（信号与信息处理专业论文）基于hsdpa的nodebtester冲击测试平台研究与实现.pdf

摘要 w c d m a 是世界范围内应用最广也是最成熟的3 g 技术，是各个通信 设备厂商的主要利润来源。从3 g 设备的部署角度看，基站n o d e b 的 数量最多，也是合同中最大的部分。n o d e b t e s t e r 是我国某一著名 通信厂商的基站n o d e b 的测试设备，它主要是模拟w c d m a 的无线网络 控制器r n c ，在i u b 口对n o d e b 进行全面的测试。 本文基于作者在n o d e b t e s t e r 冲击测试平台研发中的工作，对 如何有效的测试n o d e b 的性能和稳定性进行了研究。本文阐述了用四 种不同分布的随机数模拟真实通信环境中的几种主要的技术指标：u e 数量、呼叫起始时间、n b a p 保持时间、无线链路i d 、小区i d 、h s d p a 下行数据速率，产生随机的测试实例。并提出设计一个可编程脚本解 释器，使测试人员能够以脚本的形式组织每一个测试实例的测试逻 辑，统计冲击测试中的中间结果，对基站的功能和性能进行分析。本 文在上述研究的基础上，系统分析了测试人员对n o d e b t e s t e r 的功 能和操作需求，设计并实现了一个基于h s d p a 的n o d e b t e s t e r 冲击 测试平台。这个冲击测试平台以流程图的形式组织测试脚本，用数据 库配置冲击测试中的各种随机的技术指标，由冲击测试平台生成可以 近似模拟真实环境的测试实例，对n o d e b 发起冲击测试。 这个冲击测试平台有效的提高了n o d e b t e s t e r 在h s d p a 性能测 试方面的表现，方便测试人员组织测试逻辑和积累测试用例。通过实 际部署和运行情况表明这个冲击测试平台表现良好，有效的保障了 n o d e b 的质量。 关键词可编程脚本解释器，随机冲击测试，模型驱动开发，h s d p a a bs t r a c t 、凡忙d m ai st h em o s tw i d e l ya n dm a t l l r e3 gt e c h n 0 1 0 9 yi nt h ew o r l d ， i t st h em a i ns o u r c eo fp r o f i to fc o m i n u n i c a t i o ne q u i p m e n tm a n u f a c t l l r e r s f r o mt h ep e r s p e c t i v eo ft h ed e p l o ”n e n to f3 ge q u i p m e n t ，n o d e b ( t h e b a s es t a t i o n ) i su s e dm o s tw i d e l y ，a n di st h eb i g g e s tp a r to ft h ec o n t r a c t n o d e b 1 e s t e ri st h em a i nt e s te q u i p m e n to fn o d e bi naf a m o u s m a n u f a c t u r e r i tm a i n l ys i m u l a t e sr n c ( r a t i on e 俩o r kc o n t r o l l e r ) t od o c o m p r e h e n s i v et e s to nt h ei u bi n t e 渤c ei nw c d m an e 撕o r k b a s e do nt h er & dw o r ko fn o d e b t e s t e ri m p a c tt e s tp l a t f o n no f t h ea u t h o r t h i sp a p e rd i ds o m er e s e a l c ho nh o wt ot e s tt h ep e 响m a n c e a n ds t a b i l i t yo fn o d e be 币c i e n t ly t h i sp a p e re x p o u n d st l l ev i e wt h a t u s i n gf o u rd i n e r e n t k i n d so fd i s t r i b u t i o nr a n d o mn u m b e rt os i m u l a t e s e v e r a lm a i o rt e c h n i c a li n d i c a t o r ss u c ha sn u m b e ro fu e ，c a l l i n gs t a r t t i m e ，n b a ph o l d i n gt i m e ，w i r e l e s sl i n ki d ，c e l li d ，a n dd o w n l i n kd a t ar a t