移動通信課程實驗指導(dǎo)書v1.3

1、移動通信課程實驗指導(dǎo)課程實驗說明：本實驗是移動通信課程實驗，為了使學(xué)生對移動通信系統(tǒng)的硬件框架、設(shè)備操作、業(yè)務(wù)建立等有初步了解，將在三個方面進行本實驗。第一， 硬件移動通信設(shè)備的認知；第二， 移動通信設(shè)備的操作；第三， 移動通信業(yè)務(wù)的建立與信令流程。由于時間限制，觀察和操作先由實驗教師指導(dǎo)完成，然后每組學(xué)生依據(jù)具體情況可自行重復(fù)實驗內(nèi)容。一、 實驗?zāi)康?. 移動通信設(shè)備的認知a) 了解機柜結(jié)構(gòu)b) 了解移動通信設(shè)備組成和機框結(jié)構(gòu)c) 了解移動通信設(shè)備各單元的功能及連接方式2. 網(wǎng)管操作和OMT創(chuàng)建小區(qū)a) 了解OMC系統(tǒng)的基本功能和操作b) 掌握OMT如何創(chuàng)建小區(qū)3. 移動通信業(yè)務(wù)的建立與信令

2、流程a) 了解TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)b) 掌握基本業(yè)務(wù)測試環(huán)境的搭建c) 掌握CS業(yè)務(wù)與普通PS業(yè)務(wù)信令流程，體驗視頻通話二、 實驗設(shè)備TD-SCDMA 移動通信設(shè)備一套三、 實驗原理1. 移動通信設(shè)備認知1.1 RNC設(shè)備認知TDR3000設(shè)備機框外形結(jié)構(gòu)如圖31-1和圖31-2所示。l 機框主要功能如下：ü 支持14個板位，作為19機框通用背板使用。ü 滿足PICMG3.0、PICMG3.1 規(guī)范。ü 實現(xiàn)機框內(nèi)以太交換雙星型物理連接拓撲。ü 對各前插板提供板位編號（HA07）。ü 對各前插板提供Fabric、Base、CLK、Up

3、date數(shù)據(jù)通路。ü 提供對所有FRU單元的IPMB總線通路。ü 提供-48V冗余供電通路。ATCA機框的UPDATE CHANNEL設(shè)計規(guī)則為物理板位1與13、2與14、3與11、4與12、5與9、6與10、7與8兩兩之間設(shè)計UPDATE CHANNEL。圖31-1 機框背板功能分布示意圖圖3-1-1中藍色連線表示具有Update Channel 連線的板位分配，物理板位7，8固定為兩塊交換板，其余板位固定為功能板。圖3-1-2 機框背板接口后視圖機框物理上是一種13U標準的ATCA插箱，機框背板主體尺寸為ATCA標準定義部分：354.8mmX426.72mm。主體之下為

4、背板的風(fēng)扇、電源接口引入部分，風(fēng)扇接口包括風(fēng)扇電源和IPMI接口，背板與電源模塊之間的電源接口包括兩路48V供電和四路風(fēng)扇電源輸入。背板與各前插板之間的電源接口采用分散供電方式，每個前插板有兩路-48V供電。背板下部左右兩部分中間位置各預(yù)留1英寸安裝輸入電源插座（-48V/風(fēng)扇電源）。單板結(jié)構(gòu)單板相關(guān)描述中，采用“邏輯板（物理板）”的描述方式，其中邏輯板為從軟件功能及操作維護臺顯示的單板；物理板為硬件單板，其單板名稱印刷在在物理單板面板下方。采用該表達方式的目的，是便于使用者能隨時直觀地了解邏輯板與物理板的映射關(guān)系，避免不熟悉兩種單板類型映射關(guān)系的用戶頻繁地查找單板對應(yīng)關(guān)系表。TDR3000各

5、種單板的類型及功能如下表3-1-1所示：表3-1-1 TDR3000設(shè)備邏輯板與硬件板名稱對照表序號功能單板名稱單板功能對應(yīng)的硬件單板名稱備注1IPUAIP UTP接口板MNPA +GEIC配置后插板為GEIB2RSPA無線網(wǎng)絡(luò)信令處理板GMPA+SPMC3GCPA全局控制處理板GMPA+SPMC+HDD4PTPAGTPU處理板MNPA5RTPA無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)處理板MDPA6TCSA二級交換板MASA配置后插板為MASB7ONCANodeB操作維護數(shù)據(jù)路由板MNPA+GEIC配置后插板為GEIB下圖3-1-3是根據(jù)機框槽位布局要求的一種簡配示意圖：機架#1框#112345678910111213

