（通信与信息系统专业论文）数字移动无线电dmr系统转发协议的分析与仿真.pdf

摘要 数字通信技术以及数字信号处理技术的不断成熟，推动着专用移动通信系统 向数字化方向发展。数字移动无线电系统( d i o t a lm o b i l er a d i o ，d m r ) 系统是种 专用数字移动通信系统。它是欧洲电信标准协会( e t s i ) 在2 0 0 4 年提出的，并于 2 0 0 7 年进行了完善。d m r 系统是在p m r ( p f i v a t em o b i l er a d i o ) 基础上发展而来的， 且处于不断完善阶段。与已经成熟的t e t r a 和i d e n 相比，d m r 具有成本低廉、 技术简单、并支持从模拟到数字的过渡等优点。d m r 系统可以实现与公众电话网 ( p s t n ) 、i p 网等相关设备互联达到无障碍通信，并且系统中对d m r 联网协议的 限制最小化。d m r 系统无论是在国内还是在国外都处在起步阶段，受到生产商、 科研人员等的广泛关注，具有良好的发展前景。 本文主要研究d m r 系统的转发模式，首先介绍了基于d m r 系统的分层结构 以及各层实现的主要功能，并详细分析了基于d m r 协议第二阶段的信道接入准则 与接入过程；其次讲述了d m r 联网协议的基本原理，包括协议结构，信道模式以 及随机接入过程和呼叫过程等；然后从基于d m r 协议第二阶段的转发模式的工作 方式、呼叫过程、信令的传输规程等几个方面进行了详细分析。随后本文从单基 站转发和多基站转发两种场景分析了d m r 系统转发协议仿真的实现流程，在c + + b u i l e r 6 0 开发环境下，编写了符合d m r 转发协议模式的语音呼叫控制程序，并 对d m r 协议性能进行了分析与仿真。最后对全文做了简要总结。 关键词：d m r 专用数字移动通信联网协议转发协议性能分析 a b s t r a c t t h ec o n t i n u o u sm a t u r a t i o no fd i g i t a lt e l e c o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g ya n dd i g i t a l s i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , p r o m o t e st h ed e d i c a t e dm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m st o d e v e l o p i nt h ed i r e c t i o no fd i g i t i z a t i o n e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o ma s s o c i a t i o no f s t a n d a r d ) p r o p o s e dd i g i t a lm o b i l er a d i o ( d m r ) s t a n d a r d si n2 0 0 4a n dp e r f e c t e di t i n 2 0 0 7 d m rs y s t e m ，w h i c hi sd e v e l o p e do nt h eb a s i so fp m r ( p r i v a t em o b i l er a d i o ) a n d i n t h ep h a s eo fc e a s e l e s sp e r f e c t i o n ，i sad e d i c a t e dd i g i t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m c o m p a r e dt ot h em a t u r e dt e t r aa n di d e n ，i th a st h ea d v a n t a g e so f l o w e rc o s t ， s i m p l e rt e c h n o l o g ya n ds u p p o r t sf r o ma n a l o gt od i g i t a lt r a n s i t i o n d m rs y s t e mc a n b e i n t e r c o n n e c t e dw i mp u b l i ct e l e p h o n en e t w o r k ( p s t n ) ，i pn e t w o r ka n do t h e rr e l a t e d e q u i p m e n t s a n da c h i e v e sb a r r i e r - f r e ec o m m u n i c a t i o n ，a n dr e s t r i c t i o n so nd m