，具有信息传递速度快、功能强、灵活可靠等优点【1 6 1 。 随着国际上数字电话网的迅速发展，n o 7 系统得到了越来越广泛的应用。我国 的现代数字移动通信系统g s m 、c d m a 均采用n o 7 信令系统。 0 s i 第7 层 第4 ，5 ，6 层 第3 层 第2 层 第1 层 o m a p 魄p t u p 操作维护应用部分i n a p智能网应用部分 移动应用部分b s s a p 基站应用部分 电话用户部分 i s u p i s d n 用户部分 图2 - 3n o 7 信令系统结构 1 2 硕士学位论文 第二章c d m a 移动通信系统 2 3 1n o 7 信令系统结构 按照册tn o 7 信令系统的基本结构，整个信令系统主要划分为消息传递 部分( m t p ) 、信令连接控制部分( s c c p ) 、事务处理能力应用部分( t c a p ) 以及电话 用户部分( t o p ) 、i s d n 用户部分( i s u p ) 等部分【1 7 1 ，由于不同业务的需要，又发展 了移动应用部分( m a p ) 、b s s 应用部分( b s s a p ) 等通信协议，其结构和功能的划 分与开放系统互连( 0 s i ) 七层参考模型存在着密切的联系l l 射，n o 7 信令系统结构 如图2 3 所示。 2 3 2 消息传递部分 消息传递部分( m t p ) 的主要功能是在信令网中提供可靠的信令消息传递， 并在系统和信令网故障情况下，具有为保证可靠的信息传递而作出响应，而且采 取措施避免或减少消息丢失、重复及失序的能力，它由信令数据链路层，信令链 路控制层和信令网功能层三部分组成。 信令数据链路( m r p l ) 定义了信令数据链路的物理、电气和功能特性，确 定和数据链路的连接方法，它是信令传递的物理介质，是用于信令传输的通路。 它由采用同一数据速率在相反方向工作的两个数据通路组成。h l r 可由l a p 板 通过数字交换网络与数字中继模块( d r i m ) 建立可交换的半永久通路连接到p c m 系统的一个时隙；提供6 4 k b i t s 信令数据链路。数字中继模块实际上已完成了 m t p 第一层功能，半永久连接的优点在于任何一信道时隙( 除同步时隙外) 都 可以通过人机命令作为信令数据链路使用。 信令链路控制层( m t p 2 ) 规定了把信令传送到数据链路的功能和程序，与 m t p i 共同保证在两个直接连接的信令点之间提供可靠的信令消息传送的信令 链路。l a p 板完成m t p 2 的功能，包括信令单元分界、信令单元定位、差错检 出、差错校正、初始定位、处理机故障、第二级流量控制和信令链路差错率监视 等八大功能。 信令网功能层( m t p 3 ) 是在信令链路