（通信与信息系统专业论文）ltr信令的改进与增强.pdf

西南交通大学硕士学位论文第l 页 摘要 近几年随着集群无线通信系统应用范围的不断扩大，关于集群信令的研究 倍受关注。l t r 信令是一种在分布式集群通信系统中常被采用的、公开的信令标 准。它具有信令格式简单，接续速度快，信道利用率高等优点。但l t r 信令同 时也存在一些如速度太慢，功能较少的缺点。如何改进才能更好地发挥l t r 信 令优势，使其能适应更多的用户需求，成为当前的研究热点之一。 本文介绍了集群系统作用及其工作方式，控制方式，以及当前主要的集群 信令的特点，并详细描述了l t r 分布式集群信令标准与系统功能。通过对l t r 信令的分析，找出了它不够稳健的弱点和功能上的局限性，本文的主要研究目 标就是针对l t r 信令的这两项弱点，提出了相应的改进和增强方法。 首先针对移动终端对主宿转发器过于依赖的弱点，提出了主宿转发器故障 的自动回避的解决方案，即移动终端通过自主检测发现主宿转发器故障后，启 动自动寻找新的有效转发器来守候的机制，实现了主宿转发器故障的自动回避， 从而仍能保持集群通信方式。 然后针对l t r 信令功能较弱的问题，结合m p t l 3 2 7 信令的优点，设计出一 种与l t r 信令兼容的、新的、独立的高速增补信令，可实现如跨组呼叫、紧急 呼叫等新功能的扩展，并通过利用增补信令实现新功能的实例，说明这种改进 方案，使l t r 信令系统功能更加强大。 最后利用一个通话为泊松分布的简易集群系统，分析了本文提出的主宿转 发器故障自动回避算法的有效性，并通过实例详细地描述了结合新增信令实现 l t r 新功能的信令过程。 关键词；l t r 信令；集群无线通信系统；m p t l 3 2 7 信令：主宿转发器 西南交通大学硕士学位论文第l i 页 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fw i r e l e s st r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi n o u rs o c i e t yt o d a y ，m o r ea n dm o r ep e o p l ep a ya t t e n t i o nt ot h es t u d yo nt h i n k i n g s i g n a l i n g l o g i ct n m k e dr a d i o ( l t r ) s i g n a l i n g i sas t a n d a r do p e n s i g n a l i n g ，w h i c h i sw i d e l yu s e di nd i s t r i b u t e dm m k i n gs y s t e mf o rt h ea d v a n t a g e so f s i m p l ef o r m a t ， l l i g hs p e e da c c e s sa n dm a k e s f u l lu s eo fc h a n n e l s b a ts o m es h o r t c o m i n g sa r ee a s y t ob ed i s c o v e r e dw h e nc o m p a r i n gw i mo t h e rs i g n a l i n g s s u c ha sd a t as p e e di st o o s l o w , b es h o r to f p r o l i f i cf u n c t i o n st ow o r kw e l li ns o m es i t u a t i o n s s ow h a th n do f i m p r o v e m e n tc a ne n h a n c el t rs i g n a l i n gt om a t c hm o r ea n dm o r er e q u i r e m e n t so f c u s t o m e ri sah o t t o p i ct o d a y f i r s t l y , t h i st h e s i s i n t r o d u c e st h em a i nf u n c t i o n w o r km e c h a n i ca n dc o n 订o l w a y so ft n m k i n gs y s t e m t h e nt h es t a r d a r do fl t rs i g n a l i n ga n ds y s t e mf e a t u r e s a l ep u tf o r w a r d i t s e a s yt o f i n dt w od i s a d v a n t a g e sa f t e r a n a l y s i s t h i sp a p e r p r o p o s e dw a y s t oo v e r c o m