e o fh s 【) i j at og e n e r a t et h er a n d o mt e s ti n s t a n c e m o r e o v e r d e s i g na p r o g r a m m a b l es c n p ti n t e 叩r e t e r ，t h e r e f o r e ，t e s t e r sc a no 玛a n i z et h et e s t i n g l o g i co ft h et e s ti n s t a n c eb ys c r i p ta n da u d i tt h et e s t i n gi e s u l tt oa n a l y s e 如n c t i o n a l i t ya n dp e 墒m a n c eo fn o d e b o nt h eb a s i so fa b o v er e s e a r c h ， t 1 1 i sp a p e ra n a l y s e st h e 如n c t i o n a la n do p e r a t i o n a ln e e d so fn o d e b t e s t e r ， w h a t sm o r e ， d e s i g n sa n di m p l e m e n t st h ei m p a c t t e s tp l a t f o r mi n n o d e b t e s t e rb a s e do nh s d p a t h i sp l a t f o mo r g a n i z e st h et e s ts c r i p tb y n o wc h a r t ，c o n f i g u r e st h er a r d o mt e c h n i c a l i n d i c a t o r sb yd a t a b a s ei n 也e i i l l p a c tt e s t i n g t h i sp l a t f o n nc a na p p r o x i m a t e l ys i m u l a t et h er e a l e n v i r o n m e n tt o2 e n e r a t er 肌d o mt e s ti n s t a n c ef o ri m p a c t i n go fn o d e b t h i sp l a t f - o mi m p r o v e st h en o d e b t e s t e r sp e 响m a n c ei nh s d p a t e s t i n g i t sa 伊e a tc o n v e l l i e n c et oo 玛a n i z et e s tl o g i ca n da c c u r n u l a t et e s t c a s e t h ea c t u a ld e p l o n e n ta n do p e r a t i o ni n d i c a t et h a tt h i sp l a t f o r mc a n e f - f e c t l yi m p r o v et h eq u a l i t yo fn o d e b k e yw o i m sp r o g r a m m a b l es c r i p ti n t e 印r e t e r s t o c h a s t i ci n l p a c tt e s t ， m o d e ld 打v e rd e v e l o p m e n t ，h s d p a h 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：鹭毫 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学 位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以 采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论弗一早三百下匕 第三代移动通信系统从2 0 0 0 开始商用，2 0 0 4 年开始在世界范围内逐步步入 规模商用阶段。截至2 0 0 7 年1 月底，全球已经有1 0 9 个国家的2 6 3 个运营商部 署了3 g 商用网络，全球提供的3 g 主要数据服务超过了4 3 2 种。全球g s m 用户截 至0 6 年9 月已经超过2 1 0 4 亿，占了全球移动用户的8 3 ，w c d m a 使用与g s m 相同的网络协议结构，这样将能够使用现有的g s m 网络作为核心网络基础设施。 因此使用w c d m a 标准的技术为g s m 运营公司节约了网络升级成本，w c d m a 技术商 用越来越普及。