r i n t e r c o n n e c t i o np r o t o c a li sm i n i m i z e di nt h i ss y s t e m d m rs y s t e mi si nt h ee a r l ys t a g e b o ma th o m eo ra b r o a d ，a n dh a sa r a u s e dw h e t h e rm a n u f a c t u r e r so rs c i e n t i f i cr e s e a r c h p e r s o n n e l se x t e n s i v ec o n c e r n ，t h e r e f o r ei th a sg o o dp r o s p e c t s t h i sp a p e r , w h i c hm a i n l ys t u d i e st h er e p e a t e rm o d eo ft h ed m rs y s t e m ，f i s r t i n t r o d u c e st h el a y e r e ds t r u c t u r eb a s e do nt h ed m r s y s t e ma n dt h em a i nf u n c t i o n s r e a l i z e db ye a c hl a y e r , a n dg i v e sad e t a i l e da n a l y s i so ft h ec h a n n e la c c e s sp r i n c i p l e sa n d a c c e s sp r o c e s sb a s e do nt h es e c o n ds t a g eo fd m rp r o t o c o l ；s e c o n dd e s c r i b e st h e p r i n c i p l e so f t h ed m ri n t e r c o n n e c t i o np r o t o c a l ，i n c l u d i n gp r o t o c o la r c h i t e c t u r e ，c h a n n e l m o d e ，r a n d o ma c c e s sp r o c e s s ，c a l l i n gp r o c e d u r ea n ds oo n ；t h j r dc a r r i e so nd e t a i l e d r e a s e r c ho nt h eo p e r a t i o nm o d e ，c a l l i n gp r o c e d u r e ，s i g n a l i n gt r a n s m i s s i o np r o c e d u r ea n d o t h e rs e v e r a la s p e c t so ft h et r a n s f e rp a t t e mb a s e do nt h es e c o n ds t a g eo ft h ed m r p r o t o c 0 1 t h e nt h i sp a p e ra n a l y z e st h e r e a l i z a t i o np r o c e s so fs i m u l a t i o n , a n dw r i t e sa c o n t r o l l a y e r s o f t w a r ei na c c o r d a n c ew i mt h et r a n f e r p a t t e r n o ft h ed m r c o m m u n i c a t i o np r o t o c o li nt h ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fc + + b u i l e r6 0 ，t h e n s i m u l a t e sa n da n a l y z e st h ep e r f o r m a n c eo ft h ed m rp r o t o c 0 1 a tl a s tg i v e sab r i e f l y s u m m a r yo f t h ew h o l et e x t k e y w o r d ：d m r d e d i c a t e d d i g i t a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o nr e p e a t e rm o d e t r u n k i n gp r o t o c a l p e r f o r m a n c ea n a l y s b 第一章绪论 第一章绪论 1 1 专用移动通信系统概述 移动通信系统分为公众移动通信系统和专用移动通信系统。