摘要：分析了TD-SCDMA無線接入系統(tǒng)的主要特征。介紹了TD-SCDMA系統(tǒng)中資源優(yōu)化的意義以及無線傳輸信道轉(zhuǎn)換的方法，設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一套根據(jù)不同的Qos的進(jìn)行無線資源與網(wǎng)絡(luò)帶寬動態(tài)配置的軟件系統(tǒng)。重點(diǎn)介紹了無線傳輸信道轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主要關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：TD-SCDMA；傳輸信道；Qos；RNC

中圖法分類號：TP309.05文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)28-0073-02

TD-SCDMA Radio Access Controller System——Software Desige and Implementation of Transmission Channel Switching

ZHU Qian

(College of Software Engineering， Southeast University， Nanjing 210096， China)

Abstract: In this paper the features of TD-SCDMA radio access system is analyzed.The significance of resource optimization of TD-SCDMA network and the means of transmission channel switching are introduced. A software system for channel switching based on Qos is designed. The system structure and its key technologies are detailed.

Key words: TD-SCDMA; RAN; Qos; RNC

1 引言

TD-SCDMA作為中國提出的第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)（簡稱3G），自1998年正式向ITU（國際電聯(lián)）提交以來，已經(jīng)歷經(jīng)十年多的時間，完成了標(biāo)準(zhǔn)的專家組評估、ITU認(rèn)可并發(fā)布、與3GPP（第三代伙伴項目）體系的融合、新技術(shù)特性的引入等一系列的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作，從而使TD－SCDMA標(biāo)準(zhǔn)成為第一個由中國提出的，以我國知識產(chǎn)權(quán)為主的、被國際上廣泛接受和認(rèn)可的無線通信國際標(biāo)準(zhǔn)。這是我國電信史上重要的里程碑。（注：3G共有三個國際標(biāo)準(zhǔn)，另外兩個是美國主導(dǎo)的CDMA2000，和歐洲主導(dǎo)的WCDMA。）

自2001年3月3GPPR4發(fā)布后，TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實(shí)質(zhì)性工作主要在3GPP體系下完成。在R4標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后的兩年多時間里，大唐與其他眾多的業(yè)界運(yùn)營商、設(shè)備制造商一起，又經(jīng)過無數(shù)次會議討論、郵件組討論，通過提交的大量文稿，對TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的物理層處理、高層協(xié)議棧消息、網(wǎng)絡(luò)和接口信令消息、射頻指標(biāo)和參數(shù)、一致性測試等部分的內(nèi)容進(jìn)行了一次次的修訂和完善，使得到目前為止的TD-SCDMAR4規(guī)范達(dá)到了相當(dāng)穩(wěn)定和成熟的程度。

今年是TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)在中國全面發(fā)展的一年，各運(yùn)營商先后開始了試驗網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)。這是中國自主3G標(biāo)準(zhǔn)體系發(fā)展道路上的重要機(jī)遇。為了建設(shè)一個3G網(wǎng)絡(luò)精品工程并在發(fā)展中取得先機(jī)，需要全面保障TD網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、業(yè)務(wù)質(zhì)量和用戶的完美感知。

2 研究基礎(chǔ)

2.1 UML-RT在實(shí)時系統(tǒng)建模中的使用

UML是面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)建模語言，為適應(yīng)實(shí)時系統(tǒng)開發(fā)的新特性。Rational公司對UML進(jìn)行了擴(kuò)展，即實(shí)時UML(UML-RT)。通過對下列圖例的支持，來解決系統(tǒng)需求分析中提出的問題。

1) 類圖：在軟件設(shè)計中，表述對象間通信及其相互作用，完成某一特定系統(tǒng)功能。

2) 交互圖：通過建模的方式，表述對象間通信及其相互作用，實(shí)現(xiàn)某一特定系統(tǒng)功能。

3) 同步圖：顯示了系統(tǒng)的多任務(wù)及任務(wù)間的同步方案。其中包括任務(wù)的同步，通信及系統(tǒng)中的互斥資源。

4) 狀態(tài)圖：對象動態(tài)行為的設(shè)計及建模。

5) 系統(tǒng)框架圖：詳細(xì)描述了如何由各個模塊組建起整個系統(tǒng)，及模塊間通信，模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.2 開放的3GPP標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議

