现代通信技术课程设计.docx
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现代通信技术课程设计
电子信息与电气工程系
课程设计报告
设计类型：
现代通信技术课程设计
设计题目：
CDMA移动通信系统控制设计
系别：
电子信息与电气工程系
年级专业：
07通信工程1班
学号：
********10/********17/********35
学生姓名：
程夺宝/沈奇/闫红超
*******
2010年12月13日
《通信技术综合课程设计》任务书
论文
题目
CDMA移动通信系统控制设计
设计类型
工程技术
导师姓名
胡国华
主要内容及目标
设计一个系统实现CDMA移动通信系统的控制，要求：
1、熟悉CDMA移动通信系统的总体结构；
2、熟悉CDMA移动通信系统实现通信的完整过程；
3、可以通过设计交换机软件控制通信终端信息交互过程；
4、自由发挥其他功能；
5、要求有系统框图，电路原理图，软件流程图，软件代码清单。
具有的设计条件
根据设计要求提供相关的试验环境，需要三台RZ6001试验箱、交换机及电脑。
计划学生数及任务
计划需要3人
1人主要进行CDMA移动通信系统的总体结构设计；
1人主要进行实现CDMA移动通信系统通信的完整过程；
1人主要负责设计实现交换机软件控制通信终端信息交互过程。
计划设计进程
1从接题开始收集资料、准备设计；
2、第1周设计CDMA移动通信系统的总体结构，交换机软件设计，相关电路原理图，制定系统通信实现方案；
3、第2周系统调试和完善，同时编写设计报告。
参考文献
1、李建东等著《移动通信》西安电子科技大学出版社西安2006.7
2、啜钢等编著《移动通信原理与系统啜钢等编著》北京邮电大学出版社北京2005.9
3、张云麟主编《通信网的信令系统》北京大学出版社北京2009.10
4、陈威兵等著《移动通信系统》清华大学出版社北京2010.4
5、袁超伟等著CDMA蜂窝移动通信北京邮电大学出版社北京2003.7
CDMA移动通信系统控制设计
摘要：
CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有的使用者同时使用全部频带（1.2288Mhz），并且把其他使用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞（collision）的问题。
CDMA的优点包括：
CDMA中所提供的语音编码技术，其通话品质比目前的GSM好，而且可以把用户对话时周围环境的噪音降低，使通话更为清晰
本设计中，采用了三台RZ6001移动实验箱、三个基站RZ6002、一个RZ6003移动交换机及两台电脑。
RZ6001移动实验箱相当于CDMA手机。
本设计使用移动实验箱完成信息的发送过程和接收过程，再采用交换机完成信令的接受、信令分析、信令交换、信令发送。
在本系统设计中共有以下三个模块组成：
发送模块、系统控制模块、接受模块。
能实现以下两个基本功能：
系统的监控、系统的控制。
关键字：
移动、通信、系统、交换机、基站、网络
一．方案论证
RZ6001型移动终端实验箱可以自己构成一个自环系统，完成语音、数据（短信）的自环通信。
同时数据还可以通过PC机接入RZ6001实验箱，在RZ6001实验箱完成自环以后又送回PC机。
对于语音的自环通信，实际上完成了对输入的语音进行A/D变换，压缩编码，扩频，无线发送，传播，无线接受，解压缩，D/A变换，然后输出语音信号。
对于数据的自环通信，实际上完成了对输入的数据，压缩编码，扩频，无线发送，传播，无线接受，解压缩，然后输出数据。
两台RZ6001型移动终端实验箱之间也能完成相应的语音何数据的传输。
多台RZ6001型移动终端实验箱与配套的基站RZ6002，交换机RZ6003组成一个移动通信系统之后，其中每台RZ6001型移动终端实验箱都可以和PC机上配套的“移动系统信令实验平台”软件一起完成对移动台开机，关机，主叫，被叫，挂机的信令交互实验。
通过信令交互实验，可以清晰地观察到每种情况下移动台与基站和交换机之间的信令交互过程，加深对移动通信系统的认识。
多台RZ6001型移动终端实验箱与配套的基站RZ6002，交换机RZ6003组成一个移动通信系统，可以完成移动台之间的语音和数据通信。
RZ6001型移动终端实验箱完成语音、数据的处理，和基站的信令交互；基站完成各终端的频率分配和信令分析、处理，以及和交换机之间一起完成跨基站的移动终端实验箱之间的通信，同时将本基站管理移动终端实验箱的状态送往交换机。
