移动通信课程实验指导书v1.3

1、移动通信课程实验指导课程实验说明：本实验是移动通信课程实验，为了使学生对移动通信系统的硬件框架、设备操作、业务建立等有初步了解，将在三个方面进行本实验。第一， 硬件移动通信设备的认知；第二， 移动通信设备的操作；第三， 移动通信业务的建立与信令流程。由于时间限制，观察和操作先由实验教师指导完成，然后每组学生依据具体情况可自行重复实验内容。一、 实验目的1. 移动通信设备的认知a) 了解机柜结构b) 了解移动通信设备组成和机框结构c) 了解移动通信设备各单元的功能及连接方式2. 网管操作和OMT创建小区a) 了解OMC系统的基本功能和操作b) 掌握OMT如何创建小区3. 移动通信业务的建立与信令

2、流程a) 了解TD-SCDMA系统的网络结构b) 掌握基本业务测试环境的搭建c) 掌握CS业务与普通PS业务信令流程，体验视频通话二、 实验设备TD-SCDMA 移动通信设备一套三、 实验原理1. 移动通信设备认知1.1 RNC设备认知TDR3000设备机框外形结构如图31-1和图31-2所示。l 机框主要功能如下：ü 支持14个板位，作为19机框通用背板使用。ü 满足PICMG3.0、PICMG3.1 规范。ü 实现机框内以太交换双星型物理连接拓扑。ü 对各前插板提供板位编号（HA07）。ü 对各前插板提供Fabric、Base、CLK、Up

3、date数据通路。ü 提供对所有FRU单元的IPMB总线通路。ü 提供-48V冗余供电通路。ATCA机框的UPDATE CHANNEL设计规则为物理板位1与13、2与14、3与11、4与12、5与9、6与10、7与8两两之间设计UPDATE CHANNEL。图31-1 机框背板功能分布示意图图3-1-1中蓝色连线表示具有Update Channel 连线的板位分配，物理板位7，8固定为两块交换板，其余板位固定为功能板。图3-1-2 机框背板接口后视图机框物理上是一种13U标准的ATCA插箱，机框背板主体尺寸为ATCA标准定义部分：354.8mmX426.72mm。主体之下为

4、背板的风扇、电源接口引入部分，风扇接口包括风扇电源和IPMI接口，背板与电源模块之间的电源接口包括两路48V供电和四路风扇电源输入。背板与各前插板之间的电源接口采用分散供电方式，每个前插板有两路-48V供电。背板下部左右两部分中间位置各预留1英寸安装输入电源插座（-48V/风扇电源）。单板结构单板相关描述中，采用“逻辑板（物理板）”的描述方式，其中逻辑板为从软件功能及操作维护台显示的单板；物理板为硬件单板，其单板名称印刷在在物理单板面板下方。采用该表达方式的目的，是便于使用者能随时直观地了解逻辑板与物理板的映射关系，避免不熟悉两种单板类型映射关系的用户频繁地查找单板对应关系表。TDR3000各

5、种单板的类型及功能如下表3-1-1所示：表3-1-1 TDR3000设备逻辑板与硬件板名称对照表序号功能单板名称单板功能对应的硬件单板名称备注1IPUAIP UTP接口板MNPA +GEIC配置后插板为GEIB2RSPA无线网络信令处理板GMPA+SPMC3GCPA全局控制处理板GMPA+SPMC+HDD4PTPAGTPU处理板MNPA5RTPA无线网络业务处理板MDPA6TCSA二级交换板MASA配置后插板为MASB7ONCANodeB操作维护数据路由板MNPA+GEIC配置后插板为GEIB下图3-1-3是根据机框槽位布局要求的一种简配示意图：机架#1框#112345678910111213

6、14GCPARSPAONCAIPUATCSARTPAPTPA图 31-3机框简配示意图其中使用的各单板功能如下：Ø GCPA（GMPA+SPMC+HDD）全局控制处理板完成以下功能：l 全局处理板完成RNC全局资源的控制与处理、以及与OMC-R的连接。全局控制板支持板载2.5 IDE 80GB硬盘数据存储功能；l 处理以下协议：RANAP协议中的复位，资源复位，过载控制消息；SCCP管理、MTP3B管理、ALCAP管理、M3UA管理协议等；l 两块GCPA以主备用方式工作；Ø RSPA（GMPA+SPMC）无线网络信令处理板完成以下功能：l 处理Iu，Iub接口的控制面协议