3GPP（第三代伙伴計劃）是積極倡導(dǎo)UMTS為主的第三代標(biāo)準(zhǔn)化組織，歐洲ETSI，美國T1，日本TTC，ARIB和韓國TTA以及我國CCSA都作為組織伙伴（OP）積極參與了3GPP的各項活動。

3GPP基本每一年出臺一個版本（Release），對于該版本的總體業(yè)務(wù)功能和網(wǎng)絡(luò)總體框架由業(yè)務(wù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組（SA）來確 定，所以SA組有些像總體組。SA負(fù)責(zé)確定業(yè)務(wù)需求，以及實(shí)現(xiàn)該業(yè)務(wù)的總體技術(shù)方案，并將此要求映射到系統(tǒng)和終端等各部分，也就是下一層面的核心網(wǎng)（CN）組、無線接入網(wǎng)（RAN）組和終端（T）組。具體的協(xié)議是由這三個組來完成的。

開發(fā)本文所設(shè)計系統(tǒng)所需要的具體標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的消息實(shí)體均可以通過www.3gpp.org獲得。在這樣一個開放的互聯(lián)互通的平臺下，筆者所開發(fā)的無線接入網(wǎng)側(cè)的設(shè)備和核心網(wǎng)與終端的通信接口均可由現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)來確定。而在系統(tǒng)內(nèi)部的開發(fā)中，又具有相當(dāng)大的靈活度，在保證接口唯一的前提下，系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)可以進(jìn)行合理的優(yōu)化。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計

本次的系統(tǒng)的硬件平臺是基于愛立信的RNC 3810，軟件的開發(fā)平臺是OSE實(shí)時操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)的開發(fā)目的在保證用戶Qos的前提下，對TD-SCDMA接入層的無線網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整，提升系統(tǒng)的容量，保證大部分網(wǎng)絡(luò)資源得到合理的應(yīng)用。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的開發(fā)工具是公司推出的實(shí)時系統(tǒng)建模工具Rational Rose RealTime，使用的編程語言是C++。Rational Rose RealTime集成了g++編譯器，可以對系統(tǒng)建模的同時，直接生成代碼進(jìn)行編譯調(diào)試。

3.3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)的測試主要包括兩個方面，在開發(fā)的前期進(jìn)行系統(tǒng)的模塊化測試，對每一個功能模塊進(jìn)行白盒的流程性測試，保證系統(tǒng)方面流程的正確。在開發(fā)的后期，主要進(jìn)行集成測試和壓力測試，這一個階段的主要目的是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場使用方面的問題，并進(jìn)行修正。

4 系統(tǒng)所使用的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 系統(tǒng)的協(xié)議抽象和功能分層

在TD-SCDMA系統(tǒng)的主要包括圖1和圖2中所示幾個層次的協(xié)議，系統(tǒng)需要分別對每一個層次的資源進(jìn)行分析處理。

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圖1 TD-SCDMA協(xié)議信道映射 圖2 TD-SCDMA接入層協(xié)議

RRC（無線資源控制層）通過配置無線承載（Radio Bearer）的方式來改變用戶所使用的RLC資源（無線鏈路控制）；同時RLC通過邏輯信道來配置MAC層資源；MAC層與物理層的互相映射主要由硬件實(shí)現(xiàn)不在本文討論范圍之內(nèi)。

對于RNC與RBS和核心網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通信主要通過Iub和Iu兩個接口完成。這兩個接口之間的數(shù)據(jù)傳輸由ATM信元實(shí)現(xiàn)，針對不同的Qos服務(wù)也要進(jìn)行不同的配置，為了節(jié)約系統(tǒng)資源使用的最優(yōu)化也要對AAL2和AAL5信元進(jìn)行動態(tài)配置。

4.2 基于UML的實(shí)時模型管理

由于實(shí)時系統(tǒng)對系統(tǒng)響應(yīng)時間要求的嚴(yán)格性，通用的軟件體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法很難具有通用性。對于本文中設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)來說，不但要滿足邏輯的正確性，而且還要滿足時間要求，即在一定的時間內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的處理。同時，系統(tǒng)必須具有很高的可靠性，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將可能造成嚴(yán)重的后果，這要求系統(tǒng)不僅要具有一定的正確性，而且還要有良好的健壯性。