交换机终端完成跨基站之间的移动终端实验箱之间的通信管理，同时将各移动终端实验箱的状态送往PC机，PC机上配套移动系统软件对各移动终端实验箱的状态和数据进行显示、分类、存储和分析。
二．工作原理
1．移动通信系统的总体结构
移动通信系统可以分为三个子系统，如移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络和交换子系统（NSS）。
如下图所示：
图1移动通信系统结构示意图
交换网路子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。
基站子系统（BSS）是在一定的无线覆盖区中与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。
移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端（MS）和客户识别卡（SIM）。
移动终端完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。
SIM卡存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。
RZ6001型移动终端实验平台可以与配套的基站，交换机组成一个移动通信系统。
各个移动终端实验平台在系统中作为一个独立的CDMA移动终端。
每个基站管理8个移动终端实验箱，基站主要完成各移动终端实验箱通信的状态登记、存储和频率分配及通信链路的建立，并将移动终端实验箱的状态上传到交换机。
每个基站内的移动终端实验箱之间的通信由基站独立完成，不同基站之间的移动终端实验箱通信通过交换机实现。
交换机将所有移动台的工作状态送到计算机中，计算机上的移动系统软件将这些工作状态记录在数据库中。
移动系统软件可以实时显示各移动台的当前工作状态，也可以对各移动台的通信记录进行查询、分类等分析。
2．CDMA系统框图
图2典型的CDMA系统框图
从该图看出，在CDMA系统中，对每个用户来讲分为上行链路和下行链路。
在上行链路中，为每一个移动用户分配一个地址码，且这些地址码相互正交（或者准正交）。
移动台MS1、MS2、…、MSN分别分配有地址码C1、C2、…、CN。
利用移动码型和移动用户的一一对应关系，基站便可以区分不同用户的信号。
同样，在下行通信链路中，基站发往不同移动用户的信号也用一组正交的地址码C10、C20、…、CN0来进行区分。
移动用户根据分配给自己的对应地址码从下行链路中提取出发送给自己的信号。
地址码可以选择m序列、Gold序列和WALSH序列等。
CDMA系统具有以下的优点：
●大容量
●软容量
●采用多种分集技术
●软切换
●保密性能好
●话音质量高
●较低的发射功率
3．CDMA电路原理图
图3为典型的CDMA电路原理图
图3CDMA电路原理图
4．系统控制
本系统主要由两个模块组成：
移动终端信令模块，移动交换机模块。
移动终端信令模块是通过移动终端信令交互软件来实现的，需要把移动实验箱的计算机串口通过连接线与计算机相连，继而以计算机对移动实验箱实施控制；同样移动交换机也是与计算机通过计算机串口相连接，以交换机软件来实现对交换机实时控制的。
系统控制流程如下：
实验箱A通过发出相应的信令（如呼叫信令、关机信令等），相应的基站接到信令后，通过有线的方式把信令发给交换机，交换机接到命令后作出相应的处理，之后再转发出信令，然后相应的基站接收此信令，并且转接给相应的实验箱B，从而实现整个系统的通信过程。
而系统的控制完全是靠上述两个模块完成，这两个模块的宿体都是计算机，彼此协调，从而使系统的控制得以实现。
三．软件流程
周期中断
非周期中断
中断源分析程序
有
有
执行该命令
否
有
执行该命令
否
空闲等待
四．软件实现
1．移动信令
（1）启动移动终端信令交互软件，出现如图4所示欢迎界面，单击图中所示“开始使用”按钮，得到如图5所示。
图4移动终端信令交互软件欢迎界面
（2）图5为移动终端信令交互示意图，点击“视图”，在“视图”中单击“显示主界面”。
图5移动终端信令交互示意图
（3）图6为移动终端信令交互软件主界面，主界面上有7个不同的按钮，分别为“开机信令”、“关机信令”、“主叫信令”、“被叫信令”、“呼叫释放信令”、“复位”及“漫游信令”。
不同的按钮有不同的功能。
图6移动终端信令交互主界面
（4）单击图6的“开机信令”按钮，得到图7所示。
图7为开机信令过程，开机信令过程若正常结束，会弹出对话框“开机过程完成，已经完成IIMSI附着，手机处于空闲状态”。