7、以及传输网络高层协议，完成无线网络协议的处理，以及呼叫处理功能；l 处理的协议有：RRC协议，RANAP部分协议，NBAP协议，无线资源管理；SCCP部分协议，ALCAP部分协议，MTP3B部分协议，M3UA部分协议，SCTP协议等；l 两块RSPA以主备用方式工作；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 网络处理器完成外部IP到内部IP的转换、处理功能；Ø TCSA（MASA）板的主要功能如下：l 支持控制面Base交换和业务面Fabric交换两级交换，完成

8、业务和控制面的L2、L3以太交换功能；l 固定使用2个交换板槽位，即框中的第7、8槽位；l 同时完成整个机框的ShMC（机框管理器）功能，同时兼容IPMC功能，可根据不同ATCA机框进行灵活配置；l 提供架框号的编码配置功能；l 支持对网同步时钟的接入、分配功能；l 以主备用方式工作；Ø RTPA（MDPA）板由单板控制模块、单板以太交换模块、DSP处理模块、电源模块、IPMC模块组成，主要功能如下：l 单板控制模块完成板内的各种控制管理功能；l 单板以太交换模块实现完成RTPA（MDPA）板内的以太数据交换；l DSP处理模块主要由DSP和其外围来实现，完成业务数据和协议的处理；l

9、 电源转换模块从背板接入双路-48V电源，经过电源转换芯片转换后，给单板提供各种芯片正常工作的各种电压；l IPMC模块主要完成单板上电的控制，以及温度、电压监控等功能。Ø PTPA（MNPA）板的主要功能如下：l 完成Iu-PS用户面协议处理功能；l GTPU处理板，完成IP(OA)、UDP、TCP、GTP-U协议模块处理；l Host部分完成网络处理器运行状态监视、性能统计等功能。1. 2 Node B 设备EMB5116基站主要分为如下几个主要组成部分：ü 主机箱ü 电源单元ü EMx板卡ü 风机及滤网单元ü 功能板卡硬件单元排

10、布如图3-2-1所示。图 3-21EMB5116槽位框图表 3-21EMB5116结构表单板英文简称单板英文全称单板中文全称BPOABaseband Processing Only Board A Type基带处理A型板BPOEBaseband Processing Only Board E Type基带处理E型板BPOFBaseband Processing Only Board F Type基带处理F型板BPIABaseband Processing &Ir Interface Board A Type基带处理和Ir接口A型板SCTASwitch Control & Tra

11、nsmission Board A Type交换控制和传输A型板ETPDExtend Transmission Processing Board D Type扩展传输处理D型板ETPEExtend Transmission Processing Board D Type扩展传输处理E型板FCFan Control Board风扇控制板EMAEnvironment Monitor Board A Type环境监控A型板EMDEnvironment Monitor Board D Type环境监控D型板PSAPower Supply Board A Type电源A型板PSCPower Supply

12、 Board C Type电源C型板CBPCommon Backplane通用背板2. 网管操作和OMT创建小区无线操作维护中心OMC-R（Operation and Maintenance Center-Radio）是整个TD-SCDMA RAN的操作维护管理系统，提供对TD-SCDMA RAN系统的网络设备RNC、NodeB以及OMC-R自身的操作维护，提供包括配置管理、告警管理、性能管理、软件管理、日志管理、安全管理等功能；在系统开通过程中能够对网络设备进行数据配置，在系统运行过程中能够监控网络的运行状况和质量，并提供系统软件和数据升级功能；OMC-R向上级网管提供了支持3GPP 32标

13、准的Corba接口，支持上级网管中心需要的功能。1） 介绍网管操作系统（实验老师讲解）2） OMT上创建基站操作维护系统提供对TD-SCDMA RAN系统的网络设备RNC、NodeB网元的管理和维护。Node B的逻辑资源（如信道，小区等）由RNC拥有，但在Node B中实现，因而在RNC和Node B之间需要通过Iub接口进行信息交互，所有支持这些信息交换的消息被归类为逻辑O&M操作。使用IPOA通道作为Iub接口操作维护的专用通道，使得Node B能够自动建立操作维护通道，实现自动加载程序与数据等维护功能，实现Node B开工无须人工干预,从而较大程度地改善了整个网络的可维护性，节

14、约了运行维护成本，提高了运行维护质量，给网络运营商的运行维护带来较大的方便。 下面是IPOA通道建立过程的描述：1) Node B在默认的通道上向RNC申请建立专用IPOA通道和申请IP地址，如果在定时器超时后（定时器的取值应可配置），没有收到RNC的响应，则一直重复发送该消息，直至申请成功。2) RNC分配相应的PVC和IP地址，并在默认的通道上向Node B发送响应。3) Node B完成PVC和IP的对应关系的绑定。4) Node B通过专用IPOA通道，使用FTP从FTP_server下载相关软件、配置文件。之后，Node B启动下载的软件，并使用下载的配置文件完成对软件的初始配置。并

