TETRA協(xié)議分析儀協(xié)議棧處理軟件的開發(fā)

唐超+孫昕

【摘 要】針對(duì)完整的TETRA協(xié)議分析儀協(xié)議棧邏輯復(fù)雜和開發(fā)難度大的問題，提出了一種滿足實(shí)際需求的簡化開發(fā)方案。通過對(duì)TETRA協(xié)議分析儀協(xié)議棧處理軟件的架構(gòu)、同步過程和用戶面/信令面檢測過程的分析，給出了協(xié)議處理軟件的主流程框圖，并完成該軟件的開發(fā)。目前該軟件已投入到北京市正通TETRA網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場測試中，測試結(jié)果證明該軟件具有完整、準(zhǔn)確的測試能力。

【關(guān)鍵詞】TETRA 協(xié)議分析儀 協(xié)議棧 用戶面 信令面

中圖分類號(hào)：TN929.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1010（2014）-20-0063-05

Development of Protocol Stack Processing Software for TETRA Protocol Analyzer

TANG Chao， SUN Xin

（School of Electronic and Information Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044， China）

[Abstract] Complete protocol stack in TETRA protocol analyzer is characterized by rigorous logic， which means the difficulty of development. Therefore， a simplified scheme which can satisfy the real demand is proposed. According to the analysis of the architecture of protocol stack processing software in TETRA protocol analyzer， synchronization process and user/signaling plane detecting process， the flow diagram of the protocol processing software is shown. In addition， the development of this software is finished. The software is put into the field tests of Beijing JustTop TETRA network. It is proved that the test capacity of this software in TETRA protocol analyzer is complete and accurate.

[Key words]TETRA protocol analyzer protocol stack user plane signaling plane

1 概述

TETRA協(xié)議分析儀可以完成對(duì)現(xiàn)有TETRA網(wǎng)絡(luò)的定期測試和TETRA設(shè)備的協(xié)議一致性測試，有利于TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的開發(fā)[1]。TETRA協(xié)議分析儀協(xié)議棧處理軟件是TETRA協(xié)議分析儀的重要組成部分，它具有幀和復(fù)幀同步、配置擾碼、用戶面/信令面檢測以及完整、準(zhǔn)確地記錄上下行數(shù)據(jù)等功能。因此，開發(fā)TETRA協(xié)議分析儀協(xié)議棧處理軟件，對(duì)于提升TETRA設(shè)備的質(zhì)量，推廣TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要意義。

2 協(xié)議分析儀的軟件架構(gòu)

TETRA協(xié)議分析儀協(xié)議棧處理軟件主要包括屏幕顯示及控制部分和協(xié)議處理模塊。協(xié)議分析儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 協(xié)議分析儀的結(jié)構(gòu)

協(xié)議棧處理軟件直接與用戶交互，按照用戶的指示，根據(jù)信令數(shù)據(jù)控制下MAC層正確解碼信令數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并完成對(duì)指定頻點(diǎn)的監(jiān)測以及協(xié)議數(shù)據(jù)的處理、顯示和轉(zhuǎn)發(fā)。分析儀還具有自動(dòng)識(shí)別指定頻段內(nèi)TETRA信號(hào)的功能，以便用戶了解當(dāng)前的無線環(huán)境，并對(duì)相應(yīng)頻點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。協(xié)議處理模塊負(fù)責(zé)處理下MAC解調(diào)、解碼后的TETRA空中接口協(xié)議棧的數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)。

協(xié)議處理模塊的主要功能是同步處理和協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。除了廣播幀外，協(xié)議處理模塊一般不對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。但是，由于TETRA系統(tǒng)在解碼時(shí)需要區(qū)分用戶面和信令面，因此協(xié)議處理模塊需要通過解析部分信令來獲取這方面的信息。