6、14GCPARSPAONCAIPUATCSARTPAPTPA圖 31-3機框簡配示意圖其中使用的各單板功能如下：Ø GCPA（GMPA+SPMC+HDD）全局控制處理板完成以下功能：l 全局處理板完成RNC全局資源的控制與處理、以及與OMC-R的連接。全局控制板支持板載2.5 IDE 80GB硬盤數(shù)據(jù)存儲功能；l 處理以下協(xié)議：RANAP協(xié)議中的復(fù)位，資源復(fù)位，過載控制消息；SCCP管理、MTP3B管理、ALCAP管理、M3UA管理協(xié)議等；l 兩塊GCPA以主備用方式工作；Ø RSPA（GMPA+SPMC）無線網(wǎng)絡(luò)信令處理板完成以下功能：l 處理Iu，Iub接口的控制面協(xié)議

7、以及傳輸網(wǎng)絡(luò)高層協(xié)議，完成無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理，以及呼叫處理功能；l 處理的協(xié)議有：RRC協(xié)議，RANAP部分協(xié)議，NBAP協(xié)議，無線資源管理；SCCP部分協(xié)議，ALCAP部分協(xié)議，MTP3B部分協(xié)議，M3UA部分協(xié)議，SCTP協(xié)議等；l 兩塊RSPA以主備用方式工作；Ø ONCA/IPUA（MNPA+GEIC）板的主要功能如下：l ONCA/IPUA（MNPA+GEIC）配合GEIB后插板完成4xFE/GE接口功能。l 網(wǎng)絡(luò)處理器完成外部IP到內(nèi)部IP的轉(zhuǎn)換、處理功能；Ø TCSA（MASA）板的主要功能如下：l 支持控制面Base交換和業(yè)務(wù)面Fabric交換兩級交換，完成

8、業(yè)務(wù)和控制面的L2、L3以太交換功能；l 固定使用2個交換板槽位，即框中的第7、8槽位；l 同時完成整個機框的ShMC（機框管理器）功能，同時兼容IPMC功能，可根據(jù)不同ATCA機框進行靈活配置；l 提供架框號的編碼配置功能；l 支持對網(wǎng)同步時鐘的接入、分配功能；l 以主備用方式工作；Ø RTPA（MDPA）板由單板控制模塊、單板以太交換模塊、DSP處理模塊、電源模塊、IPMC模塊組成，主要功能如下：l 單板控制模塊完成板內(nèi)的各種控制管理功能；l 單板以太交換模塊實現(xiàn)完成RTPA（MDPA）板內(nèi)的以太數(shù)據(jù)交換；l DSP處理模塊主要由DSP和其外圍來實現(xiàn)，完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和協(xié)議的處理；l

9、 電源轉(zhuǎn)換模塊從背板接入雙路-48V電源，經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后，給單板提供各種芯片正常工作的各種電壓；l IPMC模塊主要完成單板上電的控制，以及溫度、電壓監(jiān)控等功能。Ø PTPA（MNPA）板的主要功能如下：l 完成Iu-PS用戶面協(xié)議處理功能；l GTPU處理板，完成IP(OA)、UDP、TCP、GTP-U協(xié)議模塊處理；l Host部分完成網(wǎng)絡(luò)處理器運行狀態(tài)監(jiān)視、性能統(tǒng)計等功能。1. 2 Node B 設(shè)備EMB5116基站主要分為如下幾個主要組成部分：ü 主機箱ü 電源單元ü EMx板卡ü 風(fēng)機及濾網(wǎng)單元ü 功能板卡硬件單元排

10、布如圖3-2-1所示。圖 3-21EMB5116槽位框圖表 3-21EMB5116結(jié)構(gòu)表單板英文簡稱單板英文全稱單板中文全稱BPOABaseband Processing Only Board A Type基帶處理A型板BPOEBaseband Processing Only Board E Type基帶處理E型板BPOFBaseband Processing Only Board F Type基帶處理F型板BPIABaseband Processing &Ir Interface Board A Type基帶處理和Ir接口A型板SCTASwitch Control & Tra