w c d m a 作为应用最广泛和最成熟的3 g 技术，在各个设备制造商 的研发中都非常重视，在w c d m a 网络建设中基站n o d e b 的数量最多，是主要利润 来源和竞争焦点。 研究生阶段我有幸作为实习生，在我国某著名通信设备厂商从事w c d m a 的 n o d e b t e s t e r 研发工作。由于h s d p a 测试需求日益强烈，n o d e b t e s t e r 需要一 个能够近似模拟真实商用环境，支持h s d p a 的冲击测试的平台，以此来支撑新一 代产品的研发、测试和缺陷验证。测试人员反映希望这个冲击测试平台可以支持 脚本编程功能，以便完备的进行拷机测试和有效的帮助测试人员积累测试用例。 我作为n o d e b t e s t e r 的主要研发人员参与设计并负责实现了这个基于 h s d p a 的n o d e b t e s t e r 冲击测试平台。在整个研发过程中就真实商用环境、随 机冲击测试、可编程测试脚本等进行了研究。最终提出了相应的方案，并设计实 现了这个基于h s d p a 的n o d e b t e s t e r 冲击测试平台。 1 2 研究背景及研究意义 w c d m a 的r 9 9 协议相对于g s m g p s rb s s 而言引入了全新的无线接入网 u t r a n ( u n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k ，通用地面无线接入网) ， 信号带宽为5 心z ，码片速率为3 8 4 m c h i p s ，每小区下行业务带宽支持2 m b p s 左 右；r 5 版本引入了h s d p a ( h i 曲s p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s ，高速下行链 路分组接入) 技术【l 】，采用1 6 q a m 调制方式，较大提高了频谱利用效率，使小区 下行峰值速率能达到1 3 9 m b p s 水平，其物理层峰值速率达1 4 4 m b p s ；r 6 版本则 引入了增强型上行链路技术，又可称为h s u p a ( h i g hs p e e du p l i n kp a c k e t a c c e s s ，高速上行链路分组接入) 技术，使小区上行峰值速率能达到5 7 6 m b p s 水平：在r 7 中引入了m i m 0 技术，可以在同一个频带上通过多个发射和接收天线 硕士学位论文第一章绪论 分别同时发送和接收信号，从而成倍提高系统容量和频谱利用效率，适应了未来 移动通信系统中高速率业务的需求。在l t e 研究项目中引入了o f d m ( o r t h o g o n a l f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，正交频分复用) 技术，其特点是子载波具 有正交性，允许子信道的频谱相互重叠，从而最大限度利用频谱资源，使小区下 行峰值速率能达到1 0 0 m b p s ( 注意是：1 0 0 m b p s 使用的是2 0 删z 带宽，本书中提 的h s d p a 速率都以5 删z 带宽作为基准) ，上行能达到5 0 m b p s ，将成为3 g 演进型 系统( 如b e y o n d3 g 、3 9 g 、e 3 g ) 的核心技术基础。 3 03 5 【j3 9 【j 4 【j 图卜1 无线接入网演进路线 从图卜1 中可以看到，作为3 5 g 的基础技术h s d p a ，已经日益广泛的商用。 基站在h s d p a 业务下的稳定性迫切需要测试和评估，相应的测试设备研发需求日 益强烈。从上面的演进路线我们可以看到，无线接入网的演进趋势是分组业务越 来越重要，分组通信速率越来越高。如何使测试设备能够使用能够仿真商用通信 环境的高速信令和数据，冲击基站n o d e b 成为了一个新的研究课题。这个课题的 研究成果还可以应用于h s u p a 和l t e 的研发测试。 3 g p p 的协议的不断演进，如果等着测试设备公司生产出相应的测试工具， 产品研发就会滞后：并且如果不能在新产品研发之前拿出相应的验证方案，也就 不能使用测试来驱动产品研发。每个公司都有差异化产品来提高竞争力，而测试 设备公司的测试设备是无法引入各个公司的研发过程，更不会涉及到差异化产品 测试，所以各个厂商都有必须自己的测试设备，像安捷伦之类的测试设备公司的 测试器只是用于产品成型后的基本功能检验。 n o d e b t e s t e r 是w c d m a 基站n o d e b 的测试设备。这个设备实现了i u b 口的 协议栈，通过测试人员的操作可以对基站n o d e b 的协议一致性、性能、u u 口的 无线性能指标进行验证，还可以通过脚本对基站进行简单的高速率信令冲击测 试。 测试设备只有能够模拟真实的通信环境，那么测试才有意义。本文就是在 2 硕士学位论文第一章绪论 一个实际的项目的基础上提炼出来的，这个项目设计并实现一个冲击测试平台。 这个测试平台要可以近似模拟真实的商用环境下用户的通信行为，有效的对 n o d e b 发起冲击测试，并且这个测试过程是可以编程的，这个平台还将提供一个 可视化图形编程环境，以方便用户的操作。 