iDEN系统射频接口协议分析

肖育苗　谢胜利

　　摘要 建立在IP技术基础之上的VPN（虚拟专用网）正快速成为新一代网络服务的基础，众多的服务供应商都纷纷推出了基于自身VPN传输网的各类增值服务。MPLS VPN能够提供高效和简捷的VPN服务，本文主要介绍MPLS VPN的实现方式。

　　关键词 iDEN 射频接口 协议栈

1 引言

　　2002年底，我国信息产业部颁布了《数字集群移动通信系统体制》（SJ/T11228-2000）行业推荐标准，确定TETRA和iDEN为我国数字集群的两种推荐体制。从此以后，人们对集群通信的关注也日益升温。

　　作为国家推荐的标准体制之一，美国Motorola公司研制和生产的iDEN（integrated Digital Enhanced Network）数字集群移动通信系统将数字调度通信和数字蜂窝通信综合互联在一套系统之中，集移动电话、数据传输、集群调度和短信息传输于一体，具有低功率、大容量、广域覆盖等特性。目前，iDEN已成为全球应用最广的数字集群技术。

　　要了解移动通信系统内部运作的具体情况，必须清楚射频接口这个必不可少的重要部分。本文主要就是从这个方面入手，概要分析了iDEN系统中射频接口协议栈的结构以及射频接口中各层的情况。

2 iDEN RF接口总体结构

　　iDEN RF接口是指iDEN固定网络设备（FNE）和小区中移动台（MS）之间的接口，其结构如图1所示。

　　iDEN RF接口第1层为物理层，主要完成M16-QAM调制过程的协议逻辑；第2层分为介质访问控制层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC）两个子层，主要用于处理具体的信令和完成无线链路控制等；第3层及其他高层则主要面向各种不同的服务。

3 iDEN RF接口各层具体分析

　　在集群通信中，射频接口一般仅对应OSI 7层模型中的下3层，较高层的功能在用户终端设备中实现。因此，主要对OSI 7层模型下3层提供的服务进行分析介绍。

3.1 第3层服务描述

　　iDEN RF接口的第3层从上到下主要包含了连接管理（CM）、移动性管理（MM）和无线资源管理（RR）3个子层。

　　1. CM子层

　　CM子层包含了一系列协议实体，通过在服务接入点（SAP）相互交换消息和控制信令，为更高层提供了电话业务和调度业务服务的接口。其中，为电话业务服务的实体主要有呼叫控制（CC）实体、补充服务（SS）实体和短消息服务（SMS）实体。CC实体的服务由MNCC-SAP提供，主要用于控制电话和数据的电路模式连接的建立、维持和释放，以及提供与呼叫相关的补充服务；SS实体的服务在MNSS-SAP获取，主要提供与呼叫不相关的补充服务；SMS实体的服务由MNSDS-SAP提供，用于在RF接口上传输短消息。为调度业务提供服务的CM子层实体为调度呼叫控制（DCC）实体，其服务在MNDCC-SAP获取，主要用于控制调度呼叫的建立、维持和释放。

　　2. MM子层

　　MM子层的主要功能是保持更新FNE的位置登记情况，并维持MS中有效的分组或分组数据ID。除此之外，它还可为CM子层提供连接管理，为MS提供一些必要的参数。对应其提供的服务，MM子层包含了TMSI重分配、鉴权及身份识别、IMSI附着/分离、位置登记、周期性更新、调度登记、分组数据登记等多个程序，分别面向不同的具体功能。

　　3. RR子层

　　RR子层主要负责通过第2层和第1层为上层信令或消息提供连接管理，同时，它还可控制各种RF特定功能，如小区选择、信道分配和越区切换等。

　　对应其服务，RR子层提供的基本程序有RR连接管理程序，如RR连接的建立、传输和释放；调度呼叫程序，包括组呼、单呼和呼叫警示；分组数据相关程序，如分组数据信道的激活、分组会话和分组重接。

　　另外，RR子层还可提供支持MM子层活动的消息服务和连接，包括去激活、分组数据去注册等。

3.2 第2层服务描述

　　iDEN RF接口的第2层主要分为MAC和LLC两个子层。下面就分别介绍这两个子层提供的服务。

　　1. MAC子层

　　MAC子层主要负责在无线链路和M16-QAM之间转换和控制语音及数据信号，并确保各种信号适宜在无线信道上传输。为此，MAC子层定义了逻辑信道、RF帧结构和物理信道等内容。

（1）逻辑信道

　　逻辑信道是在对等的逻辑链路控制（LLC）实体间交换信息的一种结构。iDEN系统在MAC子层定义的逻辑信道有：

　　· 时隙信息信道（SICH）：用于传送时隙描述块（SDB）的下行信道。

　　· 主控制信道（PCCH）：分为广播控制信道（BCCH）、公共控制信道（CCCH）和随机控制信道（RACH）。其中，BCCH是用来传输小区参数和其他系统信息的下行信道，CCCH用于在出基站方向传输寻呼消息、信道分配消息等，而RACH则用于MS的上行随机接入。

　　· 临时控制信道（TCCH）：为某一信道上的随机接入信令提供临时带宽，一般用于预留接入。

　　· 专用控制信道（DCCH）：分配给具体MS传送第3层控制信令的双向信令信道。

　　· 随路控制信道（ACCH）：用于在监控相关业务信道的同时，传送特定的第3层信令消息，其带宽是通过动态借用TCH的带宽而获得。

　　· 业务信道（TCH）：用于传送用户的语音和电路模式数据的双向信道。

　　· 分组信道（PCH）、分组广播信道（PBCH）：用于支持分组数据传送。

　　（2）RF接口帧结构

　　iDEN系统采用TDMA接入方式，一个TDMA帧长90ms，分为6个时隙，每个时隙15ms。无论是上行入基站帧，还是下行出基站帧，都是由30 240个时隙构成，帧周期为453.6 s。