在協(xié)議分析儀中，空中接口協(xié)議?？煞譃槲锢韺?、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。空中接口協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，物理層負(fù)責(zé)接收監(jiān)測頻率的信號(hào)；下MAC層解調(diào)并解碼物理層接收到的數(shù)據(jù)；上MAC層完成同步、時(shí)隙分配信息記錄和MAC-RESOURCE PDU過濾等功能；LLC層完成首部數(shù)據(jù)過濾功能；MLE層完成首部信息過濾和后續(xù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能；CMCE實(shí)體完成用戶面/信令面檢測功能；SNDCP完成用戶面/信令面檢測功能；MM實(shí)體的數(shù)據(jù)不需要進(jìn)行處理。

3 協(xié)議棧處理軟件的設(shè)計(jì)

3.1 同步過程

TETRA采用時(shí)分復(fù)用（TDMA）技術(shù)，每個(gè)時(shí)隙都可以被視為1個(gè)單獨(dú)物理信道。在TETRA分析儀開始工作后，硬件部分通過搜索基站發(fā)送數(shù)據(jù)中的訓(xùn)練序列與基站進(jìn)行同步[2]。TETRA的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)大部分都涉及到時(shí)隙分配，如果分析儀沒有完成對(duì)一二三四時(shí)隙的劃分，那么它就無法在4個(gè)時(shí)隙上正常工作。同步過程信令交互流程如圖3所示：

圖3 同步過程信令交互流程

在分析儀硬件完成同步之后，協(xié)議處理模塊可以正確解碼BSCH上的數(shù)據(jù)，根據(jù)其中包含的復(fù)幀號(hào)、幀號(hào)和時(shí)隙號(hào)，設(shè)置硬件與基站獲得準(zhǔn)確的時(shí)隙同步。此外，協(xié)議處理模塊還需要提取廣播數(shù)據(jù)中的基站色碼、國家碼和網(wǎng)絡(luò)碼計(jì)算擾碼，并將擾碼發(fā)送給下MAC層，以便下MAC層能夠正確解碼其他TETRA信道的數(shù)據(jù)。因?yàn)門ETRA的移動(dòng)臺(tái)會(huì)主動(dòng)和基站進(jìn)行同步，所以協(xié)議分析儀和基站同步后，就可以在對(duì)應(yīng)的上行頻率上接收到移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)[3]。endprint

3.2 用戶面/信令面檢測過程

TETRA系統(tǒng)主要支持2種業(yè)務(wù)：分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)，這2種業(yè)務(wù)在數(shù)據(jù)鏈路層分別承載在信令信道（SCH/F）和業(yè)務(wù)信道（TCH/F）上。為了降低硬件的復(fù)雜度，TETRA系統(tǒng)這2種邏輯信道上的訓(xùn)練序列完全一致，但編碼方式卻截然不同。在TETRA基站和移動(dòng)臺(tái)設(shè)計(jì)中，需要通過內(nèi)部原語，由網(wǎng)絡(luò)層指示下MAC層當(dāng)前時(shí)隙是處于用戶面還是信令面。如果處于信令面，下MAC層就按照SCH/F進(jìn)行解碼，否則按照TCH/F進(jìn)行解碼。但是，TETRA協(xié)議分析儀只能抓取空中接口的數(shù)據(jù)，而無法獲得基站或移動(dòng)臺(tái)的內(nèi)部原語，只能通過對(duì)空中接口的信令進(jìn)行分析獲得用戶面或信令面的信息。用戶面/信令面檢測信令交互流程如圖4所示：

圖4 用戶面/信令面檢測信令交互流程

以全雙工呼叫為例，描述TETRA系統(tǒng)的用戶面/信令面切換過程。全雙工呼叫流程如圖5所示：

在呼叫建立階段，主呼方會(huì)在主控信道（MCCH）向基站發(fā)送U-SETUP PDU，然后基站向兩移動(dòng)臺(tái)發(fā)送D-SETUP、D-CALL-PROCEEDING、D-INFO和D-ALERT等CMCE實(shí)體PDU，這些PDU是承載在信令信道上的，屬于信令面數(shù)據(jù)。

