iDEN系統射頻接口協議分析

2019-11-03 09:25:57

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供稿：網友

肖育苗　謝勝利

　　摘要建立在ip技術基礎之上的VPN（虛擬專用網）正快速成為新一代網絡服務的基礎，眾多的服務供應商都紛紛推出了基于自身VPN傳輸網的各類增值服務。MPLS VPN能夠提供高效和簡捷的VPN服務，本文主要介紹MPLS VPN的實現方式。

　　關鍵詞 iDEN 射頻接口協議棧

1 引言

　　2002年底，我國信息產業部頒布了《數字集群移動通信系統體制》（SJ/T11228-2000）行業推薦標準，確定TETRA和iDEN為我國數字集群的兩種推薦體制。從此以后，人們對集群通信的關注也日益升溫。

　　作為國家推薦的標準體制之一，美國Motorola公司研制和生產的iDEN（integrated Digital Enhanced Network）數字集群移動通信系統將數字調度通信和數字蜂窩通信綜合互聯在一套系統之中，集移動電話、數據傳輸、集群調度和短信息傳輸于一體，具有低功率、大容量、廣域覆蓋等特性。目前，iDEN已成為全球應用最廣的數字集群技術。

　　要了解移動通信系統內部運作的具體情況，必須清楚射頻接口這個必不可少的重要部分。本文主要就是從這個方面入手，概要分析了iDEN系統中射頻接口協議棧的結構以及射頻接口中各層的情況。

2 iDEN RF接口總體結構

　　iDEN RF接口是指iDEN固定網絡設備（FNE）和小區中移動臺（MS）之間的接口，其結構如圖1所示。

　　iDEN RF接口第1層為物理層，主要完成M16-QAM調制過程的協議邏輯；第2層分為介質訪問控制層（MAC）和邏輯鏈路控制層（LLC）兩個子層，主要用于處理具體的信令和完成無線鏈路控制等；第3層及其他高層則主要面向各種不同的服務。

3 iDEN RF接口各層具體分析

　　在集群通信中，射頻接口一般僅對應OSI 7層模型中的下3層，較高層的功能在用戶終端設備中實現。因此，主要對OSI 7層模型下3層提供的服務進行分析介紹。

3.1 第3層服務描述

　　iDEN RF接口的第3層從上到下主要包含了連接管理（CM）、移動性管理（MM）和無線資源管理（RR）3個子層。

　　1. CM子層

　　CM子層包含了一系列協議實體，通過在服務接入點（SAP）相互交換消息和控制信令，為更高層提供了電話業務和調度業務服務的接口。其中，為電話業務服務的實體主要有呼叫控制（CC）實體、補充服務（SS）實體和短消息服務（SMS）實體。CC實體的服務由MNCC-SAP提供，主要用于控制電話和數據的電路模式連接的建立、維持和釋放，以及提供與呼叫相關的補充服務；SS實體的服務在MNSS-SAP獲取，主要提供與呼叫不相關的補充服務；SMS實體的服務由MNSDS-SAP提供，用于在RF接口上傳輸短消息。為調度業務提供服務的CM子層實體為調度呼叫控制（DCC）實體，其服務在MNDCC-SAP獲取，主要用于控制調度呼叫的建立、維持和釋放。

　　2. MM子層

　　MM子層的主要功能是保持更新FNE的位置登記情況，并維持MS中有效的分組或分組數據ID。除此之外，它還可為CM子層提供連接管理，為MS提供一些必要的參數。對應其提供的服務，MM子層包含了TMSI重分配、鑒權及身份識別、IMSI附著/分離、位置登記、周期性更新、調度登記、分組數據登記等多個程序，分別面向不同的具體功能。

　　3. RR子層

　　RR子層主要負責通過第2層和第1層為上層信令或消息提供連接管理，同時，它還可控制各種RF特定功能，如小區選擇、信道分配和越區切換等。

　　對應其服務，RR子層提供的基本程序有RR連接管理程序，如RR連接的建立、傳輸和釋放；調度呼叫程序，包括組呼、單呼和呼叫警示；分組數據相關程序，如分組數據信道的激活、分組會話和分組重接。