et h e m t h e n ，t od e a lw i t ht h ed i s a d v a n t a g et h a tm o b i l e s d e p e n d e n c yo nt h e i rh o m e r e p e a t e r s ，a na r i t h m e t i cw h i c hi su s e dt oa v o i dh o m er e p e a t e r sf a i l u r ei sp r o p o s e d m o b i l e sw i l ls t a r tam e c h a n i s mt of i n dan e w a v a i l a b l er e p e a t e rt om o n i t o r , w h e n t h e yd e t e c tt h eh o m er e p e a t e rf a i l s s ot h e s e r o a m i n g m o b i l e sc a ns t i l lw o r kw i t h r e t a k i n gm o d e b e s i d e s ，an e w k i n do fa d d i t i v eh i g h s p e e ds i g n a l i n gi sd e v e l o p e dt og e tr i do f d i s a d v a n t a g eo fb e i n gl a c ko f f e a t u r e s t h i sn e w s i g n a l i n gi sc o m p a t i b l ew i t hl t r v e r yw e l l ，a n dc a ne x t e n dn e wf e a t u r e ss u c ha sc a l lb e t w e e nd i f f e r e n tg r o u p sa n d s p e c i a lc a l lv e r yf l e x i b l ya n de a s i l y e x a m p l e sa r eg i v e nt oe x p l a i nt h ea p p e n d i x s i g n a l i n g i nt h ee n do ft h et h e s i s t h ee f f e c to fh o m e r e p e a t e r f a i l u r e a v o i d i n g a r i t h m e t i ci s p r o v e dt h r o u g has i m p l e c a l l s y s t e mw i t h p o i s s o nd i s t r i b u t i o n d e t a i l p r o c e d u r e o fl t rs i g n a l i n g w o r k i n ga c c o m p a n i e dw i t h n e wa d d i t i v e s i g n a l i n g t oi m p l e m e n tan e wf e a t u r ei sd e s c r i b e d k e yw o r d s ：l t rs i g n a l i n g ；w i r e l e s st r u n k i n gc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ；m p t l 3 2 7 s i g n a l i n g ；h o m er e p e a t e r 西南交通大学硕士学位论文第1 页 第1 章绪论 集群( t r u n k i n g ) 无线专用移动通信系统( 以下简称集群系统) 是很多的用户 自动分享数量相对较少的无线信道，并动态地使用这些信道的移动通信系统。 与常规系统相比较，集群系统具有信道利用率高、处理话务量能力强、功能多、 保密性能好、用户呼叫方式多样化等特点集群系统采用大区制建站，单站覆 盖范围可达b o 5 0 k m ，对于相同的覆盖区域，集群系统建站的数量比蜂窝式移 动电话通信系统要少得多，因而有效地降低了用户建网的费用i 2 l 。 集群移动通信技术在我国起步虽较晚，但它的应用市场愈来愈大。一开始 一些大型企业、交通及安防部门引入了专用调度通信系统，如今许多中小企业 和机构为了加强管理，改进工作方式，提高经济效益，也开始大量引进小型集 群通信系统。 1 1 选题背景 虽然随着集群系统的迅速发展，出现了功能强大的数字集群系统。但我国目 前的政策是继续完善和使用现有的模拟集群通信系统。因为模拟系统比较成熟， 建网成本低，功能基本上能够满足目前的通信需要，对于广大的中小企业是一 种理想的选择。 l t r 信令是广泛使用于分布式集群通信系统的随路信令。它的标准公开，信 道利用率高，接入速度快，且成本较低。但是l t r 信令的固有缺点阻碍了它适应 用户更广泛的要求。