当这个基于h s d p a 冲击测试平台实现之后，n o d e b t e s t e r 就可以有效的验 证n o d e b 的稳定性和性能，给出一个衡量指标，并且这个平台很容易就可以扩展 到h s u p a 和l t e 的高速分组冲击测试中。由于这个平台支持图形界面编程，所以 新员工和测试人员很容易上手，不需要严格的学习脚本解释器的语法规则，还可 以以脚本程序的形式积累测试用例，对测试经验的积累非常有帮助。本文提出的 基于h s d p a 的n o d e b t e s t e r 冲击测试平台可以有效的加速n o d e b 的研发过程， 提高n o d e b 的质量和竞争力，为我国成为通信强国作出贡献。 1 3 内容组织与安排 本文共分为五章。第一章为绪论，主要介绍了本课题的研究背景及意义。第 二章主要介绍h s d p a 的基本原理和n o d e b t e s t e r 的基本功能和系统架构，详述 了n o d e b t e s t e r 在w c d m a 基站n o d e b 测试中的位置和功能。第三章通过对h s d p a 的研究，提出了近似模拟真实商用环境进行冲击测试的思想和评估方法，并评估 了添加冲击测试功能可能会对原有n o d e b t e s t e r 系统带来的影响。第四章介绍 n o d e b t e s t e r 冲击测试平台的设计与实现。最后，第五章概括全文，对课题组 的研究工作进行了总结，并指出了今后研究工作的方向。 硕士学位论文第二章h s d p a 基本原理和n o d e b t e s t e r 系统架构 第二章h s d p a 基本原理和n o d e b t e s t e r 系统架构 截止到2 0 0 6 年8 月，全球已经有3 6 个国家和地区的5 7 个h s d p a 网络投入 商用，而g s a ( g 1 0 b a lm o b i l es u p p l i e r sa s s o c i a t i o n ，全球移动供应商协会) 的预测是在2 0 0 6 年底，将达到8 0 张h s d p a 商用网络。新网络的不断铺开，代表 着一轮接一轮的h s d p a 投资热潮正在开始【2 8 1 。从2 0 0 6 年开始，h s d p a 商用网络 数量增加的速度明显加快，欧洲很多u m t s 运营商将在2 0 0 6 年把w c d m a 网络升级 到支持h s d p a 。 2 1 扩频通信和w c d m a 基本原理 w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，宽带码分多址接入) 标准是由3 g p p 组织制定的，采用直接扩频技术，支持f d d 和t d d 两种双工方式， 是3 g 的3 大标准中最主流的技术，得到了最广泛的应用和部署。 2 1 1 扩频通信技术原理 扩频通信是3 g 通信的基础，在3 g 的3 个标准w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 中都得到了广泛应用。扩频技术就是将要发送的信息频谱扩展到一个很宽的带宽 上进行发射，接收端则使用相关解调技术将接收到的信号解调到原始的窄带信 号。如下图2 1 所示，扩频通信系统是一个抗干扰通信系统。由于在传输过程中， 信息信号被扩展到很宽的频带上，基本上是被淹没在噪声中。传输过程中引入的 噪声相当于窄带信号，解扩的过程对于扩频的信息信号相当于解扩恢复，而对于 窄带噪声信号则相当于扩频，这就过滤掉了传输过程中引入的噪声信号【2 0 】。 基带信号频谱 厦) 图2 1 扩频通信的抗干扰原理 4 硕士学位论文第二章h s d p a 基本原理和n o d e b t e s t e r 系统架构 w c d m a 移动通信系统采用基于扩频技术的码分多址接入技术，通过给不同的 用户分配不同的扩频序列来区分相同频率和时隙的用户。接收端采用和发送端完 全相同的扩频序列对接收信号进行解扩。采用扩频技术的w c d m a 系统具有抗干扰 性好、抗多径衰落、保密性高、容量大、频谱资源利用率高等优点。 2 1 2w c d m a 系统架构 w c d m a ( w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，宽带码分多址接入) 标准是由3 g p p 组织制定的，采用直接扩频技术，支持f d d 和t 叻两种双工方式。 目前w c d m a 已经推出r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 多个标准版本，其r 9 9 版本协议在高速移 动的状态下可提供3 8 4 k b p s 的传输速率，在低速或是室内环境下最高传输速率可 高达2 m b p s 。g s m g p r s 系统的最高传输速率只有1 7 1 2 k b p s ，g s m e d g e 采用8 p s k 调制后，可以达到4 7 3 k b p s 的速率，固定线路m o d e m 也只能提供5 6 k b p s 的传输 速率，由此可见w c d m a 是一种宽带无线通信技术【4 】。 