公众移动通信系 统即公网是为公众提供移动通信业务而建立和经营的网络。它的技术特点是系统 容量大，通话质量高，双工通信方式，能与公众交换电话网互联l l j 。它有多种体 制，其中最重要的是蜂窝移动通信系统【2 】。专用移动通信系统指某一业务部门为 生产调度、行政管理而建立的综合无线调度移动通信网络。它从一对一对讲、同 频单工组网、异频单( 双) 工组网、单信道一呼百应以及选呼等方式，逐步发展 到多信道自动拨号方式。二十多年来，专用通信系统又向更高层次发展，成为多 信道用户共享的调度系统，即集群通信系统。所以说集群通信系统是专用移动通 信系统。 所谓集群通信系统，就是系统所具有的可用信道可以被系统的全体用户所共 用，具有自动选择信道功能、共享资源、分担费用、共用信道设备及服务的专用 无线调度通信系统。它主要由调度台、交换控制中心、基地台和移动台组成。集 群系统有两种控制方式：集中控制和分散控制。集中控制是系统的控制信号由一 个专用的频道传输，速度较快，同时具有系统控制器，功能齐全，适用于大、中 容量多基地台网络。分散控制则是在每个频道中既可以传输控制信号又可以传输 语音信号，且只有在频道空闲时才传输控制信号。这种控制方式不需要集中控制 器，节省了一个专用信道，但接续速度慢，适用于中、小容量的单区网。 集群通信系统的工作方式类似于电话交换系统，通过中央交换站根据需要自 动为用户指定信道。它由中央控制器集中控制和管理系统的每个信道，并以动态 方式迅速把空闲信道分配给发起呼叫的用户，通话完成后又将该信道收回给等待 的用户使用，因此极大地提高了频道利用率。集群通信系统通常包括群组呼叫、 紧急呼叫、发起或接收与公网之间的呼叫等多种呼叫功能；同时，可以为用户提 供可靠的通信信道、快速建立通话、优先等级划分、动态重组能力等功能，尤其 是在执行紧急任务时，这些功能显得更为重要。 采用数字通信技术的专用移动通信系统就是数字专用移动通信系统。数字专 用移动通信系统实现了信道的时分复用，因而一个载频具有多个信道，而模拟集 群一个载频只有一个信道，因此数字专用移动通信系统可以解决模拟专用通信系 统存在的频率效率低、业务单一、不便加密、功能弱等技术问题【3 】。同时专用数 字移动通信系统还具有通信质量好，容易实现多网互联的需求等优点。随着数字 技术的不断发展，专用数字移动通信系统必然成为专用移动通信系统发展的趋势。 2 数字移动无线电( d m r ) 系统转发协议的分析与仿真 1 2 专用数字移动通信系统的发展和现有标准 专用数字移动通信系统主要以数字集群无线通信系统为代表，从2 0 世纪9 0 年代中期在全球范围内兴起，得到了广泛的应用并取得了良好的社会效益和经济 效益。现在它己经基本上趋于成熟，必将取代模拟集群，成为第二代专用移动通 信系统。m o t o r o l a 于1 9 9 3 年推出摩托罗拉集成无线系统( m i r s ) ，并在m i r s 基 础上推出世界上最早的数字集群系统1 4 | i d e n ( 集成化数字增值网络) 。 在国外，数字集群无线通信系统主要包括以下几种：a p o c 2 5 、t e t r a p o l 、 e d a c s 、t e t r a 、i d r a 、i d e n 、和f h m a 。其中前三个系统采用f d m a 技术， 中间三个采用t d m a 技术，f h m a 采用调频多址技术。 在我国，数字集群无线通信系统主要有四种：t e t r a 系统、i d e n 系统、中 兴公司的g o t a ( g l o b a lo p e nt r u n k i n ga r c h i t e e h t u r e ) 系统和华为公司的g t s 0 0 系 统。由于t e t r a 系统和i d e n 系统标准的开放性不高，影响其在我国的发展。 t e t r a 系统虽然在空中接口层可以做到兼容，但各个厂家的系统之间不能实现互 联互通，而i d e n 系统完全被摩托罗拉独家垄断。这种状况直接导致设备终端和 系统设备价格居高不下，系统维护、升级和扩容的成本高，在很大程度上限制了 数字集群通信在我国的发展【5 】。国内自主研发的g o t o 和g t 8 0 0 这两个系统的体 系结构采用了目前更为先进和公开的移动通信技术，并在此基础上引入了自主专 利技术，实现了数字集群通信系统的关键技术。与国外技术的垄断和相对封闭相 比，国内厂家研制的集群系统可以完全公开并标准化。但这两种系统都还处于试 运行阶段，大规模应用效果是否有预期的那么好，还要拭目以待i 们。 e t s i ( 欧洲电信联盟) 还推出了使用t d m a 技术的数字移动无线电( d i g i t a l m o b i l er a d i o ，d m r ) 标准和使用f d m a 技术的d p m r ( d i g i t a lp r i v a t em o b i l e r a d i o ) 标准。这两种标准在国内外的发展都处于起步阶段，其中d p m r l 7 】标准的 核心是以真正低成本方式为用户提供最佳的通信需求解决方案，作为目前唯一的 信道间隔为物理的6 2 5 k h z 的标准，它的发展更决定于正在制定的集群标准，以 及生产商对于该标准的资金投入，目前该标准更适合于个人对讲机业务。