当移动终端所属主宿转发器出现故障时，这些终端就无法 工作于集群模式。而且l t r 信令属亚音频信令，速度很低，它所能提供的功能简 单，不能实现如报警、选呼、来电提示等复杂的控制。 1 2 集群通信系统概述 1 2 1 集群系统( t r u n k i n gs y s t e m 或t r u n k e ds y s t e m ) 集群系统是多个用户( 群体部门) 共用一组无线信道，并动态地使用这些信 道的移动通信系统。它足专用调度移动通信系统的高级发展阶段。 采用集群系统的目的是允许许多用户共享一组信道，即使在话务量较重的情 西南交通大学硕士学位论文 第2 页 况下，也能有良好的服务水平。从充分利用频率资源角度出发，希望一个无线 系统有1 0 0 的信道利用率：从用户角度出发希望零等待接续时间。前者意味着 每一信道上要有足够大的等待队列，后者则意味着近似为零的信道利用率。这 是一对矛盾，而集群系统能做一折衷，信道集群后能提高利用率2 6 倍，并且 集群信道越多，优点越突出，即使是只有三个信道的集群，也是值得的。例如5 个独立的单波道系统，设忙时话务量为0 0 1 e r l 用户，则在呼损率为1 0 的情 况下，每个系统能容纳1 1 个用户，五个系统共容纳5 5 个用户。而采用集群后， 五个信道容纳2 2 8 个用户仍能保持呼损率为1 0 。如果只有5 5 个用户，在呼损 率为1 0 时，则只需2 个信道1 。 这种通信方式具有共用通话信道的特点，电有一定的保密性：用户进行通话 时，系统不会再将此话音信道分配给其它通话组。用户进行的一次完整通信可 能要通过转换几次通话信道才能最终完成，在一定程度上加强了保密性。用户 自己不会明显感觉到通话过程中的转换信道过程，好像一直在用同一条信道通 信。 1 2 2 集群系统的特点 集群系统是一种专用网，与公用网相比主要特点有： ( 1 ) 通话时间短，平均每次通话( 呼叫) 2 0 秒左右，而公众电话系统平均为 3 分钟。 ( 2 ) 用户数目较少，且经常是分群的。 ( 3 ) 通话以群( 组) 内用户或同调度通话为主，主要用于指挥调度。 ( 4 ) 工作方式以单工、半双工为主 ( 5 ) 可按优先级服务，并能进行紧急呼叫 1 2 3 集群系统的分类 ( 1 ) 按集群方式可分为消息集群、传输集群和准传输集群三种。 消息集群是在一次完整的通话期问分配一条无线信道，从移动台松键开始， 经过6 1 0 秒脱网时间后，该信道才能再分配。其特点是信息连续，但效率较 低。 传输集群是只要用户一松丌p t t ( p u s ht ot a l k ) 键，该信道立即可以再 西南交通大学硕士学位论文第3 页 分配使用，即不分配脱网时间。其特点是信道利用率高，但可能造成信息不连 续。 准传输集群综合了以上两种集群方式的优点，它缩短了脱网时间，增加了 松开p t t 键后信道保留时间( o 5 1 秒) ，既具有短的信息延迟，又不会造成信 息中断。 ( 2 ) 按信道控制方式分为集中控制方式和分布控制方式两种。 集中控制方式是由一个系统控制器( 控制中心) 统一管理，完成集群功能 和控制的方式。 分布控制方式是系统中每个信道都由自己的智能终端来管理，完成集群功 能和控制的方式。 ( 3 ) 按信令方式，亦即建立呼叫用的信令技术分为以下三种： 随路信令方式 专用控制信遭( 信令信道) 方式 搜索( 非专用) 控制信道方式 1 3 集群信令在国内外的应用现状 l t r 随路信令方式是由e f j o h n s o n 公司提出的，典型的系统是j o h n s o n 公司的c l e a rc h a n n e ll t r 2 集群系统。系统中每个转发器都有一个逻辑板负责 信道的控制和信号转发，转发器间的信息交换是通过一条高速数据总线( 同轴 电缆) 进行的，移动台可在任何空闲信道上实现接入的操作。 l t r “之结构与工作逻辑是现时世界上流行的三大集群体制之一，在美国本 土广泛使用，经时间证实，其可靠性极高。日本马兰士厂采用l t r 8 制式为基础， 推出了崭新的新系统。因为该系统属分布控制式传输集群系统，因而具备此种 系统之卓越性能与特点，如使用效率高，入网时间短，可靠性高。另外，u n i d e n 公司的集群系统f ，a s t 也采用了l t r 体制，在我国有很多用户。 e g f 公司的1 6 p 1 ，u s 等分路集群系统信令未公开，相反，m p t l 3 2 7 信令是全 公开的分路信令，它是英国b a n di i 集群系统的标准信令规约，以动态帧长a i j o h a 作为接入协议。这种信令形式主要为欧洲国家采用，在我国也占有很大市场。 集群通信在我国的发展速度十分缓慢。1 9 8 9 上海邮电通信开发服务公司 ( 现国脉通信公司) 引进m o t o r o l a 公司的8 0 0 m i l z “智能网”( s m a r t n e t ) 系统， 西南交通大学硕士学位论文第4 页 拉开我国集群通信的序幕。1 0 多年来，我国已建成的模拟集群通信有1 0 0 0 多个 信道，2 0 多万户终端。在现有引进的集群系统中，主要采用三大信令形式，即 l t r ，m p t l 3 2 7 和m o t o r o l a “智能网”。 