w c d m a 系统包括三部分：核心网( c n ) ，u m t s 无线接入网( u t i 洲) ，用户设 备( u e ) 。依据w c d m a 系统的网络参考模型可知，c n 、u t r a n 、u e 之间的功能模 块彼此独立，彼此之间的联系通过标准接口来完成。彼此独立的好处是各个系统 可以独立部署、演进，另外各个功能实体之间也采用标准接口，有利于各个厂商 的设备间互连互通。 c 。r c n e 咖r k - i u 一- i u r n s r n s u t r a p r n c i u r r n c - - b 划b 划b 劐b 划 图2 2w c d 姒网络参考模型 一、w c d m a 体系结构 ( 1 ) 核心网( c n ) 核心网包含移动交换中心服务器拜访位置寄存器( m s cs e r v e r v l r ) ，网 关移动业务交换中心服务器( g m s cs e r v e r ) ，媒体网关( m g w ) ，归属签约服务器 ( h s s ) ，服务g p r s 支持节点( s g s n ) ，网关g p r s 支持节点( g g s n ) ，鉴权中心 ( a u c ) ，移动设备识别寄存器( e i r ) 等8 个部分； 硕士学位论文 第二章h s d p a 基本原理和n o d e b t e s t e r 系统架构 ( 2 ) 无线接入网( u t i 洲) u t r a n 包含无线网络控制器( r n c ) 和基站n o d eb ，r n c 用于对无线资源进 行管理，n o d eb 用于发送和接收信号； ( 3 ) 用户设备( u e ) 是整个系统中由用户使用的部分，用户使用u e 来通过网络获得移动服务。 u e 可以是独立的设备，也可以是与之相连的终端设备，比如便携式电脑等。 二、各个部分之间的接口 ( 1 ) c n 和u t r a n 之间的接口为i u 接口 电路域( c s ) 和分组域( p s ) 业务在核心网内部分为不同功能处理模块，因 此也可分为i u c s 和i u p s 接口；c n 和u t r a n 之间的消息交互并不区分c s 与p s ， 至于c s 和p s 的消息和数据分发由c n 内部处理。 ( 2 ) u t i 洲和u e 之间的接口为u u 接口 用于系统和u e 之间进行消息交互和数据传输。 三、u t r a n 的组成和功能 u t r a n 无线接入网络包括一个或多个无线网络子系统( r n s ) ，一个r n s 由r n c 和n o d eb 构成【4 1 。r n c 和n o d eb 之间通过i u b 口相连，r n c 之间可通过i u r 接 口相连。每个r n c 负责管理所辖的小区的无线资源以及和其他功能实体进行消息 交互和数据传输。 ( 1 ) u t i 洲的功能 用户数据传输功能、同步功能、系统消息广播、无线资源管理功能、移动功 能、系统接纳控制功能、无线信道加密和解密功能、完整性保护功能、广播和多 播功能、r a n 消息管理功能。 ( 2 ) r n c 的功能 r n c 是负责控制u t r a n 资源的网元，它负责无线资源控制协议处理( r r c 层) 、 用户数据的每层协议栈的处理( p d c p 层、r l c 层、m a c 层协议栈) 以及 r a n a p r a s a p i u b 口的消息进程的处理。r r c 层用于控制u e 和u t r a n 之间的消息 进程、资源控制和移动性管理等。 ( 3 ) n o d e b 的功能 n o d e b 主要功能进行空口物理层的处理，如c r c 校验、信道编解码、速率匹 配、交织解交织、分段、扩频解扩、加扰去扰等，另外对于专用信道由n o d e b 来执行内环功控，n o d e b 负责空口下行数据的发送和上行数据的接收等功能。对 于h s d p a 系统，n o d e b 增加了快速分组调度( 2 m s ) 、混合自动重传( h a r q ) 和自适 应调整码率( a m c ) 的功能，可以提高系统分组域的容量和降低系统的时延。 6 硕士学位论文第二章h s d p a 基本原理和d e b t e s t e r 系统架构 2 2 高速下行链路分组接入技术h s d p a h s d p a ( h i 曲s p e e dd o w n l i n kp a c k a g e sa c c e s s ，高速下行链路分组技术) 是实现提高w c d m a 网络高速下行数据传输速率最为重要的技术，是3 g p p 在r 5 协 议中为了满足上下行数据业务不对称的需求提出来的【_ 7 1 ，它可以在不改变已经建 设的w c d m a 系统网络结构的基础上，大大提高用户下行数据业务速率( 理论最大 值可达1 4 4 m b p s ) ，该技术是w c d m a 网络建设中提高下行容量和数据业务速率的 一种重要技术。