　　另外，RR子層還可提供支持MM子層活動的消息服務和連接，包括去激活、分組數據去注冊等。

3.2 第2層服務描述

　　iDEN RF接口的第2層主要分為MAC和LLC兩個子層。下面就分別介紹這兩個子層提供的服務。

　　1. MAC子層

　　MAC子層主要負責在無線鏈路和M16-QAM之間轉換和控制語音及數據信號，并確保各種信號適宜在無線信道上傳輸。為此，MAC子層定義了邏輯信道、RF幀結構和物理信道等內容。

（1）邏輯信道

　　邏輯信道是在對等的邏輯鏈路控制（LLC）實體間交換信息的一種結構。iDEN系統在MAC子層定義的邏輯信道有：

　　· 時隙信息信道（SICH）：用于傳送時隙描述塊（SDB）的下行信道。

　　· 主控制信道（PCCH）：分為廣播控制信道（BCCH）、公共控制信道（CCCH）和隨機控制信道（RACH）。其中，BCCH是用來傳輸小區參數和其他系統信息的下行信道，CCCH用于在出基站方向傳輸尋呼消息、信道分配消息等，而RACH則用于MS的上行隨機接入。

　　· 臨時控制信道（TCCH）：為某一信道上的隨機接入信令提供臨時帶寬，一般用于預留接入。

　　· 專用控制信道（DCCH）：分配給具體MS傳送第3層控制信令的雙向信令信道。

　　· 隨路控制信道（ACCH）：用于在監控相關業務信道的同時，傳送特定的第3層信令消息，其帶寬是通過動態借用TCH的帶寬而獲得。

　　· 業務信道（TCH）：用于傳送用戶的語音和電路模式數據的雙向信道。

　　· 分組信道（PCH）、分組廣播信道（PBCH）：用于支持分組數據傳送。

　　（2）RF接口幀結構

　　iDEN系統采用TDMA接入方式，一個TDMA幀長90ms，分為6個時隙，每個時隙15ms。無論是上行入基站幀，還是下行出基站幀，都是由30 240個時隙構成，幀周期為453.6 s。

　　在出基站幀中，每個出基站時隙都是由連續的15ms數據流構成的，具體包含了同步、導引、色碼和高層的數據信息。而在入基站幀中，入基站時隙的內容根據MS接入的方式而有所不同。

　　當入基站時隙采用隨機接入時，它分成兩個7.5ms的隨機接入子時隙，每個子時隙除了包含同步導引信息以及高層數據信息外，還應包含1.75ms的前置訓練波形和0.75ms的傳輸延時；而對于預留接入的時隙，一般都是用提前發送來防止傳播延遲，故沒有隨后的傳輸延時，可傳送更多的高層信息。

（3）物理信道

　　在iDEN系統中，物理信道由載波號、交織和偏移3個參數唯一確定。其中，載波號是指所使用的載波對；交織（interleave）是指一個物理信道中相鄰時隙號的增加步長；而偏移則給出了一個物理信道的最小時隙號，其取值范圍為0～interleave -1。實質上，物理信道是由這3個參數確定的時隙序列。比如，若在一個給定的載波頻率上想建立一個6∶1的語音呼叫，則分配的物理信道應由SN = [1,7,13,19,……，30 229，30 235 ] 的時隙組成。這個特定物理信道的交織是6，偏移是1。

　　2. LLC子層

　　為了更好地完成控制信令或消息的傳輸， iDEN射頻接口在LLC子層定義了時隙信息程序（SIP）、隨機接入程序（RAP）、隨路控制程序（ACP）、語音信道程序（VCP）、數據信道程序（DCP）和iDEN鏈路控制協議（LAPi）六大程序，分別處理不同的內容：