在本課題中，將通過對UML-RT的使用，進(jìn)行系統(tǒng)的模塊化和信息隱藏，這樣可以降低系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜度。采用基于組件的軟件體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用實(shí)時系統(tǒng)設(shè)計模式，可以提高設(shè)計的質(zhì)量，加快設(shè)計的周期。

4.3 不同廠商設(shè)備之間信息交互

在TD-SCDMA系統(tǒng)中，不同的設(shè)備交互主要使用的是3GPP規(guī)范中信令，不同的信令承載不同的消息。其中，消息的構(gòu)造就是一個關(guān)鍵問題，3GPP的消息具有信息實(shí)體數(shù)目大，表述內(nèi)容多和信息字段嚴(yán)格對齊這些特性。如何準(zhǔn)確有效快速的構(gòu)造一條規(guī)范中的消息，并對消息發(fā)送的時候進(jìn)行快速的編碼和在接受消息的時候進(jìn)行合理的解碼，是目前TD-SCDMA接入設(shè)備開發(fā)中所遇到的主要難點(diǎn)之。筆者所開發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)用于TD-SCDMA的RNC之中，其中與基站、核心網(wǎng)和網(wǎng)管的通信就是十分重要的問題，他們之間消息的構(gòu)造處理就是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要內(nèi)容之一。

5 系統(tǒng)的實(shí)施方案與可行性分析

5.1 實(shí)施方案

1) 分析系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，制定網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化方案。

2) 確定協(xié)議棧分層結(jié)構(gòu)、定義系統(tǒng)內(nèi)部接口與內(nèi)部通信機(jī)制。

基于分層結(jié)構(gòu)，TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以抽象為四層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，這四層環(huán)境的分析包括如下內(nèi)容：

a) 從總體結(jié)構(gòu)看， 每層實(shí)體實(shí)現(xiàn)哪些功能，總體結(jié)構(gòu)對它提出什么樣的要求；

b) 下層向上層實(shí)體提供什么服務(wù)，或者說上層實(shí)體向它提出什么要求；

c) 每層包括多少實(shí)體，它們采取什么樣的工作方式。

d) 上下兩層之間如何進(jìn)行互相的交流。

3) 確定協(xié)議詞匯、消息構(gòu)造方法和編碼格式。

4) 制定系統(tǒng)流程規(guī)則。

5) 系統(tǒng)邏輯驗證（對協(xié)議本身的邏輯正確性進(jìn)行校驗， 在協(xié)議開發(fā)的早期最大程度地檢測和糾正協(xié)議錯誤和缺陷， 包括避免死鎖、不可執(zhí)行的行為、協(xié)議外部性能不符合服務(wù)要求等問題。）

6) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

用UML-RT對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時性建模，用C++編碼分層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)容。

7) 系統(tǒng)測試

對協(xié)議的測試包括三個方面：一致性測試、性能測試和堅固性測試。其中，一致性測試旨在檢測所實(shí)現(xiàn)的協(xié)議實(shí)體與協(xié)議規(guī)格的符合程度；性能測試旨在檢測協(xié)議實(shí)體或系統(tǒng)的性能指標(biāo)（如：連接時間等）是否在用戶可以忍受的限度內(nèi)；堅固性測試旨在檢測協(xié)議實(shí)體或系統(tǒng)在各種惡劣環(huán)境下運(yùn)行的能力。

8) 將系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，測試系統(tǒng)性能

9) 針對出現(xiàn)的問題，對系統(tǒng)進(jìn)行修改發(fā)布補(bǔ)丁包。

5.2 可行性分析

1) TD-SCDMA系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入了大規(guī)模商業(yè)化階段。UML-RT技術(shù)在現(xiàn)有實(shí)時系統(tǒng)的開發(fā)中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。無論是解決已有問題還是未出現(xiàn)問題，從技術(shù)層面不會有太大障礙。

2) 項目的思路來源于企業(yè)開發(fā)產(chǎn)品的實(shí)際需要，故本課題得到公司的相關(guān)資源的大力支持，為課題實(shí)施提供了充分保證。

3) 根據(jù)以上分析，無論從資金、技術(shù)、時間，還是課題的目標(biāo)、內(nèi)容、研究方向上來看，都是切實(shí)可行的。

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