在呼叫建立成功時(shí)，基站會(huì)給主呼方、被呼方分別發(fā)送1個(gè)D-CONNECT PDU和D-CONNECT-ACK PDU，這2個(gè)信令的MAC層的首部信息會(huì)包括時(shí)隙分配信息，指示主呼方和被呼方工作在哪個(gè)時(shí)隙上，協(xié)議處理模塊會(huì)記錄該時(shí)隙分配信息，并指示下MAC層將分配的時(shí)隙從信令面轉(zhuǎn)換到用戶面，接收語音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

在呼叫過程中，分析儀在分配時(shí)隙上處于用戶面接收語音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

在呼叫結(jié)束階段，基站會(huì)根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的拆線申請(qǐng)（U-DISCONNECT PDU），給主呼方和被呼方各發(fā)送D-RELEASE PDU。協(xié)議處理模塊接收到D-RELEASE PDU后，會(huì)通知下MAC層將當(dāng)前業(yè)務(wù)時(shí)隙從用戶面轉(zhuǎn)換到信令面。

4 實(shí)現(xiàn)和測試

4.1 實(shí)現(xiàn)

協(xié)議棧處理軟件的實(shí)現(xiàn)分為3個(gè)階段：首先設(shè)計(jì)協(xié)議處理模塊和硬件部分、顯示模塊以及上位機(jī)的接口；然后劃分功能模塊，編程實(shí)現(xiàn)；最后對(duì)編寫的軟件程序進(jìn)行測試[4-5]。

協(xié)議棧處理軟件的主流程如圖6所示。

協(xié)議棧處理軟件主要包括中斷處理線程、數(shù)據(jù)處理線程和顯示線程。在分析儀正常工作時(shí)，硬件部分在每個(gè)時(shí)隙（～14.167ms）產(chǎn)生1次外部中斷，外部中斷立即觸發(fā)中斷處理線程執(zhí)行，在中斷處理線程接收全部數(shù)據(jù)之后，釋放處理數(shù)據(jù)指示；在下次中斷到來之前，數(shù)據(jù)處理線程根據(jù)數(shù)據(jù)處理指示進(jìn)行工作，將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)和顯示線程，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

4.2 測試

（1）使用分析儀的掃頻功能，對(duì)851—866MHz頻段進(jìn)行掃描，屏幕顯示出當(dāng)前的頻譜環(huán)境，并使用“TETRA識(shí)別”功能過濾當(dāng)前頻段內(nèi)的TETRA信號(hào)。TETRA信號(hào)識(shí)別結(jié)果如圖7所示。

（2）在過濾之后的頻譜中，選擇863.812 5MHz作為監(jiān)控頻率（北京市正通網(wǎng)TETRA頻點(diǎn)）。

（3）軟件部分將監(jiān)控信息發(fā)送到上位機(jī)和屏幕顯示部分，用戶得到該載波的監(jiān)控信息如圖8所示。

測試過程分為以下階段：

協(xié)議處理模塊獲得廣播同步信道（BSCH）上的數(shù)據(jù)，其中系統(tǒng)碼值為“1”，色碼值為“14”，國家碼值為“460”，網(wǎng)絡(luò)碼值為“101”。在正確配置擾碼之后，解碼廣播網(wǎng)絡(luò)信道（BNCH）上的數(shù)據(jù)，位置信息（LA）值為“3 009”，該載波信號(hào)強(qiáng)度為“-81dBm”。

協(xié)議處理模塊獲得處于信令面的網(wǎng)絡(luò)層D-CONNECT PDU和D-CONNECT-ACK PDU數(shù)據(jù)，以及MAC層的時(shí)隙分配數(shù)據(jù)，指示下MAC在分配時(shí)隙處于用戶面，接收語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

接收語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，邏輯信道類型為TCH/F，且CRC校驗(yàn)結(jié)果為“TRUE”，即正確。

測試結(jié)果證明協(xié)議棧處理軟件可以對(duì)現(xiàn)有TETRA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)議分析，并完整、準(zhǔn)確地解碼用戶面和信令面數(shù)據(jù)，滿足測試預(yù)期。

5 結(jié)束語

TETRA協(xié)議分析儀可以幫助用戶監(jiān)控TETRA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，檢查網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，還可以將TETRA系統(tǒng)通信信息實(shí)時(shí)顯示和記錄，這對(duì)于推廣TETRA數(shù)字集群設(shè)備和維護(hù)空中電波秩序有極大的促進(jìn)作用，同時(shí)也對(duì)我國開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)帶來一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭瀟. GSM終端設(shè)備自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2008.

