AMAT 0100-71320
引言
随着有中国自主知识产权的第三代移动通信标准TD-SCDMA商用网测试日趋完成，大规模的3G网络即将在全国各地组建，作为组网的重要支撑技术，测试仪的开发显得非常重要。
对网络故障进行快速诊断并降低网络中断时间是3G信令测试系统的主要用途之一。当3G系统发生故障时，需要使用测试设备接入关键的信令链路监测点，并进行协议测试和分析。通常来说，通用移动通信系统（universalmobiletelecommuniCAtionsystem，UMTS）网络故障主要可分为2大类：UMTS的陆地无线接入网络（UMTSterrestrialradioaccessnetwork，UTRAN）侧故障和核心网（corenetwork，CN）侧故障。由于3GPPR4（Release4）UTRAN的网络结构和协议同GSM系统相比有了较大变化，因此比较容易出现问题；而R4核心网和GSM系统基本相同，因此出现问题的概率相对较小。由于Iub和Iu接口是UTRAN中最重要的测试接口，一般来说需要同时对这2个接口进行数据采集和关联性分析[1-3]。
若要有效地诊断3G网
络故障，网络工程师需要对UMTS各接口和相关协议有较全面和深入的理解，这样才能迅速找到存在的问题，并对其中的关键字段进行分析。所有这些工作，都离不开一台具备全面解码、呼叫跟踪和统计功能的3G信令测试设备的配合。
CDR（calldatarecord）在PSTN中表示呼叫数据记录，现在延伸意思为一个完整的流程，CDR合成是上述功能的基础，对网络中消息按信令流程进行归类，并用索引方式把这些消息联系到一起，然后才便于完成诸如呼叫跟踪和呼损统计等高级功能[4-5]。
我们在本文中将以TD-SCDMAUTRAN中Iub接口间的各个协议的CDR合成，多协议关联为例，对CDR合成的方法进行描述。该方法同样实用于WCDMA系统。
1、Iub接口中的信令消息
图1为Iub接口中协议的关系图。Iub接口协议栈包含3个协议平面，分别是无线网络控制平面、传输网络控制平面和用户平面，分别对应3个协议的信令流程，即NBAP（NodeBapplicationpart，NodeB应用部分）、ALCAP（accesslinkcontrolapplicationprotocol，接入层链路控制应用协议）、IubFP（frameprotocol）消息[6]。FP所承载的协议包括无线资源控制（radioresourcecontrol，RRC），包数据集中协议（packetdataconvergenceprotocol，PDCP）等。这3个协议有着紧密的联系，当无线网络控制器（radionetworkcontroller，RNC）发起传输信道管理或者无线连接管理相关过程的时候，是通过NBAP协议的相关过程来实现，比如CommonTransportChannelSetup，RadiolinkSetup，RadiolinkAddition等。但同时需要对用户平面链路进行分配或删除，在Iub接口上，用户数据（FP）通过ATM结构中的AAL2传送，此时需要建立控制机制，ALCAP定义了与用户面建立、释放传输承载的方式，因此需要ALCAP协议来完成这些操作。一般情况下，如果不涉及到用户平面时，Iub接口中就只有NBAP过程的消息。当涉及到用户平面的时候，情况要复杂得多[7]。
RNC在以下2种情况下将涉及到用户平面的操作：一种是对小区的公共传输信道做操作的时候；另一种是为UE提供专用信道的时候。在对传输信道做操作的过程中，用户平面只有FP同步消息，不会有RRC消息。当RNC涉及到对UE操作时候，需要先在RNC和UE之间建立一个无线连接（RRC连接），建立过程大致如下：UE先向RNC请求建立RRC连接，RNC收到请求后根据具体情况选择是否为该UE建立专用信道。如果要建立专用信道（dedicatedchannel，DCH），RNC将通过NBAP协议请求建立无线链路或者重配置无线链路，NodeB成功应答后，RNC将通过ALCAP协议分配DCH所需的AAL2链路，成功分配后RNC通过前向接入信道（forwardaccesschannel，FACH）发送RRC建立成功消息。如果不需要为该UE建立专用信道，那么就没有上述NBAP和ALCAP过程，RNC将直接通过FACH发送RRC建立成功消息，该消息将指示UE只能通过公共传输信道传输所有的消息给RNC。图2显示了Iub接口中可能会出现的消息种类。
至此，可归纳出Iub接口的流程大致有4类：
①纯NBAP过程；
②NBAP过程+ALCAP过程+FP（公共传输信道，同步消息）；
③NBAP过程+ALCAP过程+FP（DCH，包括同步消息和RRC消息）；
④RRC过程（公共信道传输，共享信道传输）。
其中②和③可以归为一类处理。不难看出，Iub接口的CDR合成可先按NBAP，ALCAP，FP，RRC消息合成，然后再进行多协议的关联。虽然RRC是在FP之上的，但一个RRC流程的消息可能会出现在多个FP里面，所以这里将两者进行了区分。
