ＴＤ－ＳＣＤＭＡ無線網絡控制系統——傳輸信道轉換的軟件設計與實現

摘要：分析了TD-SCDMA無線接入系統的主要特征。介紹了TD-SCDMA系統中資源優化的意義以及無線傳輸信道轉換的方法，設計實現了一套根據不同的Qos的進行無線資源與網絡帶寬動態配置的軟件系統。重點介紹了無線傳輸信道轉換的系統結構和主要關鍵技術。

關鍵詞：TD-SCDMA；傳輸信道；Qos；RNC

中圖法分類號：TP309.05文獻標識碼：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準（簡稱3G），自1998年正式向ITU（國際電聯）提交以來，已經歷經十年多的時間，完成了標準的專家組評估、ITU認可并發布、與3GPP（第三代伙伴項目）體系的融合、新技術特性的引入等一系列的國際標準化工作，從而使TD－SCDMA標準成為第一個由中國提出的，以我國知識產權為主的、被國際上廣泛接受和認可的無線通信國際標準。這是我國電信史上重要的里程碑。（注：3G共有三個國際標準，另外兩個是美國主導的CDMA2000，和歐洲主導的WCDMA。）

自2001年3月3GPPR4發布后，TD-SCDMA標準規范的實質性工作主要在3GPP體系下完成。在R4標準發布之后的兩年多時間里，大唐與其他眾多的業界運營商、設備制造商一起，又經過無數次會議討論、郵件組討論，通過提交的大量文稿，對TD-SCDMA標準規范的物理層處理、高層協議棧消息、網絡和接口信令消息、射頻指標和參數、一致性測試等部分的內容進行了一次次的修訂和完善，使得到目前為止的TD-SCDMAR4規范達到了相當穩定和成熟的程度。

今年是TD-SCDMA網絡在中國全面發展的一年，各運營商先后開始了試驗網的大規模建設。這是中國自主3G標準體系發展道路上的重要機遇。為了建設一個3G網絡精品工程并在發展中取得先機，需要全面保障TD網絡質量、業務質量和用戶的完美感知。

2 研究基礎

2.1 UML-RT在實時系統建模中的使用

UML是面向對象的標準建模語言，為適應實時系統開發的新特性。Rational公司對UML進行了擴展，即實時UML(UML-RT)。通過對下列圖例的支持，來解決系統需求分析中提出的問題。

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

2) 交互圖：通過建模的方式，表述對象間通信及其相互作用，實現某一特定系統功能。

3) 同步圖：顯示了系統的多任務及任務間的同步方案。其中包括任務的同步，通信及系統中的互斥資源。

4) 狀態圖：對象動態行為的設計及建模。

5) 系統框架圖：詳細描述了如何由各個模塊組建起整個系統，及模塊間通信，模塊拓撲結構。

2.2 開放的3GPP標準化協議

3GPP（第三代伙伴計劃）是積極倡導UMTS為主的第三代標準化組織，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務功能和網絡總體框架由業務和系統結構組（SA）來確 定，所以SA組有些像總體組。SA負責確定業務需求，以及實現該業務的總體技術方案，并將此要求映射到系統和終端等各部分，也就是下一層面的核心網（CN）組、無線接入網（RAN）組和終端（T）組。具體的協議是由這三個組來完成的。

開發本文所設計系統所需要的具體標準與協議的消息實體均可以通過www.3gpp.org獲得。在這樣一個開放的互聯互通的平臺下，筆者所開發的無線接入網側的設備和核心網與終端的通信接口均可由現行的標準來確定。而在系統內部的開發中，又具有相當大的靈活度，在保證接口唯一的前提下，系統內部實現可以進行合理的優化。

3 系統實現的主要內容與關鍵技術

3.1 系統設計

本次的系統的硬件平臺是基于愛立信的RNC 3810，軟件的開發平臺是OSE實時操作系統。本系統的開發目的在保證用戶Qos的前提下，對TD-SCDMA接入層的無線網絡資源進行自適應動態調整，提升系統的容量，保證大部分網絡資源得到合理的應用。