h s d p a 不但支持高速不对称数据服务，而且在大大增加网络容量 的同时还能使运营商投入的成本最小化。它为u m t s 更高数据传输速率和更高容 量提供了一条平稳的演进途径【2 5 】【2 6 1 ，就如在g s m 网络中引入e d g e 一样【3 1 。 2 2 1h s d p a 技术特点 n o d e8i u bc r n a s r n c 图2 3h s d s c h 传输信道的协议模型r 如图2 3 所示，h s d p a 作为w c d m a 在下行的增强技术，在体系结构中与r 9 9 最大的不同是增加了一个新的姒c 子层，即m a c h s 子层，该子层负责调度以及 流控处理【1 1 】【2 6 1 。n o d e b 的m a c h s 实体通过u u 口将m a c _ h sp d u 传递给u e 的对等 实体m a c - h s 。r n c 的m a c d 实体通过h s d s c hf p 协议将m a c dp d u 传递给n o d e b 的m a c h s 实体。 在n o d e b 中引入m a c _ h s 子层的主要原因包括【2 9 】： 1 多用户的快速调度； 2 减少重传时延，提升用户的业务感受： 3 提高a m c 技术链路自适应性能：根据信道质量来调整调制和编码方式， 其性能对信道质量上报时延非常敏感，时延越大链路自适应性能越差。 h s d p a 除了物理层重传外，同时还支持r l c 层( 无线链路控制子层) 重传。 r l c 层负责对物理层丢包进行重传，可以根据业务特性选择是否进行r l c 层重传。 对于时延要求较高、丢包要求较低的业务不需要r l c 层重传( r l cu m ) ，而对于 丢包要求较高、时延要求较低的业务则需要r l c 层重传( r l ca m ) 。 7 硕士学位论文第二章h s d p a 基本原理和n o d e b t e s t e r 系统架构 在r 9 9 中，最低层的重传为r l c 层重传。r l c 层重传时延包含了物理层处理 时延以及i u b 口重传的时延，其中i u b 口的重传时延占的比重较大。物理层重传 比r l c 重传更快速，因此h s d p a 的业务时延比r 9 9 更优【1 1 。 h s d p a 的物理层使用2 m s 的短帧，r 9 9 使用1 0 m s 、2 0 m s 、4 0 m s 和8 0 m s 的长 t t i ，所以h s d p a 物理层时延比r 9 9 物理层低很多。h s d p a 的环回时延( r t t ，r o u n d t r i pt i m e ) 时延可以低至7 0 8 0 m s 左右，而r 9 9 的r t t 在1 2 0 1 5 0 m s 左右。 2 2 2h s d p a 引入的新技术 一、h s d p a 引入的信道 为了实现h s d p a 的功能特性，3 g p p 在r 5 协议的物理层规范中引入了三种新 的信道： ( 1 ) 高速下行共享物理信道( h s p d s c h ) 。 h s p d s c h 信道是下行物理信道，用于传输下行用户数据的传输信道。它的 引入是为了承载传输信道h s d s c h 【3 】也就是承载实际的用户数据。其扩频因子 固定为1 6 【8 】，调制方式可以是q p s k 或1 6 q a m ，信道编码采用l 3 t u r b o 码，包含 两级速率匹配。 ( 2 ) 高速共享控制信道( h s s c c h ) h s s c c h 信道是下行的物理信道，它的引入是为了承载译码h s p d s c h 信道 所需的物理层信令。其扩频因子为1 2 8 ，调制方式为q p s k ，信道编码为卷积码， 采用一级速率匹配。 ( 3 ) 高速专用物理控制信道( h s d p c c h ) h s d p c c h 是上行的物理信道，它的引入是为了承载必要的反馈信息，包括 h s p d s c h 信道译码信息( a c k n a c k ) 和信道质量指示信息( c q i ) 。该信道的扩 频因子为2 5 6 ，调制方式为b p s k ，与u l d p c c h 和u l d p d c h 是i q 复用的，根据 u l d p d c h 的个数决定h s d p c c h 复用在i 路还是q 路，以平衡i 、q 两路。h s d p c c h 的引入并没有改变d p c h 。引入h s d p c c h 之后的负面影响是u e 的峰均比( p a r ) 增加，导致u e 的有效发射功率降低，同时也会影响上行覆盖。 二、自适应编码技术( a m c ) 在移动无线传播环境下，u e 接收信号的质量取决于基站的发射功率、基站 与u e 之间路径损耗、遮挡引起的阴影衰落以及多径叠加引起的快衰落。正是由 于信道的这种时变特性，所以移动通信中必须采用链路自适应技术。链路自适应 技术是根据时变衰落信道的变化，通过自适应调整发射功率、符号速率、调制阶 数、编码速率、编码方案或上述几个因素的组合来实现链路预算的实时平衡，达 到增加系统容量和改善通信质量的目的。 