第三代移动通信系统的传输网络部分TNSS的研究Word文档下载推荐.docx
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结论28
致谢29
参考文献30
第一章绪论
1.1第三代移动通信的发展概况
第三代移动通信系统即IMT2000，按照它的设计思想，是有能力解决第一代、第二代移动通信系统主要弊端的先进移动通信系统。
它的一个突出特点就是使个人终端用户能够在全球范围的任何时间、任何地点，与任何人、以任何方式高质量的实现任何信息的移动通信和传输。
因此，第三代移动通信系统十分重视个人通信系统中的自主因素，突出了个人在通信系统的主导地位，所以又称为未来个人通信系统。
3G无线接口标准于2000年5月举行的ITU-R2000年全会上最终获得批准通过，被正式命名为IMR-2000无线接口技术规范。
这个规范包括码分多址（CDMA）和时分多址（TDMA）两大类。
其中:
，CDMA为目前公认的主流技术，它包括两种频分双工技术（FDD）和一种时分双工（TDD）技术，分别为IMT2000CDMA-DS.IMT2000CDMA-MC和IMT2000CDMA-TD。
3G技术融合反映出移动通信业务全球化的需求，全球漫游是第三代移动通信系统的特点之一。
为了满足未来业务的需求，相对于现有的移动通信系统，3G系统应该具有以下的功能:
（1）提供更大的通信容量和覆盖范围
（2）具有可变的高速数据
（3）同时提供高速电路交换和分组交换
（4）具有高的频谱利用率
1.2TD-SCDMA系统的介绍
IMT2000共包括了五大标准体系，其中TD-SCDMA,WCDMA和cdma2000三个标准是最有优势的标准。
本论文的研究背景是以TD-SCDMA标准为基础，下面就重点介绍TD-SCDMA系统。
TD-SCDMA系统是TDMA和CDMA两种基本传输模式的灵活结合，是由中国无线通信标准组织（CWTS）提出并得到ITU通过的3G无线通信标准。
系统的无线接口参数如表1-1所示。
表1-1TD-SCDMA空中接口参数
空中接口规范参数
参数内容
复用方式
TDD
基本带宽
1.6MHz
业务特性
对称和非对称
码片速率
1.28Mchip/s
无线帧长
lOms
信道编码
卷积编码、Turbo码等
数据调制
QPSK和8PSK
扩频方式
QPSK
功率控制
开环+闭环功率控制
功率控制速率
200次/s
智能天线
在基站由8个天线组成天线阵
基站间同步关系
同步
多用户检测
使用
TD-SCDMA系统特别适合于在城市人口密集区提供高密度大容量话音、数据以及多媒体业务。
系统可以单独运营，也可与其他无线接入技术配合使用。
1.3本课题的主要工作
本文在深入研究第三代移动通信系统通用模型的基础上，参考了Iu接口、Iub接口以及有关的3GPP系列协议，通过查找、收集大量有关的资料，提出了传输网络子系统与其他子系统之间接口的实现。
本文最后给出了传输网络子系统（TNSS）软件部分的设计，主要是TNSS的控制模块的设计，该设计实现了TNSS的基本功能，其设计思想和实现手段为了完善RNC系统奠定了基础。
作为一个典型的协议软件的开发，在设计实现的过程涉及到移动通信网络、软件工程、计算机网络等方面的知识，而传输网络部分的设计在3G领域中属于全新的技术，该技术难度高、工作量大、可以鉴戒的资料和经验也比较少。
需要在实际使用中不断的完善与改进。
本文的主要包括以下内容:
第一章是绪论。
主要介绍了第三代移动通信的发展概况，重点对3G的TD-SCDMA通信系统作了简要的介绍。
第二章主要介绍第三代移动通信系统UMTS的网络结构，它由CN,UTRAN和UE三部分组成。