而对于 d m r 标准，它通过双时隙结构实现了容量翻倍，而且它几乎跟t e t r a 一脉相承， 更适合作为专网小区制系统，只要d m r 标准的系统兼容性得到有效推广，真正 建立一个开放而充满竞争的市场，d m r 系统就能体现出其成本较低的优势，在 国内专用移动通信系统中占得一席之地。 1 3d m r 协议系统概述 2 0 0 4 年e t s i 提出了d m r 协议，并在2 0 0 7 年得到完善。d m r 协议分为四 部分：第一部分是空中接口协议；第二部分是关于语音、一般业务和设备的协议； 第一章绪论 3 第三部分是数据与服务的协议；第四部分是联网协议。d m r 标准是一种新型的 专用数字移动通信标准，适用于陆地移动通信系统的频段上，用来替代模拟的专 用移动无线电( p m r ) ，并可提供e t s i 技术标准1 0 2 3 6 1 规定的高级通信性能。 目前有许多o e m 无线设备制造商正在开发或将要发布d m r 技术，其中包含摩托 罗拉公司最新的m o t o r b o 技术。与传统的f m 和窄带f m 相比，d m r 协议可 以提供更高的信道容量和频谱效率，并利用双时隙时分复用( t d m a ) 方式取得 了6 2 5 k h z 的有效信道带宽，比传统f m 系统信道容量提高2 到4 倍。d m r 与 t e t r a 和i d e n 相比具有易于实现，成本低廉等优势，并且支持从模拟到数字的 过渡，已开始受到国内外各大集群设备生产厂商的高度重视【4 j 。 d m r 系统发展的三个阶段【g 9 j 分别是： 第一阶段( t i e r l ) ：该阶段的d m r 称为d m r # ，它是新一代数字无线专用 移动通信系统，可以在原有的模拟信道上进行操作。d m r # 具有整装天线，提供简 单的点对点的语音和数据通信。此阶段d m r 系统采用的是f d m a 方式。 第二阶段( t i e r 2 ) ：为专业的市场提供点对点模式和转发模式的通信。 第三阶段( t i e r 3 ) ：可实现自动管理功能的数字集群通信系统。 第二阶段和第三阶段的系统采用双时隙的t d m a 接入方式，且射频载波带宽 为1 2 5 k h z 。 d m r 协议的主要特点有以下几个方面： ( 1 ) 信令的响应时问短； ( 2 ) 可以实现双工通信、并且还可以与公用电话交换网( p s t n ) 用户进行通信； ( 3 ) 提供一种反向信令用于在通信过程中实现一定的控制操作； ( 4 ) 使用低速率语音编码算法，推荐使用的是a m b e ( 增强型多带激励算法) ； ( 5 ) 与专用集群移动通信网标准兼容： ( 6 ) 可以提供增强的节电方法； ( 7 ) 可以进行数字传输； ( 8 ) 在有特殊需要时( 如紧急事件) 可以强行接入，打断正在进行的通信； ( 9 ) 调制解调技术使用的是4 f s k ，并使用交织、前向纠错编码( f e c ) 和帧同步 等数字信号处理技术。 d m r 系统应用于安全服务、站点安全、本地政府和社会服务、公共事业和特 殊的公共安全应用等。与常规移动通信系统相比它有信道利用率高、服务质量好、 通话具有私密性等优点，是一种智能化的网络。与传统的模拟专用无线电相比它 有更高的频谱利用率、更好的音频质量和覆盖、更多的功能和更佳的适应性、延 长电池使用时间、降低设备成本等优点。 d m r 协议系统的发展无论是在国内还是在国外都处于起步阶段，在e t s i 新 颁布的协议e t s it s1 0 23 6 1 中还没有完全成型。如果现在就进行跟踪研究，那么 4 数字移动无线0 9 c d m r ) 系统转发协议的分析与仿真 可以避开专利的技术壁垒，在技术上保持同步【1 0 1 。更重要的是d m r 标准采用的信 道数符合我国对讲机的相关规定，并且与t e t r a 和i d e n 相比其成本更低，分层 协议结构也更加简单明了，通信系统设备实现较为简单。为用户和生产商提供一 个真正开放的d m r 市场是很重要的，这样有利于新产品的连续发展，获得更好的 性价比，方便系统的升级。2 0 11 年3 月，d m r 协会宣布在米兰进行的高级d m r 兼容性测试获得成功【4 】，这对d m r 标准的应用起到很大的促进作用。由此可看出 d m r 协议具有很大的开发价值。 1 4 本文的主要内容 本文的主要内容分为以下几个部分： 第一章介绍了专用数字移动通信系统的发展，对现有的标准及其在我国的发 展情况进行了分析，同时介绍了d m r 协议系统发展概况，最后介绍了本文的章节 安排。 第二章讲述d m r 协议结构，包括协议栈结构、帧结构、协议的信令结构等， 然后分析了d m r 协议信道的接入准则和接入过程，最后介绍了d m r 协议的定时 器，并对本文用到的定时器的定义以及取值范围进行了说明。 第三章介绍了d m r 协议系统发展的第三阶段，即联网协议阶段。