2、Iub接口CDR合成基本原理和实现算法
下面以上节中流程类型③（NBAP过程+ALCAP过程+FP）的消息合成进行详细介绍，因为这是最复杂的一类，对该类型
的CDR合成方法包含了其它3种类型的CDR合成方法。具体又以移动发起呼叫（mobileorientedcall，MOC）为例（见图3），对RRC建立连接，以及怎样实现NBAP，ALCAP，FP，RRC的消息合成，多协议关联等基本原理进行了描述。
如图3所示，虚线上面消息流程为RRC建立过程部分，也将是CDR合成的主要部分。首先UE通过RACH随机接入信道发送rrcConnectionRequest消息请求建立RRC连接，该消息中包含IMSI/TMSI和建立原因参数，RNC收到请求后发起无线链路建立请求intiatingMessageId-radiolinkSetup（如果已经建立了无线链路，将发起无线链路资源重配置请求），NodeB通过successfulOutcomeID-radiolinkSetup确认请求后，RNC将为UE分配DCH专用信道，即调用ALCAP协议分配AAL2链路来承载DCH，DCH经过同步后，所有该UE的RRC消息将在该DCH上传输。成功分配后，RNC发起rrcConnectionSetup建立RRC连接，NodeB通过rrcConnectionSetupComplete确认，至此，RRC建立成功，NAS（Non-AccessStratum，非接入层）消息将通过RRC消息封装发送到RNC，再经过Iu接口发送到MSC。
对Iub接口的各协议关联方法说明如下（参见图3各连接箭头的指示，暂不考虑NAS消息的合成）：
●NBAP消息关联：同一过程的NBAP消息用消息中TransactionID参数进行关联，涉及同一个UE的不同NB·AP过程之间的消息用Id-CRNC-CommunicationContextID参数进行关联。
●ALCAP消息关联：一个流程的ACLAP消息可通过OSAID和DSAID参数进行关联。
●RRC消息关联：同一过程的RRC消息可通过RRCTransactionID进行关联，同一个UE的RRC消息可通过I·MSI/TMSI进行关联。在公共传输信道中的RRC消息可以根据MAC中UEID来区分是否属于同一个UE。
Iub接口的多协议关联如下（参见图3各连接箭头的指示）：
●NBAP消息和RRC消息关联：TDD模式中通过TimeSlots和UserCodes进行关联，FDD模式下通过Scramblingcode进行关联。
●NBAP消息和ALCAP消息关联：通过NBAP消息中的BindingID参数值与ALCAP的ERQ消息中的SUGR参数值相等的方法进行关联。
●ALCAP消息和RRC（DCH中的）消息关联：通过承载RRC消息中DCH信道的VPI/VCI/CID与ALCAP的ERQ消息中的PathID（VPI/VCI经过换算等于PathID），ChannelID（CID=ChannelID）进行关联。
按照上述先对各个协议进行合成，然后协议之间进行合成，协议间合成按一定的时间周期进行，最后得到的结果便是所需的Iub接口CDR信息。
3、Iub接口CDR合成算法分析
该CDR合成算法主要是根据一些关键参数进行查找、匹配来确定是否属于同一个消息流程，因此在这个过程中，需要一些临时存储方式来保存没有匹配到的消息，在内存分配上比较复杂，涉及动态分配内存。另外，该合成算法涉及大量的查找、匹配，所以需要建立许多方便查找的索引，比较好地建立索引方法显得至关重要，但是建立这些索引也是要耗费时间的，所以根据具体情况应使用具体的索引建立方法，我们在设计过程中除了平衡二叉树以外也曾采用其它索引建立方法，比如二叉树，哈希表等。
协议间合成是定期执行的操作，时间周期的长短选择也将影响合成的效率。如果间隔时间太短，每关联一次完成的流程很少，同时也耗费了时间；时间太长了缺乏实时性。而我们采用的是多线程的方式单独用一个线程来完成多协议关联，效果非常好。图4为该方法应用到TD-SCDMA网络测试仪中的执行结果。
4、结束语
通过对Iub接口各消息流程的深入分析和研究，结合Iu接口，使用C++语言进行编码测试，能很好地达到CDR合成的效果，实现多协议乃至多接口间的协议关联。该程序模块已经应用到重庆邮电大学通信网与测试技术重点实验室TD-SCDMA网络测试仪中，效果良好
在卫星通信中，数据传输速率是性能的重要指标。近期的研究发现卫星的平均功耗增加了350%，设计寿命从10年增加到近14年，卫星的外形和复杂度也增加了2到5倍。Shin公司的新一代互联网协议(IP)卫星iPSTAR总容量达到了40Gbps，据称是现有卫星容量的40倍。美国休斯网络系统公司的SPACEWAY每个点波束的下行链路数据速率为800Mbps。现代信息技术需更宽的卫星传输带宽。
当今正在开发的先进宽带通信卫星的设计、制造和部署成本都较高。卫星设计者尽量增加卫星的有效载荷能力，以便在投入使用之后能够最大限度地获取利润。