1 4 论文的主要工作 1 对l t r 信令标准作了系统的描述。 2 发现了l t r 系统过于依赖主宿转发器的弱点，并且给出了自动判断并 搜索新主宿转发器的方法，和主宿转发器故障回避算法，提高了的l t r 系统的 故障弱化能力。 3 分析并吸收m p t l 3 2 7 信令的优点，生成一种独立的，可加载在现有l t r 信令上的新的增补信令。该信令在对原l t r 信令结构无任何影响的基础上，增 强了系统的功能和适应能力。这部分还给出了几种可实现新功能的实例。 4 最后一部分对主宿转发器故障问题改进的有效性进行了分析。同时也给 出了l t r 系统在增补信令的支持下，实现一项新功能的完整信令过程。并对在 使用这种新信令的注意事项进行了分析。 西南交通大学硕士学位论文 第5 页 第2 章集群通信工作方式与信令 2 1 集群方式 在一个多信道调度无线系统中，“集群”是指向正在申请服务的用户自动分 配信道，调度无线信道的集群基本技术方法有以下几种。 2 1 1 信息集群 使用信息集群( 亦称消息集群) ，在整个调度通话期间，给它分配一条无线信 道。从移动台按键开始，转发站( 基站) 要经过6 到l o 秒“脱离”时间才能完成信 息集群。如果在这脱离时间内别的移动台或调度员启动另外的信息传输，则仍 保持原先的信道分配。 这种技术效率低，因为在传输时间内若没有信息传输时仍然分配信道，并 且在每个信息结束后的6 秒“超时”内信道仍然被分配。图2 1 所示为其工作过程。 一穹“面 卜鲻麟鹎i 慈燕一一 一卜? l j 竺j 一；! 一 一一 ! ：一一；_ 一 。卜鼓；燧茔净 挫一：垃卜。整一一啦一i 2 1 2 传输集群 传输集群又被称为发射集群。在“纯正”传输集群中，仅对单一半双工无线 传输期间分配信道。因为半双工操作一般需要在移动台的用户压下和释放“按讲 ，l ：关”按钮：当用户松按键时，可把一个确定而可靠的“传输结束”信令发送到基 站控制器，这个信令指示该信道可以被再分配使用。基站接到该信令之后收回 信道并将该信道分配给其它用户使用。所以在传输集群方式中，不会由j 二通话 西南交通大学硕士学位论文 第6 页 暂停而仍然占用信道，浪费信道的使用，从而提高了信道利用率。图2 2 为其 工作过程。该通信方式，通话双方每次按下p t t 键，所分配到的通话是随机的。 所以每一个完整的通话过程可能要分几次在几个不同的信道上完成。这就有利 于通话保密。但这种方式一旦通话完成，p t t 键释放，分配的通话信道就丢失 而给其它用户使用，如果用户消息内有延迟就可能导致通话不连续，存在完整 性差睁缺点。 r 一总的播送对阅 1 6 5 j 熏二 蔓三二二l 蔓 ! ! 二 社r - 一- 4 i 一一一一一一一r 一- 一4 s = i 一一一一一 1 一! 蕊；- i 俦道霹用 ；z 疆碍i 值道可再分配 ir4 s 1 1 一一一一一一一一。r 溺一广一一一一一一一 i i 信道霹用垮并：信道可厝信道霹用l 。 i信道可厝 r i 一f 再丁一一一l l 2 1 3 准传输集群 在相当于系统“忙时”的非常高的信道负载上，纯粹的传输集群系统中存在 着用户消息内有延迟的可能性。因为每单个信息传输必须获得一个新的话音信 道分配，这些延迟是极不受欢迎的，并导致消息连续性被中断。因此就出现了 上述“纯”传输集群的修改型，称之为“准传输集群”，图2 3 为其工作过程。 准传输集群兼顾消息集群和传输集的优点，它缩短了集群站“脱网”时问， 该时间连同移动台发送传输结束信令在内为0 5 1 秒。在准传输系统中，一旦 开始接入信道，两个电台可迅速建立通话而不会“脱离”话音信道，因而，具有 小的信息延迟。 西南交通大学硕士学位论文第7 页 l 一 。一一一 意翦赫蒜对嘲姆s 一慝一二i 两一再：司 l 棒扫i 蒴追甜再丹配 l 品茹f ! 博薅研黼： ! ：苎苎士一i = + 斗一_ r 广1 一 ! ! 卜幅“爿i l i 一一一一一，一，一、一j 一一最一一j 一一上一一j 一一一一一一一r r 一一一一1 一- 一一“一一一 一一竺竺一一墨一一| r 一簿一一“竺! 竺 卜j 笠一蛾p 一划 图2 3 准传输集群工作过秽 2 2 控制方式 集群移动通信系统的信道控制方式有两种：专用信道控制方式和分布控制 方式，前者亦称为集中控制方式，后者亦称为分散控制方式。 无论哪一种控制方式，都能使集群通信系统的用户在使用时就好像是信道 专用一样，尽管用户进行一次完整的通话需要多次更换通话信道，而对用户自 己来说并无明显的感觉。所有上述功能的实现都是靠系统内执行控制任务的硬 件和软件配合完成的，这种以微处理机为硬件基础并与各种协议保持一致的软 件结合就构成了集群通信系统的信令系统。因此，上述两种不同控制方式的信 令也是不同的。集中控制方式系统称为专用控制信令系统，分布控制方式系统 称为随路控制信令，亦称为亚音频控制信令系统。 专用控制信令系统适用于较大的集群通信系统，这是因为较大的系统信令 联络时间非常重要，把一个信道专用作控制信令信道。随路控制信令系统适用 于比较小的集群通信系统，把所有的信道既作为话音信道又作为信令信道，若 把一个信道作控制信道用会使整个系统的信道利用率降低。 