[2] ETSI EN 300 392-2 V2.4.2. Terrestrial Trunked Radio （TETRA）； Voice plus Data （V+D）； Part 2： Air Interface （AI）[S]. 2004.

[3] ETSI TS 100 392-15 V1.4.1. Terrestrial Trunked Radio （TETRA）； Voice plus Data （V+D）； Part 15： TETRA Frequency Bands， Duplex Spacing and Channel Numbering[S]. 2010.

[4] 宋政育，孫昕. TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)上MAC層協(xié)議棧的開發(fā)[J]. 移動(dòng)通信， 2009（12）： 35-39.

[5] 律倩，孫昕. TETRA數(shù)字集群直通模式上MAC層的研究與開發(fā)[J]. 移動(dòng)通信， 2011（19）： 70-74.

作者簡介

唐超：北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院碩士研究生，目前主要研究方向?yàn)閿?shù)字集群通信系統(tǒng)。

孫昕：現(xiàn)任北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，目前主要研究方向?yàn)樾畔⒄?、專業(yè)移動(dòng)通信以及數(shù)字信號(hào)處理等。endprint

3.2 用戶面/信令面檢測過程

TETRA系統(tǒng)主要支持2種業(yè)務(wù)：分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)，這2種業(yè)務(wù)在數(shù)據(jù)鏈路層分別承載在信令信道（SCH/F）和業(yè)務(wù)信道（TCH/F）上。為了降低硬件的復(fù)雜度，TETRA系統(tǒng)這2種邏輯信道上的訓(xùn)練序列完全一致，但編碼方式卻截然不同。在TETRA基站和移動(dòng)臺(tái)設(shè)計(jì)中，需要通過內(nèi)部原語，由網(wǎng)絡(luò)層指示下MAC層當(dāng)前時(shí)隙是處于用戶面還是信令面。如果處于信令面，下MAC層就按照SCH/F進(jìn)行解碼，否則按照TCH/F進(jìn)行解碼。但是，TETRA協(xié)議分析儀只能抓取空中接口的數(shù)據(jù)，而無法獲得基站或移動(dòng)臺(tái)的內(nèi)部原語，只能通過對(duì)空中接口的信令進(jìn)行分析獲得用戶面或信令面的信息。用戶面/信令面檢測信令交互流程如圖4所示：

圖4 用戶面/信令面檢測信令交互流程

以全雙工呼叫為例，描述TETRA系統(tǒng)的用戶面/信令面切換過程。全雙工呼叫流程如圖5所示：

在呼叫建立階段，主呼方會(huì)在主控信道（MCCH）向基站發(fā)送U-SETUP PDU，然后基站向兩移動(dòng)臺(tái)發(fā)送D-SETUP、D-CALL-PROCEEDING、D-INFO和D-ALERT等CMCE實(shí)體PDU，這些PDU是承載在信令信道上的，屬于信令面數(shù)據(jù)。

在呼叫建立成功時(shí)，基站會(huì)給主呼方、被呼方分別發(fā)送1個(gè)D-CONNECT PDU和D-CONNECT-ACK PDU，這2個(gè)信令的MAC層的首部信息會(huì)包括時(shí)隙分配信息，指示主呼方和被呼方工作在哪個(gè)時(shí)隙上，協(xié)議處理模塊會(huì)記錄該時(shí)隙分配信息，并指示下MAC層將分配的時(shí)隙從信令面轉(zhuǎn)換到用戶面，接收語音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