11、nsmission Board A Type交換控制和傳輸A型板ETPDExtend Transmission Processing Board D Type擴展傳輸處理D型板ETPEExtend Transmission Processing Board D Type擴展傳輸處理E型板FCFan Control Board風(fēng)扇控制板EMAEnvironment Monitor Board A Type環(huán)境監(jiān)控A型板EMDEnvironment Monitor Board D Type環(huán)境監(jiān)控D型板PSAPower Supply Board A Type電源A型板PSCPower Supply

12、 Board C Type電源C型板CBPCommon Backplane通用背板2. 網(wǎng)管操作和OMT創(chuàng)建小區(qū)無線操作維護中心OMC-R（Operation and Maintenance Center-Radio）是整個TD-SCDMA RAN的操作維護管理系統(tǒng)，提供對TD-SCDMA RAN系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備RNC、NodeB以及OMC-R自身的操作維護，提供包括配置管理、告警管理、性能管理、軟件管理、日志管理、安全管理等功能；在系統(tǒng)開通過程中能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行數(shù)據(jù)配置，在系統(tǒng)運行過程中能夠監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的運行狀況和質(zhì)量，并提供系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)升級功能；OMC-R向上級網(wǎng)管提供了支持3GPP 32標

13、準的Corba接口，支持上級網(wǎng)管中心需要的功能。1） 介紹網(wǎng)管操作系統(tǒng)（實驗老師講解）2） OMT上創(chuàng)建基站操作維護系統(tǒng)提供對TD-SCDMA RAN系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備RNC、NodeB網(wǎng)元的管理和維護。Node B的邏輯資源（如信道，小區(qū)等）由RNC擁有，但在Node B中實現(xiàn)，因而在RNC和Node B之間需要通過Iub接口進行信息交互，所有支持這些信息交換的消息被歸類為邏輯O&M操作。使用IPOA通道作為Iub接口操作維護的專用通道，使得Node B能夠自動建立操作維護通道，實現(xiàn)自動加載程序與數(shù)據(jù)等維護功能，實現(xiàn)Node B開工無須人工干預(yù),從而較大程度地改善了整個網(wǎng)絡(luò)的可維護性，節(jié)

14、約了運行維護成本，提高了運行維護質(zhì)量，給網(wǎng)絡(luò)運營商的運行維護帶來較大的方便。 下面是IPOA通道建立過程的描述：1) Node B在默認的通道上向RNC申請建立專用IPOA通道和申請IP地址，如果在定時器超時后（定時器的取值應(yīng)可配置），沒有收到RNC的響應(yīng)，則一直重復(fù)發(fā)送該消息，直至申請成功。2) RNC分配相應(yīng)的PVC和IP地址，并在默認的通道上向Node B發(fā)送響應(yīng)。3) Node B完成PVC和IP的對應(yīng)關(guān)系的綁定。4) Node B通過專用IPOA通道，使用FTP從FTP_server下載相關(guān)軟件、配置文件。之后，Node B啟動下載的軟件，并使用下載的配置文件完成對軟件的初始配置。并

15、上報初始化結(jié)果（可選）、初值配置結(jié)果。5) 專用IPOA建立成功后，啟動專用IPOA通道監(jiān)測過程。在一定的時間內(nèi)（定時器可配置），RNC通過SNMP對Node B中的MIB變量進行配置；定時器超時或配置完成后，該過程終止。操作維護的消息類型包括get、set、modify三類。本試驗創(chuàng)建基站、小區(qū)屬于set類消息。相關(guān)查詢操作屬于get消息。如果參數(shù)需要變更，屬于modify消息。其消息流見下圖：配置管理信息查詢消息流圖如下圖3-3-1：完成OMC-R/RNCOM對Node B系統(tǒng)的配置信息進行查詢。圖3-3-1置管理信息查詢消息時序圖配置Node B的消息時序圖如下圖3-3-2：完成對Nod

16、e B的系統(tǒng)配置信息的設(shè)置。圖3-3-2配置管理信息配置消息時序圖Node B配置變更上報流程，完成功能：當Node B的配置參數(shù)值發(fā)生變化時，Node B的OM向RNC OM/OMC-R發(fā)送配置變更消息，以保證各管理配置信息的一致性。圖3-3-3 變更上報消息時序圖3. 移動通信業(yè)務(wù)的建立與體驗TD-SCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示，可分為無線接入網(wǎng)（UTRAN ）和核心網(wǎng)（CN）兩部分。無線接入網(wǎng)部分包括用戶終端（UE）, 基站（Node B）和無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）。RNC和Node B之間的接口稱為Iub接口。RNC與CN之間的接口稱為Iu接口。l 一個基本的MOC( TD UE與