2 2 1 专用控制信道方式 专用控制信道方式采用一条信道作信令信道，并且，必须由系统控制中心 集中控制和管理，处理呼叫请求和分配空闲信道。 该方式具有许多优点，因为无需信道扫捕，可以采用快速信令( 如目前有的 西南交通大学硕士学位论文 第8 页 系统信令速度为3 6 k b i t s ，有的可达9 6 k b i t s ) ，所以，建立呼叫速度快， 入网接续时间短，也就是说，专用控制信道方式主要是接续快。除上述主要优 点外，还具有下列功能： 专用控制信道，功能设置除具有一些专用的功能外，还可以完成紧急呼叫、 短数据传输、动态重组、防盗选择、无线电台禁用等功能。 连续分配信息更新，提高通信可靠性。 遇忙排队，自动回呼等。 采用专用控制信道方式，用户的入网和接续都必须通过专用控制信道来完 成，这就遇到了两个或两卜以上移动台在同一瞬间内同时发送信令而引起碰接 ( 争用1 的问题。完善的系统就要求解决这种“碰撞”( 争用) 问题。 解决“碰撞”( 争用) 问题的方法有两种： 一种是采用“定时询问”办法。 即在此系统中，给每个移动台分配一个专用时隙，若移动台有信息发送就 在该相应时隙内发送信令，这种时隙可由同一起始定时信号导出，或由基地台 轮流安排各个用户发送，这种方式的缺点是当用户多时，效率不高。所以它适 用于用户数较少的系统。 另一种是采用纯a l o h a 方式或时隙a l o h a 入网控制技术。 在此系统中，每一消息中都会有若干检错位，使基地台可确定收到的消息是 否同移动台同时发送引起碰撞而出错。若所收信令无差错则发送应答信令，否 则有关移动台将按随机选择时延重发消息，直到消息发送完了为止。 2 2 2 非专用信道的分布控制方式 在这种方式的集群通信系统中，每个基台( 又称转发器) 都有一个控制板负 责信道的控制和信号转发。基地台间的信息交换是通过一条高速数据总线( 同轴 电缆) 进行的。移动台可在任何空闲信道上实现接入操作。由于每个信道既要作 话音传输，又要传输信令。所以它用低于话音频带( 3 0 0 h z 以下) 的亚音频( 如 1 5 0 h z ) 调制数字随路信令，它可与话音同时传输，不占信道。 在此系统中，由于移动台可预先获得可用信道而无需扫描，因而接入时问 短。另外，由于每个信道独立完成信令交换，可在任何空闲信道上实现接入系 西南交通大学硕士学位论文第9 页 统的操作。减少系统的交换负荷，提高可靠性。这种方式阻塞率低，等待时间 短。 2 3 集群通信系统信令的分类 集群通信就是多个用户共用少数几个无线信道。为了确保通信中的保密和有 秩序，保证系统有机协调地工作，系统必须要有完善的控制功能并遵循某些规 定。这样就需要一些用来表示控制和状态的信号及指令。 为了将集群通信系统中用于通话的有用信号区别开来，这里把话音信号以 外用于控制系统正常工作的非话音信号及指令系统称为“信令”。各种各样的信 令组合成集群通信系统的信令系统，它可以称为集群通信系统的神经。信令系 统可决定集群通信系统功能的好坏，信令系统复杂是移动通信系统与普通通信 系统的重要区别，而且，集群通信系统为了实现其强大的调度功能，信令系统 会更加复杂。 集群通信系统的信令主要有下列两种分类方式： ( 1 ) 按信令功能可分为控制信令、选呼信令、拨号信令三种； ( 2 ) 按信令形式分类，可分为模拟信令和数字信令两大类。 集群通信系统中控制技术包括空闲信道的检测以及通话信道的指配和控 制，利用微处理机的通信控制等。控制和信令是不可分的。一种性能优良的信 令系统将会大大提高整个集群通信系统的效率。对信令的要求主要是便于无线 传输，实现起来简单，组合数量多且与市话兼容性好等。 2 3 1 三种不同功能的信令 ( 1 ) 控制信令 控制信令用来控制基地台与移动台之间信道的连接、断开以及移动台无线 信道的转换。此外，还用来作为监控和状态显示。它包括各种状态监视信号、 空闲信号、分配信道、拆线、强插、强拆、限时、位置登记、遥毙和报警信令 等。 控制信令可以利用专用信令信道传输，也可以通过话音信道传输。 ( 2 ) 选呼信令 选呼信令用来控制移动台按自己的身份码接入系统，它包括单呼、组呼、 群呼信令等。一个集群通信系统拥有许多移动用户，为了在众多用户中呼出其 西南交通大学硕士学位论文第1 0 页 中某一用户而不至造成一呼百应的状态，给每个移动台规定一个确定的地址码， 其他控制台按照地址码选呼，这样就可建立与该移动用户的通信。对选呼信令 的要求是，既组成简单又能获得尽量多的号码数，同时又要求可靠性高，抗干 扰性能好。 ( 3 ) 拨号信令 拨号信令是移动用户通过基地台呼叫另一移动用户或市话网用户而使用 的信令。因此要求拨号信令与市话网具有兼容性，并适于在无线信道中传输。 2 3 2 两种不同形式的信令 2 3 2 1 模拟信令 利用模拟信令实现集群控制，一般情况采用d t m f 信令、c t c s s 信令、 五音调信令等。它们可以单独使用，亦可以几种搭配混和使用。 ( 1 ) d t m f 信令 d t m f ( d o u b l et o n em u i t i f r e q u e n c y ，双音多频) 信令是一种双音多频信号，它 在市话程控交换机上被广泛使用。