15、上报初始化结果（可选）、初值配置结果。5) 专用IPOA建立成功后，启动专用IPOA通道监测过程。在一定的时间内（定时器可配置），RNC通过SNMP对Node B中的MIB变量进行配置；定时器超时或配置完成后，该过程终止。操作维护的消息类型包括get、set、modify三类。本试验创建基站、小区属于set类消息。相关查询操作属于get消息。如果参数需要变更，属于modify消息。其消息流见下图：配置管理信息查询消息流图如下图3-3-1：完成OMC-R/RNCOM对Node B系统的配置信息进行查询。图3-3-1置管理信息查询消息时序图配置Node B的消息时序图如下图3-3-2：完成对Nod

16、e B的系统配置信息的设置。图3-3-2配置管理信息配置消息时序图Node B配置变更上报流程，完成功能：当Node B的配置参数值发生变化时，Node B的OM向RNC OM/OMC-R发送配置变更消息，以保证各管理配置信息的一致性。图3-3-3 变更上报消息时序图3. 移动通信业务的建立与体验TD-SCDMA系统的网络结构如下图所示，可分为无线接入网（UTRAN ）和核心网（CN）两部分。无线接入网部分包括用户终端（UE）, 基站（Node B）和无线网络控制器（RNC）。RNC和Node B之间的接口称为Iub接口。RNC与CN之间的接口称为Iu接口。l 一个基本的MOC( TD UE与

17、固定电话之间的通信)信令流程如下图3-4-1和3-4-2所示：图3-4-1MOC success and fixed phone release图3-4-2l 流程解释1) RRC连接的建立A. 在UE发起RRC CONNECTION REQUEST之前，首先要建立NODE B与UE之间的上行同步，以此来确定UE向NODE B发送的时隙，UE向NODE B发送上行同步码（SYNC-UL）,以此建立NODE B与RNC的上行同步。B. RRC Connection Request：UE在上行CCCH上发送一个RRC Connection Request 消息，请求建立一条RRC连接。该消息通过R

18、ACH信道传输到RNC。C. RNC收到UE的消息后，决定在专用信道上建立RRC连接，RNC向NodeB发送Radio Link Setup Request消息，请求NodeB分配RRC连接所需要的特定无线链路资源。NODE B接收到RNC的消息后向RNC回复Radio Link Setup Response 。RNC依照ALCAP协议发起Iub接口用户面传输承载的建立（ERQ），用于承载RRC信令的ATM连接（该消息中带有AAL2的地址信息）。NODE B在收到后回应ECF。RNC向NODE B发送Downlink Synchronization控制帧，要求为Iub数据传输承载建立同步，NO

19、DE B回应Uplink Synchronization.。RNC与NODE B间的专用信道DCH建立完成。D. RNC在FACH信道上发送RRC Connection Setup消息给UE。UE在收到消息后向NODE B发送突发数据（5555）建立UE与NODE B间的上行同步，此时NODE B得知空口的上行同步完成。NODE B向UE发送下行突发数据建立NODE B与UE的下行同步（以后UE与NODE B通过突发数据保持同步）。当空口下行同步完成后，NODE B向RNC发送RADIO LINK RESTORATION INDICATION消息告诉RNC已完成Uu口的上行链路同步，空口建立完

20、成。E. UE在DCCH上发送RRC Connection Setup Complete消息给RNC，RRC连接建立完成。UE与RNC之间的DCH专用信道建立完成。2) NAS连接建立F. RRC连接建立以后，UE在DCCH上给RNC发送一条 Initial Direct Transfer（CM Service Request）消息，请求MM连接（该消息中带有请求的业务类型，用户标识，CKSN等信元）。G. RNC发起初始到CN的信令连接，并发送一条RANAP消息Initial UE Message给CN，通知CN关于UE请求的业务，该消息中包含Connection Request(CR)信元

21、以建立SCCP连接，以及CM Service Request.H. CN发送SCCP消息Connection Confirm(CC)到 RNC,RN与CN间的SCCP连接建立完成。I. 如果不进行鉴权，CN发送MM:CM Service Accept消息，如果进行鉴权，则无该消息，启动鉴权流程。CN发送RANAP消息Direct Transfer消息给RNC，该消息中携带MM层消息：CM Service Accept。J. RNC在收到CN发来的消息后将消息透明的传给UE,即发送RRC消息：Downlink Direct Transfer.该消息中含有MM层消息：CM Service Acce