这次，观察MSC/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏，目前的状态变为“已附着”。
图7开机信令过程
移动用户做主叫时的信令过程从MS向BTS请求信道开始，到主叫用户TCH指配完成为止。
一般来说，主叫经过几个大的阶段：
接入阶段，鉴权加密阶段，TCH指配阶段，取被叫用户路由信息阶段。
接入阶段主要包括：
信道请求，信道激活，信道激活响应，立即指配，业务请求等几个步骤。
经过这个阶段，手机和BTS（BSC）建立了暂时固定的关系。
鉴权加密阶段主要包括：
鉴权请求，鉴权响应，加密模式命令，加密模式完成，呼叫建立等几个步骤。
经过这个阶段，主叫用户的身份已经得到了确认，网络认为主叫用户是一个合法用户，允许继续处理该呼叫。
取被叫用户路由信息阶段主要包括：
向HLR请求路由信息；HLR向VLR请求漫游号码；VLR回送被叫用户的漫游号码；HLR向MSC回送被叫用户的路由信息（MSRN）。
MSC收到路由信息后，对被叫用户的路由信息进行分析，可以得到被叫用户的局向。
然后进行话路接续。
下面的图2-7-1是两个移动台建立通话并释放的整个信令过程。
下面我们只介绍移动台主叫信令的流程。
当用户输入被叫号码完毕按下发送按钮后，MS将进行一系列动作，首先MS将在随机接入信道（RACH）向BSS发送信道请求消息CHANNELREQUEST，以便申请一个专用信道（SDCCH），BSC为其分配相应的信道成功后，在接入允许信道（AGCH）中通过立即分配消息IMMEDIATEASSIGNMENT消息通知MS为其分配的专用信道，随后MS将在为其分配的SDCCH上发送一个层三消息——CM业务请求消息CMSERVICEREQUEST，在该消息中CM业务类型为移动发起呼叫，该消息被BSS透明的传送至MSC，MSC收到CM业务请求消息后，通过处理接入请求消息通知VLR处理此次MS的接入业务请求，收到业务接入请求后，VLR将首先查看在数据库中该MS是否有鉴权三参组，如果有，将直接向MSC下发鉴权命令，否则，向相应的HLR/AUC请求鉴权参数，从HLR/AUC得到三参组，然后再向MSC下发鉴权命令。
MSC收到VLR发送的鉴权命令后，通过BSS向MS下发鉴权请求AUTHENTICATIONREQUEST，在该命令中含有鉴权参数，MS收到鉴权请求后，利用SIM卡中的IMSI和鉴权算法，得出鉴权结果，通过鉴权响应AUTHENTICATIONRESPONSE消息送达MSC，MSC将鉴权结果回送VLR，由VLR核对MS上报的鉴权结果和从HLR取得的鉴权参数中的结果，如果二者不一致，拒绝此次接入请求，此次呼叫失败；如果二者一致则鉴权通过，鉴权通过后若需要加密，VLR将首先向MSC下发加密命令，然后通知MSC该MS此次接入请求已获通过，MSC通过BSS通知MS业务请求获得通过，然后MSC向MS下发加密命令，该命令内含加密模式，MS收到此命令并完成加密后，回送加密完成消息，到此MS完成了整个接入阶段的工作。
经过接入阶段和鉴权加密过程后，主叫用户的合法身份已经得到确认，已经接入了网络，为继续进行呼叫，需要更为详细的信息，此时MS将发送一个SETUP消息，在此消息中，携带有被叫号码和主叫标识等更为详细的信息，MSC收到此消息后，首先向VLR查询该用户的相关业务信息，VLR根据此次业务类别和开户时MS已经申请的业务信息，决定此次呼叫是否可以继续，如果可以继续，则向MSC回送该用户数据，MSC收到该信息后，通过呼叫继续CALLPROCEEDING消息，经BSS通知MS呼叫在继续处理之中，然后，根据A接口电路情况，向BSC发送指配请求消息，在该消息中选定某条A接口电路，BSC收到该指令后，向BTS、MS指定无线资源，MS收到该指令后，占用成功回送分配完成消息，到此TCH指配阶段完成，本局的无线资源和A接口电路均已成功分配。
MSC收到MS上报的指配完成消息后，进行被叫分析，根据被叫号码，寻址到被叫的HLR，发送路由信息请求消息，HLR收到该消息后，根据被叫IMSI查询得到被叫所在的VLR，向被叫所在的VLR请求漫游号码，被叫所在的VLR在受到请求漫游号码消息后，为对应的MS分配MSRN，然后在请求漫游号码响应消息中回送给HLR，HLR得到该MSRN后，向主叫所在MSC发送路由信息响应消息，MSC从该消息中得到被叫的MSRN，根据MSRN进行局间中继选路，并向被叫所在的MSC发送IAM消息。
至此主叫信令流程基本结束。