它是一种带内信令即在3 0 0 - - 3 4 0 0 h z 音频范 围内，选择8 个单音频率，分为高频率群( 4 个或3 个频率) 和低频率群( 4 个频率) ， 每次从高频率群和低频率群各取出一个频率，由高低两个频率信号叠加在一起 构成一个d t m f 信号。 在集群通信系统中，d t m f 信号用作系统的识别、拨号、控制以及状态等 各种信令。 在集群通信系统中，目前还没有统一规定d t m f 双音多频信令的具体定 义，大部分生产厂商都有自己的设定，实际中可根据具体设计，对已使用的信 号种类适当增减。特殊功能信号，如缩位拨号、呼叫转移信号等，可自行规定， 但不能与之相矛盾。通常可参考我国移动通信9 0 系列标准中小容量自动拨号 无线电话系统中关于d t m f 双音多频信令的统一规定。 ( 2 ) c t c s s 信令 c t c s s ( c o n t i n u o u st o n ec o n t r o l l e ds q u e l c hs y s t e m ) 信令是指亚音频控制静 噪选呼信令，又称为音锁或单音静噪。它是多个通信系统公用一个信道，为防 止互相于扰而使用的一种亚音频信令。它还可以有效地防止非法用户进入系统。 西南交通大学硕士学位论文第1 1 页 c t c s s 信令是在发射载波上叠加低电平亚音频单音，每个系统有自己特 定单音，用户每次呼叫开启发射机时使发出该频率的单音，并在整个通话期间 持续发送。在简单的集群通信系统中，常用该信令实现组呼或作为系统识别音。 ( 3 )五音调信令 五音调信令属于单音顺序编码信令。c c i r ( 国际无线电咨询委员会) 规定五音 调非序码单音频率稳定度应优于土5 1 0 3 ，标准码长时间为1 0 0 a ：1 0 m s ，码字之 间不问断排列，问断误差时间约为2 0 m s 。 2 3 2 2 数字信令 数字信令是随着计算机技术的发展而飞速发展起来的，由于它传输速度快、 组码数量大，便于集成化，可以使设备小型化，近几年在集群通信系统中被广 泛应用。 数字信令大体可分为低速和高速两类。低速数字信令要进行两次调制，第 一次调制在一个或几个音频频率上，在无线信道中仍以模拟方式进行第二次调 制。高速信令一般是直接调制在无线信道上，由于速度较高，通常采取多次重 发和较复杂的纠错编码方法，以解决传输中出现的差错问题。 ( 1 ) 数字信令格式 在传输数字信令时，为了便于接收端解码，通常要求数字信令按一定格式编 码。常用的数字传令格式有两种，如图2 - 4 ( a ) 、( b ) 所示。 i位同步码( p ) i 字同步码( s w ) i 信息码( a 和d ) l 纠错码 i ( a ) 第一种信令格式 ( b ) 第二种信令格式 图2 - 4 数字信令格式 第一种格式，每发送一组地址或数据信息时都要发送同步码和纠错码。 第二种格式，每发送一次同步码和纠错码时，可以发送几组信息码。 位同步码( p ) ：又叫码头、前置码或同步码。它是将收发两端的时钟对齐， 以便给出每个码元的判决时刻。 字同步码( s w ) ：又叫帧同步码。它表示信息的丌始，相当于时分多路通信 中的帧同步。常选用相关性好的0 i 归零巴克码来做字同步码。 西南交通大学硕士学位论文第1 2 页 信息码( a 和d ) ：传输数字信令的具体内容包括地址码和控制、寻呼、分 配信道、拔号等数据信息，它是数字信令的核心。 纠错码：又称监督码，是为了防止信令在传输中出错而加的冗余码。一般 情况采用b c h 码，它不仅可以发现错误，还可以实现前向纠错。 ( 2 ) 数字信令的传输方法 基带数字信令是二进制的数据流，只有通过调制才能发射出去。考虑到与 现有模拟系统的兼容性，数字信令要适应2 5 k h z 的信道带宽要求，能够在1 6 k h z 带宽的信道内可靠传输，用于数字信令的调制方式有a s k 、f s k 、p s k 三大类。 a s k 体制抗干扰和抗衰落性能差，在移动通信中基本不予以采用。f s k 和p s k 方式具有较好的适应性。 在选择调度方式时，主要从信令速率、调制带宽和抗干扰能力( 即误码率) 上来考虑。通常使用的调制方法有两种：一种是基带调制，它适用于高速率： 另一种是副载波二次调制，适用于较低速率。 2 4 数字信令规约 2 4 1 m p t 一1 3 2 7 数字信令 m p t _ 一1 3 2 7 ：集群系统信令标准规约。这个标准是经英国贸易工业部、英 国邮电部、1 1 家制造工厂、2 个用户协会，经1 9 8 2 年、1 9 8 3 年和1 9 8 4 年三年 的三次讨论，于1 9 8 5 年公布。它在世界上已标准化和公开化，m p 卜1 3 2 7 是 一种承前启后的标准，世界上许多国家和公司都采用这种信令开发了各种集群 移动通信系统。通常m p t 一1 3 2 7 数字信令是利用专用信令信道传输 2 4 2i t r 数字信令 l t r 是l o g i c t r u n k e dr a d i o 的缩写，该信令是非专用信令信道的分布控制 系统。