17、固定電話之間的通信)信令流程如下圖3-4-1和3-4-2所示：圖3-4-1MOC success and fixed phone release圖3-4-2l 流程解釋1) RRC連接的建立A. 在UE發(fā)起RRC CONNECTION REQUEST之前，首先要建立NODE B與UE之間的上行同步，以此來確定UE向NODE B發(fā)送的時隙，UE向NODE B發(fā)送上行同步碼（SYNC-UL）,以此建立NODE B與RNC的上行同步。B. RRC Connection Request：UE在上行CCCH上發(fā)送一個RRC Connection Request 消息，請求建立一條RRC連接。該消息通過R

18、ACH信道傳輸?shù)絉NC。C. RNC收到UE的消息后，決定在專用信道上建立RRC連接，RNC向NodeB發(fā)送Radio Link Setup Request消息，請求NodeB分配RRC連接所需要的特定無線鏈路資源。NODE B接收到RNC的消息后向RNC回復(fù)Radio Link Setup Response 。RNC依照ALCAP協(xié)議發(fā)起Iub接口用戶面?zhèn)鬏敵休d的建立（ERQ），用于承載RRC信令的ATM連接（該消息中帶有AAL2的地址信息）。NODE B在收到后回應(yīng)ECF。RNC向NODE B發(fā)送Downlink Synchronization控制幀，要求為Iub數(shù)據(jù)傳輸承載建立同步，NO

19、DE B回應(yīng)Uplink Synchronization.。RNC與NODE B間的專用信道DCH建立完成。D. RNC在FACH信道上發(fā)送RRC Connection Setup消息給UE。UE在收到消息后向NODE B發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)（5555）建立UE與NODE B間的上行同步，此時NODE B得知空口的上行同步完成。NODE B向UE發(fā)送下行突發(fā)數(shù)據(jù)建立NODE B與UE的下行同步（以后UE與NODE B通過突發(fā)數(shù)據(jù)保持同步）。當空口下行同步完成后，NODE B向RNC發(fā)送RADIO LINK RESTORATION INDICATION消息告訴RNC已完成Uu口的上行鏈路同步，空口建立完

20、成。E. UE在DCCH上發(fā)送RRC Connection Setup Complete消息給RNC，RRC連接建立完成。UE與RNC之間的DCH專用信道建立完成。2) NAS連接建立F. RRC連接建立以后，UE在DCCH上給RNC發(fā)送一條 Initial Direct Transfer（CM Service Request）消息，請求MM連接（該消息中帶有請求的業(yè)務(wù)類型，用戶標識，CKSN等信元）。G. RNC發(fā)起初始到CN的信令連接，并發(fā)送一條RANAP消息Initial UE Message給CN，通知CN關(guān)于UE請求的業(yè)務(wù)，該消息中包含Connection Request(CR)信元

21、以建立SCCP連接，以及CM Service Request.H. CN發(fā)送SCCP消息Connection Confirm(CC)到 RNC,RN與CN間的SCCP連接建立完成。I. 如果不進行鑒權(quán)，CN發(fā)送MM:CM Service Accept消息，如果進行鑒權(quán)，則無該消息，啟動鑒權(quán)流程。CN發(fā)送RANAP消息Direct Transfer消息給RNC，該消息中攜帶MM層消息：CM Service Accept。J. RNC在收到CN發(fā)來的消息后將消息透明的傳給UE,即發(fā)送RRC消息：Downlink Direct Transfer.該消息中含有MM層消息：CM Service Acce

22、pt。CN與UE之間的MM層連接建立完成。K. CN向RNC發(fā)送RANAP：Command ID消息，CN將用戶的IMSI號碼告知RNC。L. UE向RNC發(fā)送RRC Uplink Direct Transfer ：CC：Setup,攜帶被叫用戶號碼以及支持的編解碼列表。M. RNC收到消息后向CN透明傳輸該消息（RANAP: Direct Transfer）。CN收到該消息后，呼叫控制實體分析SET UP帶上來的呼叫信息，如果呼叫信息和請求的服務(wù)可用，回應(yīng)RNC RANAP消息Direct Transfer：call proceeding給RNC。N. RNC向UE透明傳輸RRC消息Down