在本章最后给出了UMTS的通用接口模型。
第三章主要介绍了RNC子系统局间的Iu,Iub接口，并就Iu,Iub接口的协议结构与协议功能进行了详细的介绍。
第四章介绍传输网络部分之间接口的具体实现。
主要包括:
TNSS与HSPS之间A2接口的实现过程，OAMS与TNSS之间的A4接口实现过程，以及CPSS与TNSS之间的G接口实现过程。
第五章详细介绍了传输网络子系统TNSS的设计。
主要进行了传输网络子系统中控制模块的详细设计。
最后给出了本研究课题的结论。
第二章UMTS网络结构及接口模型
通用移动通信系统UMTS（UniversalMobileTelecommunicationSystems）是IMT2000的一种，它是ITU的IMT2000第三代移动通信系统的重要组成部分。
2.1UMTS网络结构
UMTS系统由CN,UTRAN和UE3个部分组成，其结构如图2.1所示。
CN和UTRAN之间的接口称为Iu接口，UTRAN和UE之间接口称为Uu接口。
图2.1UMTS系统结构
UTRAN系统的内部结构如图2.2所示。
图2.2UTRAN内部网络
2.1.1RNC（无线网络控制器）
RNC用于控制UTRAN的无线资源。
它通常与一个移动交换中心MSC和一个SGSN以及广播域通过Iu接口连接。
UTRAN由若干个通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统RNS（RadioNetworkSubsystem）组成。
其中一个RNS包括一个RNC和一个或者多个NodeB,而NodeB通过Iub接口与RNC连接，NodeB可以支持FDDITDD模式。
每个RNS管理一组小区的资源。
在UE和LJTRAN的每个连接中，其中一个RNS充当服务RNSCSRNS,ServingRNS）。
如果需要一个或者多个漂移RNS（DRNS,DriftingRNS）通过提供无线资源来支持SRNS时，则SRNS和DRNS的结构关系如图2.3所示。
图2.3SRNS和DRNS的结构关系
2.1.2NodeB（节点B）
NodeB用于进行物理层与空中接口之间的相关处理，比如信道编码、交织，速率匹配、扩频等，同时它还完成一些内环功率控制等无线资源管理的功能。
在UTRAN内部，RNC之间通过Iur接口进行信息交互，Iu和Iur是逻辑接口，Iu接口可以是RNC之间的直接物理连接，也可以通过任何合适的传输网络的虚拟连接来实现。
2.1.3CN（核心网）
对UMTS核心网的传输要求:
支持电路交换业务、分组交换业务、实时/非实时及自适应流量控制业务:
支持各种QoS需求和业务描述;
可以使用户获得各种通信业务，包括许多现在未定义的多媒体业务和高速率业务。
2.2UTRAN接口模型
UTRAN接口的通用协议模型如图2.4所示。
从图中可以看出，UTRAN分为无线网络层和传输网络层。
无线网络层分为用户平面和控制平面，传输网络层分为传输网络用户平面和传输网络控制平面。
图2.4UTRAN接口的通用协议模型
UTRAN功能如下:
（1）用户数据传输功能。
（2）系统接入控制功能。
（3）无线信道加密和解密功能。
（4）移动性管理功能。
（5）无线资源的管理和控制功能。
（6）广播和多播功能。
（7）跟踪功能。
（8）流量报告功能。
第三章RNC子系统局间的Iu,Iub接口介绍
3.1RNC系统功能
在第三代移动通信系统中，与RNC存在接口关系的功能节点是:
UE,NodeB,MSC,SGSN,CBC,RNC。
RNC产品必须提供相应的接口才能确保与其他功能节点间的互连互通。
RNC产品在第三代移动通信网络中所处的位置如图3.1所示。