最先先采用分布控制信令方式的集群移动通信系统，是美国 e f j o h n s o n 公司的l t r 系统。l t r 信令具有构成简单、格式公开、功能实用 的特点，很快得到广泛应用。m u l t i n e t 系统、f a s t 系统等都采用的是l t r 信令。各个系统在具体功能上各有特点。 西南交通大学硕士学位论文第1 3 页 2 5 选择信令的标准 不同信令方式有不同的特点，需要从多方面衡量信令系统优劣。 第一，比较信令系统对信道利用率的影响。信道较少的集群移动通信系统， 用一个信道专门作控制信道会使系统的信道总利用率降低。这时，采用分布控 制方式的信令系统更好，即随路控制信令系统。 第二，要比较信令系统克服碰撞的能力，即解决两个或两个以上移动台在 同一瞬间发送信令所引起干扰的能力。一般采用定时查询的方式，或者a l o h a 方式的一种。 第三，要看信令系统的灵活性。 所以，对于信道数量较少的集群系统，l t r 信令采用全部信道作业务信道， 分散控制没有中心控制器，信令简单，设备可靠性高，特别适合小型集群系统。 西南交通大学硕士学位论文第1 4 页 第3 章l t r 信令标准与系统功能 3 1l r 信令系统工作原理 l t r 是l o g i c t r u n k e dr a d i o 的缩写，该信令是非专用信令信道的分布控制 系统。 实现集群移动通信系统全部控制功能的过程，也就是移动台和中心控制设 备、转发器和中心控制设备以及移动台和转发器之间进行数字信令通信的过程。 中心站实际上也可看作是一个电台。在分布控制信令方式的系统中，控制过程 和集中控制方式系统的过程是相通的，只是控制设备硬件结构相对分散。实现 的控制功能分散在各个信道设备中，即信道转发器中的逻辑控制单元之中；数 字信令由集中在一个控制信道处理变成分布在各个信道之中处理；信令由低速 和高速混合信令变成纯低速的信令。 它采用3 0 0 b i t s 亚音频( 低于1 5 0 h z ) 调制的数字式随路信号，与话音信号 一起不间断地同时传送，不占用专门信道。系统中的各个转发器在各自信道上 独立地完成全部控制功能和话音信道分配功能。正因为如此，在集群系统中将 这种逻辑控制方式称为分布控制方式。 这种逻辑控制方式的优点是避免了将一个信道作为专用控制信道的问题。 在信道较少的集群移动通信系统中，这种控制方式的效率优于集中控制方式系 统的效率。同时，这种控制方式使系统省去了昂贵的集群系统中央控制设备。 另一方面，系统中某一个转发器如果出现故障，其它的转发器照样可以正常工 作在集群状态，并保持相互间的通信。但是这个故障的转发器所属的移动台只 能工作在常规模式下，不能工作在集群模式下。 l t r 信令系统中每个转发器之间，通过高速同轴电缆数据链路传输数据信 息流，传输速率为9 6 0 0 b i t s ，信息以时分多址共用数据总线方式交换。每个转 发器都有控制头，可分布控制，即每个信道独立完成信令交换，减小系统信令 的负荷，从而提高系统的可靠性。移动台与转发器之间采用应答式交换信令。 分布控制方式的集群系统，信道控制器在交换信息的同时，对系统状态信 息进行连续性更新，因此，移动台随着开启电源能随时了解系统的运行状态， 随时加入小组通话行列，不会失去转发器的控制。 更新的数掘中含有各信道的状态信息。备移动台通过接收到的状态信息， 西南交通大学硕士学位论文 第1 5 页 可随时知道哪些转发器处于空闲可用状态，哪些正被占用着。一旦需要通话， 可以直接占用已知的空闲信道。 采用传输集群技术，即讲话时占用信道，讲话空余时，利用按( p t t ) 讲 方式释放信道，此时信道可被别的用户通话使用。每次移动台发射可在任意信 道上进行，不固定分配信道。这样能充分利用传输空余时间，提高信道的负载 能力。 系统内的移动台只能发出或解调出事先为其输入的移动台识别码( i d 码) ， 因此系统内不同通话组移动台之间无法窃听到其他通话组的通话内容。 3 2l t r 分布控制信令系统的数字信令格式 信令格式有三种：转发器之间高速传输信令、转发器到移动台的信令以及 移动台到转发器的信令。 通话过程中，占用信道的移动台连续不断地向转发器发出数字信息信令； 转发器也连续不断地向被呼移动台转发数字信息信令。同时，同组所有的移动 台均连续不断地髓视此信道的数据信息信令。 l t r 信令的特点： 上、下行信令长度相同，均为4 0 位。 上、下行信令速率相同，3 0 0 波特。 1 位( b h ) 信令数据的脉冲宽度为3 1 0 3 m s ，因此发送一组完整的信令数 据约需1 3 0 m s ，可以在3 0 0 m s 内完成一次完整的信道指配过程，因此接续时间 短。 3 2 1 数据信息信令各部分的意义 ( 1 ) 同步码 位同步码：起始的2 位，用于开启数据接收电路： 宇( 帧) 同步码：7 位，用于检测接收到的数据信令信息起始位置并提供同 步信息。 ( 2 ) 区域码 在移动台发出的信令中，这一位是同化在电台内的系统工作( 覆盖) 区域 代码。在转发器发出的信令中，这。位的内容由转发器编程开关决定。当发出 西南交通大学硕士学位论文第1 6 页 的信令中包含的区域代码与系统设置的区域码不相符时，基站不响应，呼叫就 损失掉了。