在呼叫過程中，分析儀在分配時(shí)隙上處于用戶面接收語音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

在呼叫結(jié)束階段，基站會(huì)根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的拆線申請(qǐng)（U-DISCONNECT PDU），給主呼方和被呼方各發(fā)送D-RELEASE PDU。協(xié)議處理模塊接收到D-RELEASE PDU后，會(huì)通知下MAC層將當(dāng)前業(yè)務(wù)時(shí)隙從用戶面轉(zhuǎn)換到信令面。

4 實(shí)現(xiàn)和測試

4.1 實(shí)現(xiàn)

協(xié)議棧處理軟件的實(shí)現(xiàn)分為3個(gè)階段：首先設(shè)計(jì)協(xié)議處理模塊和硬件部分、顯示模塊以及上位機(jī)的接口；然后劃分功能模塊，編程實(shí)現(xiàn)；最后對(duì)編寫的軟件程序進(jìn)行測試[4-5]。

協(xié)議棧處理軟件的主流程如圖6所示。

協(xié)議棧處理軟件主要包括中斷處理線程、數(shù)據(jù)處理線程和顯示線程。在分析儀正常工作時(shí)，硬件部分在每個(gè)時(shí)隙（～14.167ms）產(chǎn)生1次外部中斷，外部中斷立即觸發(fā)中斷處理線程執(zhí)行，在中斷處理線程接收全部數(shù)據(jù)之后，釋放處理數(shù)據(jù)指示；在下次中斷到來之前，數(shù)據(jù)處理線程根據(jù)數(shù)據(jù)處理指示進(jìn)行工作，將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)和顯示線程，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

4.2 測試

（1）使用分析儀的掃頻功能，對(duì)851—866MHz頻段進(jìn)行掃描，屏幕顯示出當(dāng)前的頻譜環(huán)境，并使用“TETRA識(shí)別”功能過濾當(dāng)前頻段內(nèi)的TETRA信號(hào)。TETRA信號(hào)識(shí)別結(jié)果如圖7所示。

（2）在過濾之后的頻譜中，選擇863.812 5MHz作為監(jiān)控頻率（北京市正通網(wǎng)TETRA頻點(diǎn)）。

（3）軟件部分將監(jiān)控信息發(fā)送到上位機(jī)和屏幕顯示部分，用戶得到該載波的監(jiān)控信息如圖8所示。

測試過程分為以下階段：

協(xié)議處理模塊獲得廣播同步信道（BSCH）上的數(shù)據(jù)，其中系統(tǒng)碼值為“1”，色碼值為“14”，國家碼值為“460”，網(wǎng)絡(luò)碼值為“101”。在正確配置擾碼之后，解碼廣播網(wǎng)絡(luò)信道（BNCH）上的數(shù)據(jù)，位置信息（LA）值為“3 009”，該載波信號(hào)強(qiáng)度為“-81dBm”。

協(xié)議處理模塊獲得處于信令面的網(wǎng)絡(luò)層D-CONNECT PDU和D-CONNECT-ACK PDU數(shù)據(jù)，以及MAC層的時(shí)隙分配數(shù)據(jù)，指示下MAC在分配時(shí)隙處于用戶面，接收語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

接收語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，邏輯信道類型為TCH/F，且CRC校驗(yàn)結(jié)果為“TRUE”，即正確。

測試結(jié)果證明協(xié)議棧處理軟件可以對(duì)現(xiàn)有TETRA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)議分析，并完整、準(zhǔn)確地解碼用戶面和信令面數(shù)據(jù)，滿足測試預(yù)期。

5 結(jié)束語

TETRA協(xié)議分析儀可以幫助用戶監(jiān)控TETRA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，檢查網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，還可以將TETRA系統(tǒng)通信信息實(shí)時(shí)顯示和記錄，這對(duì)于推廣TETRA數(shù)字集群設(shè)備和維護(hù)空中電波秩序有極大的促進(jìn)作用，同時(shí)也對(duì)我國開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)帶來一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭瀟. GSM終端設(shè)備自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2008.