硕士学位论文 第二章h s d p a 基本原理和n o d e b t e s t e r 系统架构 a m c 【2 刿则是h s d p a 中采用的主要的链路自适应技术，其链路自适应周期为 2 m s 。a m c 的核心思想是n o d e b 根据当前u e 上报的c q i 和无线资源的情况来选择 最佳的下行链路调制和编码方式，以确定发送数据的速率。数据速率的调整是通 过改变调制方式、h s p d s c h 码道的数目以及信道编码率来实现的。当用户处于 良好的无线环境( 如靠近n o d eb 或者有直射径) 时，则选择高阶调制和高码率 的信道编码方式( 如1 6 q a m ，3 4 编码速率) 传送用户数据，从而得到较高的传 输速率；而当用户处于小区远点，深衰落或者阴影区时，则选取低阶调制方式和 低码率( q p s k 调制和1 4 编码速率) ，从而保证通信质量。 三、混合自动重传请求( h a r q ) h a r q ( h y b r i da u t o i i l a t i cr e p e a tr e q u e s t ) 是一种前向纠错f e c 和自动请 求重传相结合的技术【1 8 】。在h s d p a 中引入h a r q 的主要目的有两个：一是为了使 a m c 机制的精度更高，更好匹配信道条件；二是为了补偿c q i 测量误差和上报时 延对a m c 性能的影响。a m c 技术尽管可以根据c q i 调整调制和编码方式进行链路 自适应，但缺点在于其对c q i 的测量误差和上报时延敏感，而在移动通信系统中， 信道特性的动态变化常常使得准确地进行信道质量估计十分困难。h a r q 技术则 具有对信道测量误差和上报时延不敏感的特性，它可以对重传的数据进行软比特 合并，从而在a m c 基础上对系统性能加以进一步改善。 2 3n o d e b t e s t e r 的功能和系统架构 对设备厂商而言，研发重点就是u t r a n ，而u t r a n 的研发重点是n o d e b 。在 一个大点的城市，要实现覆盖和满足通信系统的容量需要上千个基站n o d e b ，但 是这些基站可能只需要十多个r n c 就可以满足控制需求，所以企业的利润来源和 竞争焦点就是n o d e b 研发。 n o d e b t e s t e r 是某一知名通信公司研发的测试工具，主要用于对基站n o d e b 进行测试和验证，用于基站n o d e b 的研发、生产测试、部署验证。对于跟进3 g p p 的协议标准，提前对产品的功能和性能的研发进行定向，这是安捷伦等测试设备 公司的测试设备所不能达到的。 2 3 1n o d e b t e s t e r 工作位置和功能 在w c d m a 系统中，n o d e b t e s t e r 工作在i u b 口，模拟w c d m a 通信系统的无 线网络控制器( r n c ) 完成对基站( n o d e b ) 的i u b 口协议一致性、性能、u u 口 的无线性能指标的验证，以及参数的遍历测试。n o d e b 相关的两个接口中i u b 口 是业务最紧密的一个接口，r n c 通过i u b 口管理它所管辖的r n s 中的小区和u e ， 要对n o d e b 进行测试和验证，i u b 口就是测试重点。 9 硕士学位论文 第二章h s d p a 基本原理和n o d e b t e s t e r 系统架构 r a d i 0 c o n t r 0 ip i a n eu s e rp i a n e n e t w o 水 l a y e r l a p p | - c at o nli d ；j t a l lp r 0 1? c 0 i l s t 怕am ( s ) i 1ili 1 r a n s p 0n it f a n s r tn e 呐r i t 怕n s d o r t t w d n t 鼍n s nn e r i n e t w o 水 u s e rp i a n e c o n t ip i a n eu s e rp i a n e l a y e r a l c 全p ( s ) 1工 s i g n a i | n g s i g n a | | i n gd a t a b e a r e r ( s ) a 2 r ( s ) b e a r e r ( s ) p h y s 豳il a y e r 。 图2 4i u b 口协议栈模型( 以a t m 传输承载) 从图2 4 可以看出i u b 口协议栈的结构的主要是基于分层思想，在垂直平面 和水平平面上进行分层设计。 无线网络层使用传输网络层提供的信令承载和用户数据承载分别实现信令 传输和f p 用户数据传输。无线网络层完成呼叫控制相关功能，包含控制平面的 n b a p 协议和用户平面的f p 协议。 传输网络层的主要功能就是完成承载建立、信令传输、以及用户数据传输。 其中传输网络控制面完成承载控制功能，用于建立用户面的数据承载，主要负责 实现传输层的控制信令，包含a l c a p 协议以及承载它的信令承载协议a a l 5 。 