首先介绍了 d m r 联网协议的帧结构、控制信道格式等，随后对d m r 联网协议随机接入过程 以及具体的流程和移动台注册过程进行了详细分析，最后说明了移动台的呼叫过 程。 第四章主要从d m r 转发协议系统的工作方式、转发模式的呼叫过程和转发协 议高层的转发规程三个方面对d m r 转发协议模式进行了详细分析。最后研究了转 发过程中用到的主要信令的格式及其编码。 第五章在c + + b u i l d e r 仿真平台上对d m r 单基站转发模式和多基站转发模式 的语音通信进行了仿真，给出了具体的仿真流程和整个语音通信的仿真界面。随 后对d m r 系统性能进行了研究，并在c 抖b u i l d e r 平台上对d m r 转发系统呼损率 进行了的仿真。 第二章d m r 协议综述 5 第二章d m r 协议综述 2 1d m r 协议栈结构 d m r 标准定义了三层结构的模型协议【3 , 9 1 ，如图2 1 所示。第一层物理层 ( p h y s i c a ll a y e r ) 是协议栈的基础层。第二层数据链路层( d a t al i n kl a y e 0 处理多 用户共享媒质，从纵向分成两部分：用户面和控制面。其中用户面用来传输没有 寻址功能的信息( 如：语音) ，控制面用来传输带寻址功能的信令信息( 控制信令 和数据信令) 。第三层是呼叫控制层( c a l lc o n t r o ll a y e r ) ，在控制面上负责呼叫 的控制，提供d m r 支持的服务、短数据和数据包业务。 呼叫控制信息 短数据业务 数据包业务 用户面 话音有效载荷 呼叫控制层( c c l ) 第三层 数据链路层( d l l ) 物理层( p l ) i 第一层 图2 1d m r 协议栈结构 物理层支持在物理媒介上传输比特流所需要的全部功能，包括调制和解调、 接收和发送的转换、射频特性、比特和符号的定义、频率和符号的同步、突发的 建立等。 数据链路层接受物理层的服务并向第三层呼叫控制层提供服务，数据链路层 要实现的主要功能包括信道编码( f e c ，c r c ) ，交织解交织和比特调整，确认 和重传机制，媒质接入控制和信道管理，帧、超帧的形成和帧同步，突发和参数 定义，链路寻址( 源目的地) ，语音应用( 数据编解码) 与物理层的接口，数据 承载业务，信令和用户数据与链路控制层的交换等。 呼叫控制层只适用于控制面。它是公共设施和服务的实体，受链路控制层功 能的支持。呼叫控制层包括以下功能：基站激活去激活，呼叫建立、保持、终止， 单呼和组呼的发送与接收，目的寻址，支持固有业务( 紧急信令、迟接入、欲占 等) ，数据呼叫控制和通知信令等。 d m r 支持多种业务类型，主要有：组呼服务、个人呼叫服务、整体呼叫服 务、非寻址语音呼叫服务、广播语音呼叫服务以及开放语音信道呼叫服务等。 多数字移动无线电( d m r ) 系统转发协议的分析与仿真 2 2d m r 协议帧结构 d m r 协议采用双时隙t d m a 帧结构，帧长为6 0 m s 。每帧包含两个时隙，一 个时隙传输一个突发，且每个时隙长3 0 m s 。时隙中2 7 5 m s 的时间用来发送有效信 息，而2 5 m s 分成均等两部分，在每个时隙左右两边，作为一个广播控制信道 ( c a c h ) 传输下行链路t d m a 帧编号、信道接入信息和低速信号。因此各时隙 之间相距2 5 m s ，成为保护时隙。每个时隙中包括两个1 0 9 b i t 的载荷信息和位于两 个载荷中间的4 8 b i t 信息。这4 8 b i t 信息是用来传送同步信令或嵌入信令信息等与 有效载荷有关的信息。时隙结构如图2 2 。一般来说两个不同的呼叫占用两个不同 的时隙。 二 1 0 8 b i t s - i 一4 9 b i t s - i 1 0 8 b b = 有效载荷信息 同步信令劂 有效载荷信 ( p a y l o a d ) 取入式信刽 息( p a y l o a d ) i 5 0 m si l 一1 2 75 m s i l 图2 2 d m r 协议时隙结构 d m r 协议帧结构如图2 3 所示： t d m ab u r s tc e n t e rt d m ab u r s to c i i t c r 有效载荷信息同步信令捌有效载荷信i i 有效载荷信息同步信令明有效载荷信 ( p a y l o a d ) i 妖入式信令i 息( p a y l o a d ) ixi ( p a y l o a d ) | i 白 入式信刽息( p a y l o a d ) t d m a 制i ! 图2 3d m r 协议t d m a 帧结构 语音传输采用超帧结构，一个超帧包含六个帧a f ，长3 6 0 m s 。只有第一帧 即a 帧含有同步信息，每次语音开始之前，也就是帧a 之前会有一个语音帧头( l c h e a d e r ) 标志语音开始。语音超帧结构如图2 4 所示。 厂同步信息厂_ 嵌入信息厂嵌入信息厂嵌入信息厂嵌入信息r - 黼, g厂同步信息 圈口田口四口四口圈口豳口四口田 、k o 三至童塑竺d 竺竺竺 e f - - - - a 图2 4d m r 协议语音超帧结构 2 3d m r 协议的信令结构 在d m r 转发协议研究过程中，会涉及到各种信令的结构，所以有必要研究 这些信令结构。