[2] ETSI EN 300 392-2 V2.4.2. Terrestrial Trunked Radio （TETRA）； Voice plus Data （V+D）； Part 2： Air Interface （AI）[S]. 2004.

[3] ETSI TS 100 392-15 V1.4.1. Terrestrial Trunked Radio （TETRA）； Voice plus Data （V+D）； Part 15： TETRA Frequency Bands， Duplex Spacing and Channel Numbering[S]. 2010.

[4] 宋政育，孫昕. TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)上MAC層協(xié)議棧的開發(fā)[J]. 移動(dòng)通信， 2009（12）： 35-39.

[5] 律倩，孫昕. TETRA數(shù)字集群直通模式上MAC層的研究與開發(fā)[J]. 移動(dòng)通信， 2011（19）： 70-74.

作者簡介

唐超：北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院碩士研究生，目前主要研究方向?yàn)閿?shù)字集群通信系統(tǒng)。

孫昕：現(xiàn)任北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，目前主要研究方向?yàn)樾畔⒄摗I(yè)移動(dòng)通信以及數(shù)字信號(hào)處理等。endprint

3.2 用戶面/信令面檢測過程

TETRA系統(tǒng)主要支持2種業(yè)務(wù)：分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)，這2種業(yè)務(wù)在數(shù)據(jù)鏈路層分別承載在信令信道（SCH/F）和業(yè)務(wù)信道（TCH/F）上。為了降低硬件的復(fù)雜度，TETRA系統(tǒng)這2種邏輯信道上的訓(xùn)練序列完全一致，但編碼方式卻截然不同。在TETRA基站和移動(dòng)臺(tái)設(shè)計(jì)中，需要通過內(nèi)部原語，由網(wǎng)絡(luò)層指示下MAC層當(dāng)前時(shí)隙是處于用戶面還是信令面。如果處于信令面，下MAC層就按照SCH/F進(jìn)行解碼，否則按照TCH/F進(jìn)行解碼。但是，TETRA協(xié)議分析儀只能抓取空中接口的數(shù)據(jù)，而無法獲得基站或移動(dòng)臺(tái)的內(nèi)部原語，只能通過對(duì)空中接口的信令進(jìn)行分析獲得用戶面或信令面的信息。用戶面/信令面檢測信令交互流程如圖4所示：

圖4 用戶面/信令面檢測信令交互流程

以全雙工呼叫為例，描述TETRA系統(tǒng)的用戶面/信令面切換過程。全雙工呼叫流程如圖5所示：

在呼叫建立階段，主呼方會(huì)在主控信道（MCCH）向基站發(fā)送U-SETUP PDU，然后基站向兩移動(dòng)臺(tái)發(fā)送D-SETUP、D-CALL-PROCEEDING、D-INFO和D-ALERT等CMCE實(shí)體PDU，這些PDU是承載在信令信道上的，屬于信令面數(shù)據(jù)。

在呼叫建立成功時(shí)，基站會(huì)給主呼方、被呼方分別發(fā)送1個(gè)D-CONNECT PDU和D-CONNECT-ACK PDU，這2個(gè)信令的MAC層的首部信息會(huì)包括時(shí)隙分配信息，指示主呼方和被呼方工作在哪個(gè)時(shí)隙上，協(xié)議處理模塊會(huì)記錄該時(shí)隙分配信息，并指示下MAC層將分配的時(shí)隙從信令面轉(zhuǎn)換到用戶面，接收語音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

在呼叫過程中，分析儀在分配時(shí)隙上處于用戶面接收語音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

在呼叫結(jié)束階段，基站會(huì)根據(jù)移動(dòng)臺(tái)的拆線申請(qǐng)（U-DISCONNECT PDU），給主呼方和被呼方各發(fā)送D-RELEASE PDU。協(xié)議處理模塊接收到D-RELEASE PDU后，會(huì)通知下MAC層將當(dāng)前業(yè)務(wù)時(shí)隙從用戶面轉(zhuǎn)換到信令面。