2 3 2n o d e b t e s t e r 系统架构和模块 图2 5n o d e b t e s t e r 系统结构图 n o d e b t e s t e r 由数据库、前台主控子系统( c p s ) 、u e 用户子系统( u p s ) 、 1 0 硕士学位论文 第二章h s d p a 基本原理和n o d e b t e s t e r 系统架构 后台子系统( b g s ) 、协作工具等五大子系统构成。 一、各个子系统的功能 ( 1 ) 后台子系统( b g s ) 主要功能是对来自用户的命令进行处理，管理n o d e b t e s t e r 逻辑资源，并 处理n b a p 消息的收发。这个子系统是与用户最密切相关的系统，它提供用户人 机交互的接口，并根据用户的测试指令读取数据库的配置，组织和编解码n b a p 消息，驱动前台主控子系统( c p s ) 进行消息转发。 ( 2 ) 前台主控子系统( c p s ) 1 接收来自b g s 已编码的n b a p 信令，解码消息后，在u e 用户子系统中分 配相应的u e 资源，通过接口板向n o d e b 发送相应的n b a p 信令。 2 接收来自n o d e b 的n b a p 信令和f p 信令，根据信令的信息进行必要的处 理，然后将消息转发向u p s 或者是b g s 。 3 接收来自n o d e b 的u e 信息，将这些数据信息发送到u p s 中的u e 池中。 4 接收来自b g s 的统计指令，对n o d e b t e s t e r 所管辖的n o d e b 上的小区 信息和u e 信息进行统计。 ( 3 ) u e 用户子系统( u p s ) u p s 是u e 相关的用户资源池，它会根据主控子系统的命令分配、修改和删 除相关u e 信息，并且接收来自n o d e b 的u e 数据，进行必要的统计处理。 ( 4 ) m y s q l 数据库 1 存储n b a p 信令的配置配置参数。 2 存储n o d e b 相关的配置参数。 3 存储资源的分配情况。 ( 5 ) 应用程序接口 应用程序接口主要是n o d e b t e s t e r 用来和外部应用程序协同工作的。 n o d e b t e s t e r 可以将自己所管辖的n o d e b 的运行情况，以及n o d e b t e s t e r 下发 的信令都可以提供给外部应用程序访问，然后外部应用程序可以根据这些信息协 同n o d e b t e s t e ri 贝0 试n o d e b 。 二、后台控制子系统架构 后台子系统b g s 作为人机交互界面和组织测试消息的发起者，它是整个测试 系统的驱动器。后台子系统运行在p c 机上，而其它几个子系统都是位于硬件组 开发的嵌入式单板上，性能非常好，适合对n o d e b 进行高速率的信令和业务冲击 测试。以b g s 为核心看，n o d e b t e s t e r 的系统结构如下： 硕士学位论文 第二章h s d p a 基本原理和n o d e b t e s t e r 系统架构 图2 6b g s 和相互协作的子系统 n o d e b t e s t e r 所有的软件子系统都是使用业务支撑子系统0 s s 来完成调度 和运行。操作支撑子系统的主要功能：实现了一个有限状态机的调度模型，将一 个应用程序可以分为多个任务，任务又可以分为进程进行并发运行。进程的每一 次运行都称为一个实例，每个实例就是一个有限状态机的运行实体，整个通信系 统由多个有限状态机组成。 b g s 的主要任务是处理用户命令、组织和发送n b a p 消息，根据b g s 的功能 特点和外部接口关系，b g s 分为八个模块：控制台模块、数据库接口模块、资源 管理模块、主控模块、公共过程管理模块、专用过程管理模块、审计模块和复位 模块。各个模块的功能如下： ( 1 ) 控制台模块 负责处理用户的各种命令，包括资源配置命令、统计命令和n b a p 信令。它 将用户命令翻译成其它处理模块可以识别的消息和参数，将这些消息发送给其它 的模块处理。控制台模块在0 s s 子系统中是一个单任务、单进程模块。 ( 2 ) 数据库接口模块 主要负责对数据库的操作，这些操作包括数据库创建、数据的导入和备份、 数据库的查询和数据库的更新。它对一些m y s q l 的a p i 进行了封装，为其它模块 提供函数调用接口，其它模块需要操作数据库时只需要调用数据库接口模块提供 的a p i 即可。数据库接口模块不作为任务，只是提供a p i 接口调用。 ( 3 ) 资源管理模块 主要负责各种无线资源标识的管理，包括无线资源标识的分配和回收。资源 管理模块使用静态数组以及对静态数组的一系列操作来实现资源的管理。它提供 了实现各种无线资源的标识管理的函数供其它模块调用。资源管理模块不作为任 务，只是提供a p i 接口调用。 ( 4 ) 主控模块 主要负责b g s 子系统的初始化过程，驱动前台子系统完成系统的初始化配 置。主控模块还负责n o d