d m r 协议中信令结构类型很多，本节只对与转发模式相关的信 第二章d m r 协议综述 7 令结构进行分析。 链路控制信令结构： 链路控制信令1 9 1 定义了完整的链路控制( l c ) 信息以及短链路控制信息。完 整的链路控制信息包含一个7 2 比特的信息域并且由以下部分承载：语音和数据 ( 嵌入) 、头部和尾部。 完整链路控制信息的一般结构如图2 5 所示，其包含7 个8 位字节的数据单 元和全链路控制信息操作码( f l c o ) 及f i d 信息，其中数据单元包含有源地址信息 和目的地址信息，各个数据单元的具体取值4 5 节中详细给出。 b i t 7 6 5432 l0 p frf l o c f i d d a t a 图2 5 完整链路控制信息结构 短链路控制信令包含一个2 8 比特的信息域，由公共控制信道c a c h 承载。 短链路控制信息的一般结构如图2 6 ，由3 个八位字节的数据域和短链路信息操作 码( s l c o ) 组成。 图2 6 短链路控制信令结构 l c 语音头信息结构： 当发送信息时，语音头将在语音开始时传输，使用一般数据格式，表示语音 传输的开始。l c 头包含一个完整的链路控制头数据单元，具体结构如图2 7 。图 中说明了7 2 比特的链路控制信息域加上2 4 比特的效验( c r c ) 位如何由一个一般 的数据突发来承载。时隙类型的数据类型域将被设置为“链路控制信息的语音头”。 o l 2 3 4 5 6 7 8 嘶 8 数字移动无线电( d m r ) 系统转发协议的分析与仿真 l c ( 7 2 )c r c ( 2 4 ) iil b p l ( i 眠) 编码 士0士 交织 一 是 l n f o ( 9 8 ) 婺 s y n c 墨 i n f o ( 9 8 ) 卜 磊 互 图2 7 链路控制信息语音头信令 l c 语音结束信息结构： 语音呼叫传输过程中，每发完一个语音超帧，控制层就会发送一个语音结束 信令来标志这一帧数据发送完成。与语音头信息结构相似，系统会把时隙类型的 数据类型域设为链路控制信息结束帧。语音结束信令的一般结构跟语音头信息的 结构一样，只有数据类型不同。 控制信令块( c s b k ) 信息结构： c s b k 信息包含一个9 6 比特的信息域，结构如图2 8 所示： 图2 8 控制信令块信息结构 c s b k 包含8 个八位字节的数据，此数据与c s b k 操作码( c s b k o ) 和f i d 相 关。其中l b 信息要素被设为二进制1 。c s b k 信息的具体取值见4 5 节。 第二章d m r 协议综述 9 2 4 1 信道的接入准则 2 4d m r 协议信道接入 在d m r 协议中，移动台( m o b i l es t a t i o n ，m s ) 请求接入信道时需要有一定 的准则。一般在m s 向中转台登记的早期和初始化一条通信链路的时候划分时隙。 在时隙中如果用户以随机接入的方式发送信息而不管时隙中是否有其他用户，并 且没有冲突避免机制，那么造成分组冲突的可能性就会非常大。而一个比较简单 的避免冲突的办法就是在发送一帧数据前对信道进行侦听。这时需要考虑信道的 类型，状态以及信道接入的礼貌等级。 信道活动类型： d m r 实体( m s 或基站) 在接入信道并且开始传输时，会考虑以下活动类型 是否已经存在于信道上： ( 1 ) d m r 通信活动； ( 2 ) 其它非d m r 的数字协议的通信活动； ( 3 ) 模拟通信活动。 注：信道中d m r 实体可以与非d m r 实体共存， 采用双时隙t d m a 帧结构协议的d m r 实体不希望像采用连续传输模式 协议的d m r 实体那样在相同信道上共存。 d m r 实体通过监控r s s i ( 接收信号强度指示) 的值来判断信道上是否存在通 信行为。如果在监听的最大周期tc h m o n y o 内，r s s i 值没有超过固定门限 nr s s i l o 的值( 在预先设定的范围内) ，d m r 实体就会假设信道上没有活动。如 果r s s i 超过固定门限值，d m r 实体就会假设信道上有活动，然后d m r 设备将尝 试与该信道进行帧同步。如果d m r 设备同步上信道，就认为信道上存在的是d m r 行为，否则就认为是其它通信行为。其中d m r 对于不同的信道接入礼貌等级应用 不同的nr s s i l o 值。 信道的状态： 对于单频信道，如果信道上没有通信活动，m s 就认为信道空闲( c s _ i d l e ) i 如果信道上有通信活动( d m r 通信活动或非d m r 通信活动) ，m s 认为信道忙 ( c s：对于双频基站信道，如果在下行链路上没有通信活动，就会认busy)m s 为上行链路空闲，否则m s 就认为上行链路( 信道) 忙。 礼貌等级： d m r 实体除了通过考虑信道状态来决定是否发送信息外，还要考虑自己的礼 貌等级，两者相结合才能最终确定是否可以发送信息进行通信。