对设计卫星的工程师来说，这意味着：因为先进的通信卫星要求最大限度地增加数据速率和容量，所以留给设计者的误差余度很小。如果未能分析或者考虑到任何相关参数或者真实效应，都可能导致设备性能下降，从而减少收益。与此相反的情况是设计过于缜密，亦即因为考虑了所有未知因素或者按照最
差情况来设计而导致参数余度过大，从而增加了不必要的成本、部件、重量和复杂度。
图1给出了传统“弯管”式卫星下行链路的整体示意图，它包括了主要的部件，但卫星部分只显示了一个转发器图像。实际上，一个卫星可能带有30到50个转发器。
AAZSZSZ每个部件都有会降低系统整体功能的不理想性能。降低系统整体性能的最主要、最基本原因是热噪声。可以通过载波功率来设置信道内的载噪比(CNR)或者信噪比(SNR)。在特定的信噪比和带宽情况下，可通过香农定律来定义每秒钟的最大信道容量(位数)，但在实际操作中永远不会达到这个最大值。为确保最佳系统设计，必须准确模拟信道内所有真实存在的坏损。
仿真测试解决方案
全面、真实的通信通道仿真是设计和验证的需要。针对卫星通信业务发展的需要，设计人员需要更为有效的仿真测试设备，要求它具有宽带仿真和测试功能，真实地模拟通道中环境坏损因素、以及通道中各部件对系统的影响。这样，设计人员才能在设计阶段有效地控制设计余度，同时满足成本、可靠性和容量的要求。
目前，卫星系统设计者在设计过程中可以使用若干种辅助工具。设计模拟和测试工具主要有以下三种：计算机建模和模拟工具、制造和发射试验卫星、卫星通道模拟器。
借助计算机建模和模拟工具，设计者可以建立多种信道坏损的模型，并通过模型综合考虑系统的总体性能。这些工具能够完成基本设计，并进行性能评估。此类软件用于台式机和高级工作站。为得到准确的结果，即使使用最快的处理器也需要花费大量的计算时间，这样就限制了模拟对象的数量，也限制了能够分析的综合坏损模型。这些模型也可能并没有正确反映实际情况。
此外，有的公司或者单位已经制造并发射了实验卫星，以便在真实环境中通过真实的硬件和软件来检测新的通信技术和理念。这些卫星包括ACT、Artemis、Kopernikus、N-Star、Superbird以及ItalsatF1。这些卫星的制造成本昂贵，但它们为当今宽带卫星设计的精细技术和定义方法提供了颇有价值的实验环境。卫星位于整个设计金字塔的塔尖，它们的性能通过设计来确定，因此根据需要更改技术规格的余地很小，同时也很难通过更改坏损机制来检测它们对系统整体性能的影响。
卫星信道模拟器把测试环境和模拟环境很好地结合起来，为用户提供所需的精确度和实时性能。Aeroflex生产的CelerityCS80000宽带信道模拟器(BCS)系列就是很好的例子。这些模拟器在实验室中通过受控的、精确的、可重复的方式创建带有坏损机制的真实信道。因为这些信道是带有宽带射频输入和输出的实时系统，所以在测试过程中可以使用真实的硬件终端。和软件模型相比，这种实时测试可以运行更多检测对象，进而能进行更详细的测试。
它们的特点如下：稳定的、可重复的模拟，带有定义好的、受控的坏损机制；实时和全带宽信道，能够支持真实的硬件和快速测试时间；最坏情况模拟，可以包含任何综合坏损模型；通过实验室设备来最大限度地减少高成本测试或者实际卫星测试时间。
Aeroflex通道模拟器的价值体现在：具有非常真实的仿真；带宽高；高动态范围(14bADC/DACw/36MHzBW)；低相位瑕疵，并支持动态延迟更新；模块化设计，易于升级；具有丰富的真实环境坏损选择，包括动态多谱勒、动态延迟、热噪声、路径损失、带内干扰、邻道干扰、信道载荷、相位噪声、Rayleigh衰落、雨损、群延迟失真、通带内幅度波动、非线性增益等。
其它开发测试工具包括宽带信号发生器(BSG)和宽带信号分析器(BSA)。它们不是信道模拟器，但是能够创建真实的卫星信号和带有坏损机制的环境，并记录和分析信号信道的性能。
Aeroflex宽带通道模拟器简介
Aeroflex宽带信道仿真器模拟(BCS)可以为高速通信系统，点对点微波和卫星通信建立精确的和可重复的信道，提供带宽最宽的通道模拟和连接仿真，实现最全面的干扰信号模拟。实时的仿真可提供带宽达500MHz、时间延迟最大达10秒，并同时可提供1至4个独立的通道仿真。BCS可实时为输入信号加入干扰信号，模拟实际传输通道的干扰。可提供的干扰信号包括：动态延迟(从地面到GEO卫星住返的短时间延迟)、动态多普勒、精确的相位噪声、Ricean和Rayleigh衰落、附加白高斯噪声、平衰落、雨水衰落、附加CW和调制的干扰信号、通带幅度和相位奇变。用于相关或独立信道
的变频器，可以对输入/输出信号进行变频控制。卫星仿真软件包，使用行业标准的TLE组件，可产生24小时的多普勒和延迟仿真文件。Aeroflex的通道模拟已成功应用于多个卫星工程中，用于模拟信号往返路径，可在卫星发射之前对卫星和地面站进行全面测试。
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