在图2-7-1的示意图中主叫MSC获得被叫MS路由信息的过程做了简化。
（5）单击图8的“关机信令”按钮，得到图8所示。
图8为关机信令过程，关机信令过程若正常结束，会弹出对话框“关机结束”。
这时，点击界面上“查看参数列表”，再次观察MSC/VLR列表，可以看到同本MS的IMSI相同的那条记录中“是否附着”一栏，目前的状态变为“未附着”。
图8关机信令过程
（6）单击图6的“主叫信令”，若主叫与被叫建立通信，则信令流程如图9所示。
此外，呼叫建立过程中常常还会遇到一些异常现象：
图9主叫信令双方通信建立过程
1）被叫号码无效时的情况：
主叫过程中，MSC收到SETUP消息后，能够知道被叫号码和主叫标识等更为详细的信息。
当主叫MSC分析SETUP消息发现其中的信息无效时，比如被叫号码为“未分配号码”、“号码已改变”、“无效号码格式（长度不完全）时，MSC将向主叫MS发送ReleaseComplete消息，启动清除程序，释放MSC和MS之间的信令链路。
信令流程如图10所示。
2）被叫忙或者未开机时的情况：
此情况的信令流程如图2-7-4所示：
被叫的MSC收到主叫MSC发送来的初始化地址消息ISUPINITIALADDRESS后，被叫MSC将根据初始化地址消息中包含的被叫用户的信息进行查询。
如果此时被叫忙或者未开机，则向主叫MSC发送ISUPRELEASE消息，收到此消息的主叫MSC则向主叫MS发送DISCONNECT消息，进行链路的释放。
信令流程如图11所示。
3）被叫无应答的情况下的信令流程：
被叫的电话振铃，但是被叫长时间没有应答时的信令流程如图2-7-5所示：
被叫MSC收到主叫MSC发送的初始化地址消息后，寻呼被叫MS并建立和MS之间的信令链路。
若被叫MS振铃，被叫MSC将向主叫MSC发送ISUPADDRESSCOMPLETE地址完成消息。
主叫MSC于是向主叫MS发送Alert消息，实际中，该消息一般由MS翻译成回铃音。
若在一定的时间内，被叫不摘机，被叫MSC将释放MSC和被叫MS之间的链路，并同时向主叫MSC发送ISUPRELEASE消息，主叫MSC收到ISUPRELEASE消息后，也将由网络发起MSC和MS之间的链路释放过程。
信令流程如图12所示。
图10被叫无应答信令过程
图11被叫忙或未开机信令过程
图12被叫无应答信令流程
（7）单击图6的“主叫信令”，若主叫与被叫建立通信，则被叫信令流程如图13所示。
图13被叫信令流程
当一个端局MSC收到它局发送的IAM消息后，为了确定被叫用户是否能够接受此次呼叫，MSC会首先向相应的VLR查询有关该被叫用户的用户信息，如果VLR通过查询用户信息，发现该用户可以接受此次呼叫（未关机且允许接受呼叫），会向MSC发送寻呼命令消息，在该消息中，含有用户的位置信息（LAI），MSC收到此信息后，查询数据，得到控制此位置区的BSC的信令点编码，向相应的BSC下发寻呼命令，BSC通知所控制的BTS在寻呼信道（PCH）下发寻呼请求消息PAGINGREQUEST。
手机一直在侦听该信道，当收到寻呼自身的消息后，在随机接入信道（RACH）上报寻呼响应消息PAGINGRESPONSE，同时MSC向VLR发送处理接入请求消息，VLR首先启动鉴权流程，查看该用户的鉴权参数组，如果VLR中没有该用户的鉴权三参组，VLR会发起向HLR取鉴权参数的过程，否则VLR会直接向MSC发送启动鉴权消息，在启动鉴权消息中含有该用户的一个鉴权三参组（RAND，KC，SERS），MSC收到该消息后，会继续通知对应的BSC、BTS下发鉴权命令，MS收到鉴权请求后，根据SIM卡中的KI，计算出对应的SERS，之后，将SERS在鉴权响应消息中上报MSC，MSC回送至VLR，VLR收到鉴权响应消息后，核对上报的SERS和从HLR得到的三参组中的SERS是否一致，如果一致，向MSC发送接入请求接受消息，通知MSC该用户的此次接入请求被接受。
并通过完成呼叫消息向MSC回送被叫的用户信息；如果不一致，此次呼叫将被拒绝。
由于本实验系统MSC和VLR的功能均在学生平台上实现的，MSC和VLR之间的信令交互过程就省略了。
被叫TCH指配阶段、通话阶段主要信令流程为：