3.2 系統實現

系統的開發工具是公司推出的實時系統建模工具Rational Rose RealTime，使用的編程語言是C++。Rational Rose RealTime集成了g++編譯器，可以對系統建模的同時，直接生成代碼進行編譯調試。

3.3 系統測試

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

4 系統所使用的關鍵技術

4.1 系統的協議抽象和功能分層

在TD-SCDMA系統的主要包括圖1和圖2中所示幾個層次的協議，系統需要分別對每一個層次的資源進行分析處理。

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圖1 TD-SCDMA協議信道映射 圖2 TD-SCDMA接入層協議

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現不在本文討論范圍之內。

對于RNC與RBS和核心網之間的數據通信主要通過Iub和Iu兩個接口完成。這兩個接口之間的數據傳輸由ATM信元實現，針對不同的Qos服務也要進行不同的配置，為了節約系統資源使用的最優化也要對AAL2和AAL5信元進行動態配置。

4.2 基于UML的實時模型管理

由于實時系統對系統響應時間要求的嚴格性，通用的軟件體系結構和設計方法很難具有通用性。對于本文中設計的網絡資源動態優化系統來說，不但要滿足邏輯的正確性，而且還要滿足時間要求，即在一定的時間內進行相應的處理。同時，系統必須具有很高的可靠性，如果系統出現故障，將可能造成嚴重的后果，這要求系統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，進行系統的模塊化和信息隱藏，這樣可以降低系統的設計復雜度。采用基于組件的軟件體系結構，應用實時系統設計模式，可以提高設計的質量，加快設計的周期。

4.3 不同廠商設備之間信息交互

在TD-SCDMA系統中，不同的設備交互主要使用的是3GPP規范中信令，不同的信令承載不同的消息。其中，消息的構造就是一個關鍵問題，3GPP的消息具有信息實體數目大，表述內容多和信息字段嚴格對齊這些特性。如何準確有效快速的構造一條規范中的消息，并對消息發送的時候進行快速的編碼和在接受消息的時候進行合理的解碼，是目前TD-SCDMA接入設備開發中所遇到的主要難點之。筆者所開發的系統應用于TD-SCDMA的RNC之中，其中與基站、核心網和網管的通信就是十分重要的問題，他們之間消息的構造處理就是系統實現的主要內容之一。

5 系統的實施方案與可行性分析

5.1 實施方案

1) 分析系統運行環境，制定網絡資源的優化方案。

2) 確定協議棧分層結構、定義系統內部接口與內部通信機制。

基于分層結構，TD-SCDMA無線網絡協議可以抽象為四層結構系統，這四層環境的分析包括如下內容：

a) 從總體結構看， 每層實體實現哪些功能，總體結構對它提出什么樣的要求；

b) 下層向上層實體提供什么服務，或者說上層實體向它提出什么要求；

c) 每層包括多少實體，它們采取什么樣的工作方式。

d) 上下兩層之間如何進行互相的交流。

3) 確定協議詞匯、消息構造方法和編碼格式。

4) 制定系統流程規則。

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

6) 系統實現

用UML-RT對系統進行實時性建模，用C++編碼分層實現系統內容。

7) 系統測試

對協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現的協議實體與協議規格的符合程度；性能測試旨在檢測協議實體或系統的性能指標（如：連接時間等）是否在用戶可以忍受的限度內；堅固性測試旨在檢測協議實體或系統在各種惡劣環境下運行的能力。

8) 將系統應用于實際的網絡環境中，測試系統性能

9) 針對出現的問題，對系統進行修改發布補丁包。

5.2 可行性分析

1) TD-SCDMA系統的應用已經進入了大規模商業化階段。UML-RT技術在現有實時系統的開發中應用也相當廣泛。無論是解決已有問題還是未出現問題，從技術層面不會有太大障礙。

2) 項目的思路來源于企業開發產品的實際需要，故本課題得到公司的相關資源的大力支持，為課題實施提供了充分保證。

3) 根據以上分析，無論從資金、技術、時間，還是課題的目標、內容、研究方向上來看，都是切實可行的。

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