由图可知，RNC产品处于无线网络接入控制的位置，一方面要控制本接入服务位置区内的NodeB为UE的接入提供空中接口，另一方面通过不同的地面接入方式分别与MSC,SGSN/GGSN及相邻的RNC相连接，将UE从空中信道传来的业务流转换成相应的接口信息流发向响应的网络单元。
图3.1RNC产品在第三代移动通信网络中所处的位置
RNC系统的主要功能如下：
（1）对基站系统资源的控制;
（2）呼叫控制;
（3）分组数据传送控制;
（4）电路数据传送控制。
3.2Iu接口概述
Iu接口是位于UTRAN和核心网（CN）之，间的接口，是用来传输UTRAN和CN之间的控制信令以及用户数据。
Iu接口的协议分为两个平面:
（1）用户平面协议:
实现无线接入业务，即通过接入层传送用户数据。
（2）控制平面协议:
从不同的方面来控制无线接入承载以及UE和网络之间的连接，还包括非接入层（NAS）消息的透明传输。
Iu接口的逻辑结构图如图3.2所示。
其中连接到核心网络电路交换域的Iu接口称为Iu-CS，连接到分组交换域的Iu接口称为Iu-PS，连接到广播域的Iu接口称为Iu-BC。
区分Iu-CS和Iu-PS这两个接口意味着到电路交换和到分组交换有不同的信令和用户数据连接。
每个CN接入点可以连接到一个或多个UTRAN接入点。
对于PS域和CS域，每个UTRAN接入点只能连接到每个CN域中的一个CN接入点。
对于BC域，每个UTRAN接入点可连接到一个或多个CN接入点。
BC域
PS域
CS域
CN
Iu-BC
Iu-PS
Iu-CS
RNC
UTRAN
NodeB
NodeB
图3.2Iu接口的逻辑结构图
无线
网络层
Iu用户平面协议层
RNANP
传输
网络
平面
传输网络
控制平面
用户
Q.2630.2
SCCP
MTP3B
SSCF-NNI
SSCOP
AAL5
Q.2150.1
AAL2
ATM
物理层
图3.3Iu-CS的协议结构
3.3Iub接口概述
Iub接口是UTRAN中RNC与NodeB之间的接口，用来传输RNC和NodeB之间的控制信令，以及来自无线接口的公共传输信道和专用传输信道数据流。
从Iub接口的协议结构来分析，该接口包括两个功能层:
无线网络层和传输网络层，而每一层又包括控制平面和用户平面。
传输网络层采用的是ATM方式。
传输网络层控制面的协议包括ALCAP,SSCF-UNI,SSCOP,AAL5，用来SSCF-UNI,SSCOP和AAL5,AAL2，主要承载NBAP信令和用户数据。
控制用户面AAL2连接的建立，释放，维护等;
传输网络层用户面的协议包括SSCF-UNI,SSCOP和AAL5,AAL2，主要承载NBAP信令和用户数据。
一、Iub接口ALCAP协议的实现
在Iub接口的ALCAP由Q.2630.1来实现，如果需要对一条AAL2链路进行修改的话，需要拆掉旧的连接，建立新的连接。
二、Iub接口Q.SAAL协议的实现
Iub接口的信令承载为SAAL链路，一条SAAL信令链路对应局间的一条PVC。
ALCAP的底层信令承载SAAL链路的建立由ALCAP发起，也可以由网管发起。
承载ALCAP信令的SAAL链路的数目为两条，其中一条作为主用，另外一条备用。
第四章传输网络部分之间的接口实现
4.1传输网络子系统与其他子系统之间的接口
传输网络子系统与其他子系统之间的接口如图4.1所示。
图4.1传输网络子系统与其他子系统之间的接口图
由图4.1可知，传输网络子杀统与其他子系统之间的接口有如以下几类:
1、传输网络子系统与高层信令子系统之间的A2接口；
2、传输网络子系统与操作维护子系统之间的A4接口；
3、传输网络子系统与通用平台子系统之间的G接口。
以下几节将详细介绍A2接口、A4接口、G接口的具体实现方案。