d m r 实体的礼貌 等级1 9 】分为三种：对所有终端礼貌( p o l i t et oa 1 1 ) 、对自己的色码礼貌( p o l i t et oo w n 1 0 数字移动无线电( d m r ) 系统转发协议的分析与仿真 c o l o u rc o d e ) 和非礼貌( i m p o l i t e ) 。下面结合这三种礼貌等级讨论信道接入规则： ( 1 ) 对所有终端礼貌：当m s 监测到信道中存在通信行为时，不管这种通信 行为是否为d m r 行为，m s 都认为信道状态为忙，不进行发送，这时可以排队等 待( 如果系统有排队机制) 或放弃。 ( 2 ) 对自己的色码礼貌：当m s 监测到信道中存在通信行为，就设法取得帧 同步。如果m s 取得帧同步，就认为此行为是d m r 通信行为，然后找寻色码，若 找到的色码与自己的色码相同，m s 就排队等待或者放弃。如果m s 没实现帧同步 或者色码不匹配，就直接在信道上进行传输。 ( 3 ) 非礼貌：无论信道中是否存在通信行为( d m r 和非d m r ) ，m s 都会 传输信息。由于这种模式未考虑信道状况，容易造成信道堵塞，导致发送成功率 大大降低。 2 4 2 信道接入过程 信道接入过程分为两种：直通模式信道接入和转发模式信道接入。在直通模 式中，m s 与m s 直接进行通信，不需要基站进行转发信息。在转发模式中，m s 通过基站转发与其它m s 进行通信。 直通模式和转发模式均支持三种礼貌等级的信道接入机制，转发模式还支持 m s 激活基站下行链路传输机制。无论是在直通模式还是在转发模式，信道接入 初始化可以从m s 的任何高层状态进行。m s 的高层状态包括： 非同步( o u to fs y n c ) ：m s 开机之后进入此状态，搜索同步； 搜索同步( o u to fs y n cc h a n n e lm o n i t o r e d ) ：在有限的寻找同步信号的时间 内，如果m s 没有搜索到同步信号，将从非同步状态转换到此状态，在此状态 m s 持续监测射频等级并寻找同步。信道监测时间由定时器tm o n i t o r 来限制； 同步于未知系统( i n _ s y n c _ u n k o w n _ s y s t e m ) ：此状态m s 已同步上网络，但 是不知道同步上的系统是d m r 系统还是非d m r 系统； 同步于所在系统( i n _ s y n c _ m y _ s y s t e m ) ：m s 同步上了网络，而且同步上的 是自己所在的d m r 系统； 非通话( n o ti nc a l l ) ：当m s 进入同步于自己所在的系统状态时，若收到空 闲信令，就进入此状态； 被呼确认( m yc a l l ) ：当m s 进入同步于自己所在的系统，若收到的信令目 的i d 不仅和自己相同，且帧类型是语音头，就进入此状态； 被呼非确认( o t h e r sc a l l ) ：当m s 进入同步于自己所在的系统，若收到的信 令目的i d 和自己不同，就进入此状态； 会议( i n：当进入同步于自己所在的系统，若收到的信令只有 第二章d m r 协议综述 目的i d 和自己相同，但是帧类型是语音结束信令，就进入此状态。 排队等待( h o l d o f f ) ：当传输没有时间限制且信道忙时，m s 转换到此状态， 排队等待。m s 开启等待定时器th o l d o f f 定时，这个定时器是为有排队等待机制 的系统设置的。 下面介绍直通模式和转发模式信道的接入过程： a ) 直通模式信道接入 直通模式信道接入过程如图2 9 所示。图中给出了m s 在非同步状态下具体 的信道接入过程。m s 持续监测射频值并寻找同步，若同步上信道，m s 进入同步 于未知系统状态；若监测过程中定时器t m o n i t o r 溢出，m s 进入搜索同步状态； 若m s 没有同步上信道，就开始传输请求信令或者是c s b k 信令，m s 会根据信 道接入准则来判断下一步该转换到哪种状态。具体过程为：在非礼貌接入或礼貌 接入但射频值小于固定门限时，m s 就直接传输；在对所有终端礼貌且射频值大 于固定门限时，m s 根据系统是否有时间限制来决定是排队等待还是放弃。在信 道接入准则是只对自己的色码礼貌时，m s 进入寻找同步状态。在寻找同步状态， 如果定时器tm o n i t o r 终止，说明信道中是非d m r 活动，m s 开始传输信息，否 则m s 开启寻找时隙定时器tt x c c s l o t 。若定时器tt x c c s l o t 终止或者色码不匹 配，则m s 确定信道中是非d m r 通信活动并开始传输。若色码匹配则m s 同步 上系统，m s 根据系统是否有时间限制来决定是排队等待还是转到非通话状态。 在搜索同步状态，如果信道接入准则是对所有终端礼貌且射频值大于或等于 固定门限值，则m s 判断是等待还是拒绝传输。否则m s 直接传输。 在非通话状态和被呼非确认两个状态，采用非礼貌信道接入准则时，m s 直接 传输。