它是用于当两个相邻集群系统采用同一个信道作宿主转发器的情况。 区域码只能取0 和“1 ”。如果服务区内只有一个集群通信系统在工作，则这 一位通常设置为“0 ”。 ( 3 ) 占用转发器代码 占用转发器代码是基站为被呼移动台分配的转发器的代码。 其代码由5 位组成，二进制编码后，最多可有3 2 个不同的中继器代码，因 此一个基站最多可有3 2 个信道。 在移动台发出的信令中，这一时隙包含了移动台占用的中继器代码。代码 数值一般不超过2 0 。发出的代码必须与系统分配的信道代码相同，也就是与当 前使用的信道代码相同，否则就要出现互调二f 扰，造成呼损。 在转发器发向移动台的信令中，这一时隙内容是正处于发射状态的中继器 代码。 如果接收到这一时隙内容的是正占用此信道的移动台，这一代码即为发出 这一时隙内容的转发器代码；如果接收者是无法占用此信道的移动台，则这一 代码是引导移动台去占用空闲转发器的代码，即可用转发器代码。 转发器空闲时，一般每隔l o 秒钟发出一组下行信令，用于刷新移动台的系 统工作状态寄存器内容。此时，这一时隙包含此中继器代码。 在移动台释放p t t 键后的一段时间内，其发射单元继续保持为发射状态， 直到发完“关机”代码( 3 1 ) 为止。被占用的转发器将“关机”信息转发给被 叫移动台，控制其静噪开关。 ( 4 )主宿转发器 在移动台发向转发器的信令中，这一时隙包含主呼移动台的主宿转发器代 码。系统正常工作后，各信道转发器的代码就固定了。已编程移动台的主宿转 发器代码也是固定不变的。 在转发器发向移动台的信令中，这时隙包含的代码是主呼移动台发来的 信令中，同时隙内包含的转发器代码。在转发器空闲状态f ，它将自己的代码 在这一时隙发送出去。 ( 5 )移动台识别码 存移动台发向转发器的信令中，这一时隙用于发送主呼移动台或通话组的 西南交通大学硕士学位论文第1 7 页 识别码( 有效取值范围是1 2 5 0 ) ，统称为移动台识别码。 在转发器发向移动台的信令中，这一时隙用于发送在此信道上通话的被叫 移动台或通话组的移动台识别码。如果以此信道作宿主的移动台正在其他信道 上通信，则这一时隙还要发送包含那些移动台识别码的附加信息，这一附加信 息来自于转发器之间的数据总线。 ( 6 )空闲转发器 在移动台发向转发器的信令中，这个时隙用于发送特征字( 3 1 ) 。 在转发器发向移动台的信令中，这个时隙包含某空闲转发器代码，引导移 动台去占用那个信道。有多个空闲转发器，按某种方式随机选取其中之，在 这个时隙发送出去。这个时隙的内容用来通知以此转发器为主宿转发器的移动 台，需要时应当用哪个信道进行通话。如果主宿转发器空闲，则这个时隙包含 转发器自己的代码；如果所有转发器全忙，则这个时隙发出全“0 ”码。 ( 7 )检错码 这个时隙的7 位数据用于检验信令数据是否有误码。接收端如果查出有误 码，则放弃这组信令数据。 l t r 信令的五种主要信令格式如图3 1 所示。 3 2 2 转发器之间传输的数字信令 l t r 集群系统中各个转发器逻辑单元之间，通过两条串行数据总线相连。 一条总线称为系统控制总线( c o n t r o lb u s ) ，用于传递系统控制信息。另一条称 为系统用户总线( s u b s c r i b e rb u s ) ，主要用于传递系统中与计时或监控有关的状态 信息。 总线按照串行通信规定的令牌环协议进行通信。指定系统中某个转发器作 主控转发器。主控转发器负责发出同步脉冲序列，同步脉冲序列作为系统内各 转发器之间通信的定时信号。这个同步脉冲序列决定着各转发器发送信令的时 隙和时刻 西南交通大学硕士学位论文第1 8 页 移动台对基地台的信令 5 b i t5 b l t8 b i t7 b f f 基地白对穆动静的倩令转发器忙) 嚣参l 署参汹话锵( s b i t s b i t 号卜慧2 0 蚋) l 篥嚣l 藕荸r 黼 c r c 挚 ( 9 b ) l ( 1 8 ) )l ( 1 i 标识玛。i 曼篡? i ) 基地向对移袖静的僖令( 转发嚣空闲) 嚣毒l 嚣未f 转震嚣半号 篓冀嚣号i 毒蓄二i 姜嚣霉f 赣蕞纂袤位 移动台对蔫地台的垴求精号撩式 同班l 区号i，守候信谨哮l 麓叫台11 繁惧慷蠢位 ( 9 b ) i ( j b ) i i ( 1 ，2 0 )l 标戳再l 。 ( c r c ) 蔫地台埘移渤矗的精采俯号禳最 嚣誊i 嚣基| 引l ：篡笼嚣母i 貅m 识n q 码| 耋嚣霉l 糟曩基袤健 图3 1l t r 信令格式 每条总线上两个同步脉冲之间各含有2 2 个时隙。 时隙l 2 0 分别分配给系统内的2 0 个转发器，用来发送转发器的状态信息。 第2 1 时隙分配给移动台识别码认证器，以决定是否给主呼移动台提供通话信道。 第2 2 时隙用于计时统计，以便形成计费数据。 分配给各转发器的时隙号与转发器的代码相对应。例如，l 号转发器使用 第1 时隙，2 号转发器使用第2 时隙 转发器之间数据总线的工作速率为1 8 7 5 0 波特。 各转发器工作时，依次在分配给自己的时隙上，分别将自己的状态信息传 送到数据总线上。 转发器卒闲时只将起始位传送到自己的时隙上；转发器被占用时，在这个 时隙上将被 q