22、pt。CN与UE之间的MM层连接建立完成。K. CN向RNC发送RANAP：Command ID消息，CN将用户的IMSI号码告知RNC。L. UE向RNC发送RRC Uplink Direct Transfer ：CC：Setup,携带被叫用户号码以及支持的编解码列表。M. RNC收到消息后向CN透明传输该消息（RANAP: Direct Transfer）。CN收到该消息后，呼叫控制实体分析SET UP带上来的呼叫信息，如果呼叫信息和请求的服务可用，回应RNC RANAP消息Direct Transfer：call proceeding给RNC。N. RNC向UE透明传输RRC消息Down

23、link Direct Transfer：call proceeding。UE 与RNC间的CC连接建立完成。3) RAB的建立A. CN向RNC发送RANAP 消息 Radio Access Bearer Assignment Request，发起RAB建立过程。B. RNC依照ALCAP协议建立IuB数据传输承载，并利用AAL2绑定标识将Iu数据传输承载和无线接入承载绑定在一起。C. RNC向NODE B发送NBAP的Radio Link Reconfiguration Prepare消息，要求NODE B准备无线链路的重配置。D. NODE B回应RNC NBAP消息Radio Link

24、 Reconfiguration Ready, Node B配置资源并通知RNC准备完毕。E. RNC使用ALCAP协议发起Iub接口用户面传输承载的建立（ERQ），NODE B在收到该消息后回应ECF。（图中未给出：Node B和RNC通过Downlink Synchronisation和 Uplink Synchronistion DCH-FP帧为Iub数据传输承载建立同步关系）。F. RNC向NODE B发送NBAP消息Radio Link Reconfiguration Commit。RNC与NODE B间的无线链路重配置完成。G. RNC向UE发送RRC的Radio Bearer S

25、etup消息，建立无线链路承载，UE回应RNC RRC消息Radio Bearer Setup Complete。RNC与UE间的无线链路重配置完成。UE和NODE B的无线链路重配置是同步完成的。RNC向NODE B与UE发送无线链路重配置消息，使原先的传输信令的信道变为传输信令业务的信道。RNC将重配置信息先发给NODE B，NODE B收到后先不改变老配置，用旧的链路给UE发送链路重新配置的消息，UE接收到该消息后，与NODE B一起在同一时间点上同时转换为新的链路，至此RNC到NODE B间的链路重配置完成。）H. RNC发起到CN的IUUP初始化：RNC发送INITIALISATIO

26、N消息，携带RFCI以及IU UP Mode version信元。CN收到INITIAL消息，保存RFCI信息，从请求的版本中选择支持的版本，发送INITIAL ACK.I. RNC发送RANAP消息Radio Access Bearer Assignment Response 给CN，RAN建立完成。后续流程为振铃，在电话接通，挂断后，将进行拆链的过程，连接的释放也是从高到低进行的。首先进行NAS连接的释放，然后再进行RRC连接的释放。在有专用承载的情况下，先释放Iu口（RNC），保留Iub口；如果先释放了Iub口，可以通过公共信道释放RNC。例如在CELL-PCH和CELL-FACH情况下

27、（RRC存在，但没有专用信道，通过公用信道传输），此时专用信道已经释放。对于PS域业务，在UE建立RRC连接后则要通过初试直传建立传输NAS消息的信令连接，最后建立RAB。对于视频通话，它是CS 64K的承载业务，占用无线资源较多，需要网络侧开通允许接入的情况下才可使用。四、 实验内容和步骤1. 设备认知实验老师介绍和学生观察相结合。2. 网管操作和OMT创建小区l 实验老师介绍网管操作系统，使学生对操作系统有初步的了解l OMT创建小区OMT创建小区实验内容：OMT上创建逻辑小区实验步骤：n 增加一个R4小区选择逻辑基站小区集右键选择快速创建小区Ø 第一步：l 小区基本信息：小区标识（CellId）：同一个RNC中的CellId配置值要求不能重复；小区参数标识（CellParameterId）：小区参数标识ID唯一标识了小区中的一组参数：下行同步序列SYNC-DL、上行同步序列SYNC-UL sequences、扰码、midamble码；l 小区特性：主频段时隙转换点：3（说明小区时隙为2上4下，一般为2上4下）；其他频段时隙转换点：可以与