　　在出基站帧中，每个出基站时隙都是由连续的15ms数据流构成的，具体包含了同步、导引、色码和高层的数据信息。而在入基站帧中，入基站时隙的内容根据MS接入的方式而有所不同。

　　当入基站时隙采用随机接入时，它分成两个7.5ms的随机接入子时隙，每个子时隙除了包含同步导引信息以及高层数据信息外，还应包含1.75ms的前置训练波形和0.75ms的传输延时；而对于预留接入的时隙，一般都是用提前发送来防止传播延迟，故没有随后的传输延时，可传送更多的高层信息。

（3）物理信道

　　在iDEN系统中，物理信道由载波号、交织和偏移3个参数唯一确定。其中，载波号是指所使用的载波对；交织（interleave）是指一个物理信道中相邻时隙号的增加步长；而偏移则给出了一个物理信道的最小时隙号，其取值范围为0～interleave -1。实质上，物理信道是由这3个参数确定的时隙序列。比如，若在一个给定的载波频率上想建立一个6∶1的语音呼叫，则分配的物理信道应由SN = [1,7,13,19,……，30 229，30 235 ] 的时隙组成。这个特定物理信道的交织是6，偏移是1。

　　2. LLC子层

　　为了更好地完成控制信令或消息的传输， iDEN射频接口在LLC子层定义了时隙信息程序（SIP）、随机接入程序（RAP）、随路控制程序（ACP）、语音信道程序（VCP）、数据信道程序（DCP）和iDEN链路控制协议（LAPi）六大程序，分别处理不同的内容：

　　· SIP：在SICH上工作，通过在每个出基站时隙中插入时隙描述块（SDB），来描述时隙所属物理信道的分配和使用情况。

　　· RAP：在PBCH和TCCH上工作，通过和它的第3层客户实体交换源语消息，可提供无连接、无确认的集中式多播传输服务。集中式多播指的是入基站时多个MS对一个FNE发消息，而出基站时则是一个FNE给多个MS发送消息。RAP采用时隙ALOHA协议，可有效地解决多个用户同时接入iDEN网络时的信道拥塞问题。

　　· ACP：用于为第3层控制信令在DCCH和ACCH上提供传输路由。同RAP一样，ACP亦是通过在它的服务接入点和第3层客户实体交换源语来对上层提供服务。对客户消息的传输，它既可提供可靠的连接型服务，又可提供无确认的无连接型服务。

　　· VCP：一种用于及时传送固定大小VSELP编码语音帧的无确认型优化数据通信协议，在TCH上工作。语音经VSELP压缩算法编码后，便进入该程序的处理阶段，VCP会对之再进行差错控制编码，然后才传送到MAC子层。

　　· DCP：提供点对点、电路交换、无确认型数据帧传送，在TCH上工作。

　　· LAPi：一种分组数据协议，可在多个接入信道上提供连接型服务或无确认的无连接型分组数据传输服务。

3.3 第1层服务描述

　　iDEN RF接口第1层的主要功能是在抵制RF信道上各种各样的信道衰减的同时，可靠地完成无线信道上的信息传输。因此，这一层主要包含调制、时分复用（TDM）的同步机制以及幅度和相位的恢复机制等方面的内容。

　　1. M16-QAM调制

　　iDEN系统采用的调制方案是Motorola公司在16QAM（16相正交振幅调制）调制技术基础上自己研发的M16-QAM技术。其基本原理是将传送的信息比特首先分为Ｍ=4个并联的频分复用子信道，然后再经编码变换成为16QAM的信号，同时插入导引和同步信号符号，每个合成的信息流经过脉冲滤波（PSF）与分路载波一起调制，并在频分复用器中与其他的副载波信号混合，合成的总信号形成M16-QAM信号。

　　2. 同步机制

　　为了恢复M-QAM信号，接收端必须保持时间同步。为达到这一目的，发射机在调制流中插入了同步符号。具体的同步方案占用了3个调制符号的时间间隔，以便接收端可以容易地检测到同步符号；然后通过为同步子信道符号选用最优的相位值，就可获取好的峰值—平均功率比。

　　3. 幅度和相位的恢复机制

　　为恢复M-QAM信号，接收机必须有一个相位和幅度参考。由于移动信道的多径衰落会使得相关参数随机变化，故相位和幅度的参考值必须周期性地进行更新。为了达到这一目的，iDEN系统在发射信号中引入了导引序列。导引序列是发射机和接收机都预先知道的一个预定义子信道符号序列。其位置的选定是为了使接收机获得最佳相位和幅度参考。

　　当收到信号时，接收机会根据接收到的导引子信道符号来判断信号传输的情况，如果导引子信道符号的幅度或相位超出给定的范围，则说明传输中有失真，接收机应做相应调整。

4 结束语

　　综上所述，iDEN系统射频接口协议分层明确，各层分别由不同实体或程序模块实现不同的服务或功能，从整体上可靠地完成了信令或用户消息在射频接口上的传送任务。

　　当前，我国专业移动通信的开发呈现出百花竞放的局面，基于各种TDMA、CDMA技术的数字集群移动通信系统方案层出不穷。但作为开发最早、应用最广、技术也相对成熟的数字集群系统，iDEN系统仍具有很大的借鉴、参考和实用价值。因此，了解iDEN系统射频接口协议栈的结构以及各层提供的服务，对整体上把握该系统、进一步完善和发展数字集群技术，都具有非常重要的现实意义。

----《中国数据通信》