　　· SIP：在SICH上工作，通過在每個出基站時隙中插入時隙描述塊（SDB），來描述時隙所屬物理信道的分配和使用情況。

　　· RAP：在PBCH和TCCH上工作，通過和它的第3層客戶實體交換源語消息，可提供無連接、無確認的集中式多播傳輸服務。集中式多播指的是入基站時多個MS對一個FNE發消息，而出基站時則是一個FNE給多個MS發送消息。RAP采用時隙ALOHA協議，可有效地解決多個用戶同時接入iDEN網絡時的信道擁塞問題。

　　· ACP：用于為第3層控制信令在DCCH和ACCH上提供傳輸路由。同RAP一樣，ACP亦是通過在它的服務接入點和第3層客戶實體交換源語來對上層提供服務。對客戶消息的傳輸，它既可提供可靠的連接型服務，又可提供無確認的無連接型服務。

　　· VCP：一種用于及時傳送固定大小VSELP編碼語音幀的無確認型優化數據通信協議，在TCH上工作。語音經VSELP壓縮算法編碼后，便進入該程序的處理階段，VCP會對之再進行差錯控制編碼，然后才傳送到MAC子層。

　　· DCP：提供點對點、電路交換、無確認型數據幀傳送，在TCH上工作。

　　· LAPi：一種分組數據協議，可在多個接入信道上提供連接型服務或無確認的無連接型分組數據傳輸服務。

3.3 第1層服務描述

　　iDEN RF接口第1層的主要功能是在抵制RF信道上各種各樣的信道衰減的同時，可靠地完成無線信道上的信息傳輸。因此，這一層主要包含調制、時分復用（TDM）的同步機制以及幅度和相位的恢復機制等方面的內容。

　　1. M16-QAM調制

　　iDEN系統采用的調制方案是Motorola公司在16QAM（16相正交振幅調制）調制技術基礎上自己研發的M16-QAM技術。其基本原理是將傳送的信息比特首先分為Ｍ=4個并聯的頻分復用子信道，然后再經編碼變換成為16QAM的信號，同時插入導引和同步信號符號，每個合成的信息流經過脈沖濾波（PSF）與分路載波一起調制，并在頻分復用器中與其他的副載波信號混合，合成的總信號形成M16-QAM信號。

　　2. 同步機制

　　為了恢復M-QAM信號，接收端必須保持時間同步。為達到這一目的，發射機在調制流中插入了同步符號。具體的同步方案占用了3個調制符號的時間間隔，以便接收端可以容易地檢測到同步符號；然后通過為同步子信道符號選用最優的相位值，就可獲取好的峰值—平均功率比。

　　3. 幅度和相位的恢復機制

　　為恢復M-QAM信號，接收機必須有一個相位和幅度參考。由于移動信道的多徑衰落會使得相關參數隨機變化，故相位和幅度的參考值必須周期性地進行更新。為了達到這一目的，iDEN系統在發射信號中引入了導引序列。導引序列是發射機和接收機都預先知道的一個預定義子信道符號序列。其位置的選定是為了使接收機獲得最佳相位和幅度參考。

　　當收到信號時，接收機會根據接收到的導引子信道符號來判斷信號傳輸的情況，如果導引子信道符號的幅度或相位超出給定的范圍，則說明傳輸中有失真，接收機應做相應調整。

4 結束語

　　綜上所述，iDEN系統射頻接口協議分層明確，各層分別由不同實體或程序模塊實現不同的服務或功能，從整體上可靠地完成了信令或用戶消息在射頻接口上的傳送任務。

　　當前，我國專業移動通信的開發呈現出百花競放的局面，基于各種TDMA、CDMA技術的數字集群移動通信系統方案層出不窮。但作為開發最早、應用最廣、技術也相對成熟的數字集群系統，iDEN系統仍具有很大的借鑒、參考和實用價值。因此，了解iDEN系統射頻接口協議棧的結構以及各層提供的服務，對整體上把握該系統、進一步完善和發展數字集群技術，都具有非常重要的現實意義。

----《中國數據通信》