23、link Direct Transfer：call proceeding。UE 與RNC間的CC連接建立完成。3) RAB的建立A. CN向RNC發(fā)送RANAP 消息 Radio Access Bearer Assignment Request，發(fā)起RAB建立過程。B. RNC依照ALCAP協(xié)議建立IuB數(shù)據(jù)傳輸承載，并利用AAL2綁定標識將Iu數(shù)據(jù)傳輸承載和無線接入承載綁定在一起。C. RNC向NODE B發(fā)送NBAP的Radio Link Reconfiguration Prepare消息，要求NODE B準備無線鏈路的重配置。D. NODE B回應(yīng)RNC NBAP消息Radio Link

24、 Reconfiguration Ready, Node B配置資源并通知RNC準備完畢。E. RNC使用ALCAP協(xié)議發(fā)起Iub接口用戶面?zhèn)鬏敵休d的建立（ERQ），NODE B在收到該消息后回應(yīng)ECF。（圖中未給出：Node B和RNC通過Downlink Synchronisation和 Uplink Synchronistion DCH-FP幀為Iub數(shù)據(jù)傳輸承載建立同步關(guān)系）。F. RNC向NODE B發(fā)送NBAP消息Radio Link Reconfiguration Commit。RNC與NODE B間的無線鏈路重配置完成。G. RNC向UE發(fā)送RRC的Radio Bearer S

25、etup消息，建立無線鏈路承載，UE回應(yīng)RNC RRC消息Radio Bearer Setup Complete。RNC與UE間的無線鏈路重配置完成。UE和NODE B的無線鏈路重配置是同步完成的。RNC向NODE B與UE發(fā)送無線鏈路重配置消息，使原先的傳輸信令的信道變?yōu)閭鬏斝帕顦I(yè)務(wù)的信道。RNC將重配置信息先發(fā)給NODE B，NODE B收到后先不改變老配置，用舊的鏈路給UE發(fā)送鏈路重新配置的消息，UE接收到該消息后，與NODE B一起在同一時間點上同時轉(zhuǎn)換為新的鏈路，至此RNC到NODE B間的鏈路重配置完成。）H. RNC發(fā)起到CN的IUUP初始化：RNC發(fā)送INITIALISATIO

26、N消息，攜帶RFCI以及IU UP Mode version信元。CN收到INITIAL消息，保存RFCI信息，從請求的版本中選擇支持的版本，發(fā)送INITIAL ACK.I. RNC發(fā)送RANAP消息Radio Access Bearer Assignment Response 給CN，RAN建立完成。后續(xù)流程為振鈴，在電話接通，掛斷后，將進行拆鏈的過程，連接的釋放也是從高到低進行的。首先進行NAS連接的釋放，然后再進行RRC連接的釋放。在有專用承載的情況下，先釋放Iu口（RNC），保留Iub口；如果先釋放了Iub口，可以通過公共信道釋放RNC。例如在CELL-PCH和CELL-FACH情況下

27、（RRC存在，但沒有專用信道，通過公用信道傳輸），此時專用信道已經(jīng)釋放。對于PS域業(yè)務(wù)，在UE建立RRC連接后則要通過初試直傳建立傳輸NAS消息的信令連接，最后建立RAB。對于視頻通話，它是CS 64K的承載業(yè)務(wù)，占用無線資源較多，需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)開通允許接入的情況下才可使用。四、 實驗內(nèi)容和步驟1. 設(shè)備認知實驗老師介紹和學(xué)生觀察相結(jié)合。2. 網(wǎng)管操作和OMT創(chuàng)建小區(qū)l 實驗老師介紹網(wǎng)管操作系統(tǒng)，使學(xué)生對操作系統(tǒng)有初步的了解l OMT創(chuàng)建小區(qū)OMT創(chuàng)建小區(qū)實驗內(nèi)容：OMT上創(chuàng)建邏輯小區(qū)實驗步驟：n 增加一個R4小區(qū)選擇邏輯基站小區(qū)集右鍵選擇快速創(chuàng)建小區(qū)Ø 第一步：l 小區(qū)基本信息：小區(qū)標識（CellId）：同一個RNC中的CellId配置值要求不能重復(fù)；小區(qū)參數(shù)標識（CellParameterId）：小區(qū)參數(shù)標識ID唯一標識了小區(qū)中的一組參數(shù)：下行同步序列SYNC-DL、上行同步序列SYNC-UL sequences、擾碼、midamble碼；l 小區(qū)特性：主頻段時隙轉(zhuǎn)換點：3（說明小區(qū)時隙為2上4下，一般為2上4下）；其他頻段時隙轉(zhuǎn)換點：可以與