在礼貌信道接入时若系统没有时间限制则m s 排队等待，若有时间限制则 传输被拒绝。进入这两种状态的m s 都已与色码匹配上。 在被呼确认状态，m s 是呼叫的一部分，采用非礼貌接入准则直接接入信道进 行传输。 1 2 数字移动无线电( d m r ) 系统转发协议的分析与仿真 图2 9 直通模式信道接入过程 b ) 转发模式信道接入过程 转发模式，m s 的高层状态多了传输激活信令状态。当m s 没有搜索到可用 信道或是没有找到适合传输的下行链路时转向传输激活信令状态，进入此状态后 m s 会传输一个突发去激活基站下行链路。 转发模式下，当m s 处于非同步状态时它的信道接入过程如图2 1 0 所示。 m s 持续监测射频等级并寻找同步。如果tm o n i t o r 定时器溢出则m s 转到搜索 同步状态。如果m s 同步上信道则转到同步于未知系统状态，否则m s 传输呼叫 请求和c s b k 信令信息。m s 在传输呼叫请求和c s b k 信令信息后，通过检测是 否同步于下行链路、是否色码匹配以及是否确定了时隙结构来决定如何传输。不 管是哪种信道接入机制，m s 都将激活计数器n 设为零。如果m s 检测到射频等 级小于固定门限，就转换到发送激活信息状态；否则m s 转换到寻找同步状态寻 第二章d m r 协议综述 找同步。 在寻找同步状态，如果监测定时器t _ m o n i t o r 或等待同步定时器s y n c _ w u 终 止，则m s 继续传输基站激活信令，否则m s 检测同步，并设置t t x c c s l o t 定时 器，寻找色码。如果tt x c c s l o t 定时器终止或检测到系统为非d m r 系统且信道 接入策略是非礼貌或只对自己色码礼貌，则m s 继续发送基站激活信息。如果信 道接入策略是对所有终端礼貌，则m s 根据系统是否有时间限制来判断是排队等 待还是传输被拒绝返回到非同步状态。若m s 同步于d m r 系统则进入同步于所 在系统状态。 塑篓蔓壁星堕矍 y e 匦盛圃 d m r 系统 - 。_ _ 。- - 。- _ _ - _ _ _ 上一 同步于所在 系统 礼貌等级 、，一 拶黼貌 n 甭蔺 同 图2 1 0 转发模式下非同步状态的信道接入 在搜索同步状态下，m s 继续监测射频等级并寻找同步。如果在规定时间内 m s 检测到同步就进入同步于未知系统状态，否则m s 开始发送传输请求，并设 基站激活次数n 为0 。如果检测到射频值大于固定门限且信道接入策略是对所有 终端礼貌则m s 传输基站激活信令。否则m s 根据系统是否有时间限制来判断是 排队等待还是放弃传输。若系统是非等待机制则m s 转到非同步状态。整个接入 过程如图2 1 1 所示。 犁宴当 为通过网关的呼叫提供扩展寻址的a h o y 过程； 检测被呼用户的可用性： 信道允许。 ( a h o y 过程是指主呼m s 发送请求到被呼m s 并要求其回复应答的过程) 。 在呼叫过程中，d m r 系统会为m s 分配一个单呼地址和一个或多个组呼地 址。进行单呼时，m s 以其单呼地址进行发送或检测该呼叫是否自己的目标m s ； 进行组呼时，m s 以其组呼地址发送或检测自己是不是该呼叫的接收端之一。因 数字移动无线电( d m r ) 系统转发协议的分析与仿真 为联网协议中的呼叫过程比较复杂，本文用两个典型例子来说明呼叫建立过程。 a ) 联网协议单呼建立过程 在d m r 联网协议阶段，当m s 需要与另一m s 通信时，必须先通过信道接 入请求找到可用的t s c c 。t s c c 为m s 分配可用信道。单呼建立过程如图3 7 所 示： t d m a 逻辑信道2 分配给t s c c 作为控制信道，t d m a 逻辑信道l 空闲。t s c c 信道上没有呼叫过程时，它会传输系统管理信息或广播系统数据单元信息在信道 上，方便m s 侦听。 m s ( a ) 在a 点发送服务请求，t s c c 信道接收到请求信息后在b 点发送a l o y 寻址过程给m s ( b ) ，这个过程要求m s ( b ) 回复确认应答信息。m s ( b ) 在c 点发送 应答( a c k ) 信息，在d 点t s c c 传输信道发送允许接入数据单元给m s ( a ) 和 m s ( b ) ，并选择t d m a 逻辑信道1 作为载荷信道供m s 通信。为确保m s 收到信 道分配确认信息，t s c c 在e 点对该信道分配确认消息进行重发。 因为t d m a 帧结构传输一个突发需3 0 m s ，所以对联网协议中单呼成功建立 的最少时间是2 1 0 m s 。 园眷口冒圈翟 t i m a f l l l j f i ；丽砸j o 山a u | |i r r r -l il t d m a ；i ll ii ljl i 2i2i2l 2 i2 i2 i 2l 2l 图巨 工丑 匡 卫丑 巨 卫噩图匮毯正圆 圈二二二二二二二二二二二 工二日二 工二口二 i 笪堡墅i 一- l l il ii - j| 图3 7 单呼建立过程 b ) 组呼建立过程 对于组呼，t s c c 不需要检测被呼端是不是在无线连接网内，所以组呼的最 少建