4.2A2接口的协议实现
传输网络子系统（TNSS）中的SCCP,ALCAP和Q.SAAL模块与高层信令处理子系统（HSPS）之间有信息交互，它和HSF'
S通过A2这样一个接口，分别和HSPS的RANAP,RNSAP和NBAP进行消J急交互以及数据传递。
图4.2为A2接口的简单结构。
图4.2A2接口结构图
4.3G接口的实现
传输网络子系统和通用平台之间通过G接口实现，通用平台向传输网络子系统提供的服务包括以下几类。
分别是:
1）数据传输服务;
2）操作系统服务。
将这两类服务划分为数据传输服务（CPI-DATA接口）、操作系统服务（CPI-SHEL接口）分别进行描述。
4.3.1内部数据传输服务（CPI-DATA接口）流程
内部数据传输服务是通用平台为传输网络子系统提供的最重要的服务之一。
RNC系统中的应用程序均可使用通用平台的数据传输服务。
但是当RNC内部功能板卡发生故障，或者物理链路、链路驱动发生故障的时候，通用平台提供的内部数据传输服务不能确保到达接收方。
4.3.1.1基于连接的内部数据传输服务
基于连接是指数据传输时必须事先获得到传输对端的数据连接，即应用程序在使用通用平台提供的基于连接的数据传输服务前首先要获得到通信对端的连接信息。
4.3.1.2随路数据传输服务
随路数据传输服务也是通用平台为传输网络子系统提供的最重要的服务之一。
应用程序可以直接使用通用平台提供的随路数据传输服务:
限制带宽和无需建立特定连接的据传输服务。
TNSS使用通用平台的数据传输服务如图4.3。
图4.3TNSS使用通用平台的数据传输服务
由于随路传输的数据使用了通用平台的内置的固定连接。
通用平台初始化时自动建立的不变的、带宽受限的数据通路，因此随路数据传输的性能会受到通用平台实现方式的限制。
因此，当应用程序在使用随路方式传输控制信息时，我们需要考虑通用平台的这类限制。
4.3.2操作系统服务（CPI-SHEL接口）
操作系统服务为API函数服务，它没有具体的流程。
操作系统服务包括任务管理和资源管理两部分。
任务管理包括:
线程的同步、线程的控制以及线程之间的通信。
资源管理包括:
内存管理、CPU利用率、数据存储以及时钟与定时器同步。
4.4A4接口的实现
操作维护子系统作为RNC系统的主要软件子系统之一，主要完成对Rrrc系统中其它各子系统配置管理、故障管理、安全管理、维护管理。
同时RNc操作维护子系统还完成对上级集中操作维护中心OMC-R提供接口的适配功能，从而支持OMC-R对RNC设备的访问功能。
4.4.1TNSS初始化配置
4.4.1.1TNSS初始化类具体消息流定义
TNSS初始化类具体消息流定义如表4-1所示
表4-1TNSS初始化类具体消息流定义
序号
消息名称
命令号
1
TNSS初始化配置请求消息
（BOOT_TNSS_req）
1200
TNSS初始化配置请求响应消息
BOOTTNSSrsp
4.4.1.2TNSS初始化配置消息
1）TNSS初始化配置请求消息
消息名称:
BOOT_TNSS_req
方向:
TNSS—>
OAMS
2）TNSS初始化配置请求响应消息
BOOT_TNSS_rsp
OAMS—>
TNSS
4.4.2A4接口的具体实现过程
（1）配置管理类请求原语CM_cfge_req
方向:
TNSS
功能:
实现对各子系统被管资源的配置。
说明:
针对不同被管资源的配置，参数区的定义不同。
（2）配置管理类请求响应原语CM_cfg_rsp
OAMS
对CM_cfg_req进行响应，指示配置结果。
如果消息成功返回，则返回值为0，下一位失败原因为空。
如果失败，则返回值为1，下一位返回失败原因。