4 實(shí)現(xiàn)和測試

4.1 實(shí)現(xiàn)

協(xié)議棧處理軟件的實(shí)現(xiàn)分為3個(gè)階段：首先設(shè)計(jì)協(xié)議處理模塊和硬件部分、顯示模塊以及上位機(jī)的接口；然后劃分功能模塊，編程實(shí)現(xiàn)；最后對(duì)編寫的軟件程序進(jìn)行測試[4-5]。

協(xié)議棧處理軟件的主流程如圖6所示。

協(xié)議棧處理軟件主要包括中斷處理線程、數(shù)據(jù)處理線程和顯示線程。在分析儀正常工作時(shí)，硬件部分在每個(gè)時(shí)隙（～14.167ms）產(chǎn)生1次外部中斷，外部中斷立即觸發(fā)中斷處理線程執(zhí)行，在中斷處理線程接收全部數(shù)據(jù)之后，釋放處理數(shù)據(jù)指示；在下次中斷到來之前，數(shù)據(jù)處理線程根據(jù)數(shù)據(jù)處理指示進(jìn)行工作，將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)和顯示線程，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

4.2 測試

（1）使用分析儀的掃頻功能，對(duì)851—866MHz頻段進(jìn)行掃描，屏幕顯示出當(dāng)前的頻譜環(huán)境，并使用“TETRA識(shí)別”功能過濾當(dāng)前頻段內(nèi)的TETRA信號(hào)。TETRA信號(hào)識(shí)別結(jié)果如圖7所示。

（2）在過濾之后的頻譜中，選擇863.812 5MHz作為監(jiān)控頻率（北京市正通網(wǎng)TETRA頻點(diǎn)）。

（3）軟件部分將監(jiān)控信息發(fā)送到上位機(jī)和屏幕顯示部分，用戶得到該載波的監(jiān)控信息如圖8所示。

測試過程分為以下階段：

協(xié)議處理模塊獲得廣播同步信道（BSCH）上的數(shù)據(jù)，其中系統(tǒng)碼值為“1”，色碼值為“14”，國家碼值為“460”，網(wǎng)絡(luò)碼值為“101”。在正確配置擾碼之后，解碼廣播網(wǎng)絡(luò)信道（BNCH）上的數(shù)據(jù)，位置信息（LA）值為“3 009”，該載波信號(hào)強(qiáng)度為“-81dBm”。

協(xié)議處理模塊獲得處于信令面的網(wǎng)絡(luò)層D-CONNECT PDU和D-CONNECT-ACK PDU數(shù)據(jù)，以及MAC層的時(shí)隙分配數(shù)據(jù)，指示下MAC在分配時(shí)隙處于用戶面，接收語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

接收語音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，邏輯信道類型為TCH/F，且CRC校驗(yàn)結(jié)果為“TRUE”，即正確。

測試結(jié)果證明協(xié)議棧處理軟件可以對(duì)現(xiàn)有TETRA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)議分析，并完整、準(zhǔn)確地解碼用戶面和信令面數(shù)據(jù)，滿足測試預(yù)期。

5 結(jié)束語

TETRA協(xié)議分析儀可以幫助用戶監(jiān)控TETRA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，檢查網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，還可以將TETRA系統(tǒng)通信信息實(shí)時(shí)顯示和記錄，這對(duì)于推廣TETRA數(shù)字集群設(shè)備和維護(hù)空中電波秩序有極大的促進(jìn)作用，同時(shí)也對(duì)我國開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)帶來一定的參考價(jià)值。

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作者簡介

唐超：北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院碩士研究生，目前主要研究方向?yàn)閿?shù)字集群通信系統(tǒng)。

孫昕：現(xiàn)任北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，目前主要研究方向?yàn)樾畔⒄?、專業(yè)移動(dòng)通信以及數(shù)字信號(hào)處理等。endprint