在完成对被叫MS的寻呼后，BS要向MS侧发送SETUP消息，提示将建立呼叫，MS收到该消息后，回送呼叫证实消息CALLCONFIRMED，之后，MSC选择相应的A接口电路，向对应的BSC发送指配请求消息，BSC根据资源情况分配相应的无线资源，并用ASSIGNMENTCOMMAND消息通知MS，MS占用成功后回送指配完成消息ASSIGNMENTCOMPLETE，同时被叫MS开始震铃，向其所在MSC回震铃消息ALERTING，该MSC向主叫所在MSC回地址完成消息ACM，主叫所在MSC向MS发送被叫震铃消息ALERTING，此时主机用户可以听到回铃音；被叫用户如果决定接受此次呼叫，按应答按钮，此动作被手机翻译成为CONNECT消息，向MSC发送，MSC收到该消息后，向主叫MSC发送应答消息（ANC），主叫MSC收到此消息后，向主叫MS发送连接建立请求消息CONNECT，主叫MS相应的向主叫所在MSC回连接证实消息CONNECTACKNOWLEDGE，此消息经被叫MSC传送至被叫MS，于是，本此呼叫开始通话，双方进行通话。
（8）单击图6的“漫游”，若主叫或被叫在异地，则信令流程如图14所示；若主叫或被叫正从一个小区进入另一个小区，即正在进行越区切换，如图15所示。
图14漫游信令过程
图15越区信令过程
（9）主叫与被叫建立呼叫连接后，若主叫挂机，则信令流程如图16所示。
图16挂机信令过程
2．移动交换机
首先启动移动通信软件，得到如图17所示欢迎界面，点击“开始使用”按钮，出现如图18所示。
图17移动通信软件欢迎界面
图18为移动台的工作作状态示意图，其中黄色表示关机、蓝色表示空闲、绿色表示通信准备以及红色表示正在通信。
可以非常方便了解各移动台当前的实验状态。
图18移动台的工作作状态示意图
点击图18中的“详细信息”按钮，得如图19所示，此界面显示当前各移动台的详细工作状态。
可以显示各移动台的电话号码、所属基站、当前工作状态、主叫接通次数、呼叫次数、被叫接通次数、主叫时长、通话时长、被叫时长等详细状态信息。
图19当前各移动台的详细工作状态界面
点击图18中的“历史纪录”按钮，得图20所示，在该窗口可以对历史信息进行分析。
可以分别按照“基站编号”、“电话号码”和“通行时间”以及它们的组合对各移动台的历史记录进行分类显示。
还可以对分类信息按照通信日期所属基站、电话号码或对方号码进行升序或降序排列显示。
图20分类查询各移动台的历史记录界面
点击图20中的“清除数据”，得到图21所示,，可以选择待删除信息的电话号码、所属基站和日期范围。
图21清除数据界面
五．设计小结
转眼间，两周过去。
这两周，我们很累，但确实学到了不少东西！
生活本就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。
劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
通过实习，我们才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我们才意识到老一辈通信设计为我们的社会付出。
我们想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我们想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。
我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？
我们不断的反问自己。
也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。
社会需要我们，我们也可以为社会而工作。
既然如此，那还有什么必要失落呢？
于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。
实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，最终一一解决。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！
同时，也对给过我们帮助的所有同学和各位指导老师再次表示衷心的感谢！
本次设计过程中，我们三人的合作加强了我们各自的团队合作能力。
课程设计指导老师胡国华老师给我们做了细心的指导，在此向胡老师表示感谢！
参考文献
1.李建东等著《移动通信》西安电子科技大学出版社西安2006.7
2.啜钢等编著《移动通信原理与系统啜钢等编著》北京邮电大学出版社北京2005.9
3.张云麟主编《通信网的信令系统》北京大学出版社北京2009.10
4.陈威兵等著《移动通信系统》清华大学出版社北京2010.4
5.袁超伟等著CDMA蜂窝移动通信北京邮电大学出版社北京2003.
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