（3）性能管理类请求原语PM_sts_req
实现对各子系统原始性能数据采集点的性能数据进行采集。
根据RNCOAMS中定义的测量类型进行测量数据的交换。
（4）性能管理类请求响应原语PM_sts_rsp
用消息包返回测量结果值。
如果消息成功返回，则返回值为0。
如果失败，则返回值为1。
（5）维护管理类请求原语MM_req
实现对各子系统被管资源的控制设定、状态查询、跟踪、测试点测试。
针对不同被管资源的维护，参数区的定义不同。
（6）维护管理类请求响应原语MM_rsp
对MM_req进行响应，指示维护结果。
（7）维护管理类请求指示原语MM_ind
用来指示信令跟踪结果。
针对不同的跟踪返回的PDU的字节数将不相同。
（8）告警管理类报告原语FM_report
HSPS、TNSS、RRM向OAMS上报的各种事件，属于自动消息。
告警消
息、系统初始化自检报告、状态变更报告等。
（9）文件传输请求原语FT_req
（10）文件传输请求响应原语FT_rsp
（11）初始化配置请求原语BOOT_req
（12）文件传输读/写请求原语RRQ/WRQ
（13）文件传输数据块原语DATA
OAMS<
一>
（14）文件传输数据块确认原语ACK
（15）文件传输数据块错误指示原语ERROR
OAMS<
—>
（16）文件传输强行终止请求原语FTStop_req
OAMS一>
（17）文件传输强行终止请求响应原语FTStop_rsp
方向：
TNSS一>
第五章传输网络子系统的软件设计
传输网络子系统（TNSS）的设计是RNC总体设计的一部分，主要包括了传输网络子系统中接口模块和控制模块的设计。
由于信令处理模块中的协议大都是商用协议软件，所以在本设计中中对信令处理模块不做过多描述。
5.1传输网络子系统的基本结构
5.1.1在产品中的位置和作用
传输网络子系统位于RNC系统中的信令处理（SP）板上，主要功能如下:
（1）负责局间信令的承载，比如高层局间信令NBAP,RANAP,RASAP之间的传输功能。
（2）局间业务的承载以及局间AAL2业务链路的控制和管理。
包括七号信令协议栈，AAL2信令协议栈和AAL5信令适配协议栈。
5.1.2传输网络子系统的运行环境
传输网络子系统软件运行于SP板上，采用VxWorks操作系统。
SP板为CPCI中的外设CPU卡，它和CPCI中的主CPU板通过CPCI总线方式进行通信，SP板和主CPU板之间的底层通讯功能由通用平台提供。
图5.1主要描述主CPU板和SP板之间的关系以及SP板的工作方式。
图5.1传输网络子系统运行环境
5.1.3传输网络子系统功能和结构描述
传输网络子系统分为以下几个模块:
传输网络层信令处理模块，传输网络层控制模块和传输网络层接口模块。
负责Iu接口、Iub接口、Iur接口的信令传输，Iu接口、Iub接口和Iur接口的AAL2链路的控制和管理。
传输网络子系统结构图如图4.1所示。
由图可知传输网络子系统包括了3个模块:
信令处理模块、接口模块和控制模块，它们之间有三个接口，分别是接口模块与控制模块之间的TNIF1接口，接口模块与信令处理模块之间的TNIFZ接口，信令处理模块与控制模块之间的TNIF3接口。
5.1.4信息流向
接口模块通过G接口从通用平台子系统接收到消息后，通过判断，由此可以得到源消息实体。
如果消息来自操作维护子系统，则调用控制模块的函数进行处理;
如果该消息来自高层信令或者该消息是局间消息，则调用相应的函数解包，然后调用提供的系统函数将消息发送给相应的协议处理。
5.2控制模块的设计
5.2.1控制模块的功能描述
控制模块主要负责整个协议栈的任务初始化，各协议的初始化配置以保证协议能正常运行。
各协议负责向控制模
升级会员 