基于软件无线电的空中接口监测系统研究

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1、基于软件无线电的空中接口监测系统研究专业名称：系统分析与集成申请人：蔡正翔指导教师：王力虎教授论文答辩委员会主席：委员：广西师范大学硕士学位论文基于软件无线电的空中接口监测系统研究摘要良好的移动网络是移动运营商在网络运营上最重要的基础，网络的服务质量、容量还有网络覆盖都决定了运营商的收入和运营的效率。在第二代数字移动蜂窝网GSM系统中，影响网络覆盖和质量最重要的部分是移动通信系统的空中接口。网络容量、网络覆盖和服务质量都与无线网络的空中接口息息相关。空中接口是移动网络终端设备与基站之间的无线接口，根据使用环境的不同，各种

2、因素的影响较大，存在很多不稳定的因素，空中接口协议以及信令消息相对有线结构更为复杂。所以，对移动网络空中接口的监测是网络监测的重点，唯有对其实现动态监测，对网络故障的分析才会更准确。这也是网络规划、网络评测和网络优化所关注的领域。当前的GSM网络监测手段比较成熟的是Abis接口，A接口和PRl接口电缆接口的测量，国内对于无线空中接口的监测研究较少，并且移动通信网络属于高新产业，发展速度极快。移动通信网络更新换代快，采用传统硬件设计的移动通信网络空中接口监测系统由于硬件的限制，存在硬件不易更换、通用性差等缺点。因此，本系统

3、采用软件无线电技术(SoftwareDefinedRadio)。在通用型计算机和通用软件无线电平台上，设计并实现了GSM空中接口监测系统。在国内，主要研究集中在以GSM专用接收芯片为核心，或是解调解码算法上的仿真。国外研究中，使用软件无线电技术对移动通信网络空中接口进行分析的项目始于5年前启动的Airprobe开源GSM系统空中接口监测项目，该项目使用开源的GNURadio软件无线电平台和通用软件无线电外设USRPl平台，成功接收并分析了GSM基站的广播信道和公共控制信道。ilistener系统是在空中接口监测系统Air

4、probe开源的基础上，通过对Airprobe开源代码的重建、再现，通过对GSM网络空中接口监测系统应用背景的学习与积累，逐渐发现了其针对Airprobe系统所存在的不足进行改进与提升，并进行了研究和系统设计。本课题取得的具体研究成果如下：(1)Airprobe系统中，将信号接收与数据处理作为同一个程序。程序代码功能单一，代码实现上也没有采用多线程技术进行优化。针对该问题，ilistener系统程序部分分拆为四部分：信号接收模块、数据通信模块、信令解析模块与控制中心模块。在代码的实现上，采用了多线程编程技术，充分的利用通

5、用计算机多核处理器的资源。(2)通过深入研究一TGSM网络空中接口部分的相关协议，软件无线电技术应用在现有GSM网络空中接口系统的研究。并对现有基于软件无线电技术的GSM空中接口分析系统Airprobe进行了深入分析。Airprobe系统主要解决了广播信道的接收分析，缺少对专用控制信道接收分析，也不能对采用跳频通信的GSM网络进行分析。现有Airprobe系统广西师范大学硕士学位论文由于采用单通道接收机的设计，因此并不适用于对跳频通信及空中接口上行信道的分析，对此，本文研究了多通道接收机的原理，设计了多通道接收机。通过对

6、GSM协议的研究，根据GSM协议中突发脉冲序列的结构、GSM网络系统帧结构与专用控制信道等在物理信道上的映射，对信号接收模块进行了代码的实现，使得ilistener系统能够实时对空中接口进行分析。(3)为了提高系统对专用控制信道监测的工作效率，研究了计算机网络中网络结构与网络编程，在系统中加入了数据通信模块，加入了数据通信模块，使得系统的接收部分与分析部分能通过网络连接，提高系统部署的灵活性，网络通信是Airprobe系统所不具备的功能。(4)对GSM协议中信道分配部分原理进行研究，设计了信令解析模块。信令解析模块根据G

7、SM专用控制信道的组成及信道分配的过程，对通过数据通信模块接收到的部分进行处理，最终输出空中接口的信令消息到XML文件，实现了上行信道与跳频通信环境下空中接口专用控制信道中信令的实监测。(5)通过研究SSH协议在远程控制计算机方面的原理，设计了控制中心模块。通过控制中心模块，ilistener系统的使用者可以方便使用，并能在局域网内远程控制ilistener系统。在信号接收部分加入了小区扫描功能，这部分也是Airprobe系统所缺少的。关键字：空中接口监测系统；软件无线电技术；专用控制信道II广西师范大学硕士学位论文Th

8、eResearchofairinterfacemonitoringsystembased0nS0ltwaredeJinedradio一．⋯1一’’‘AbstractAgoodmobilenetworkisthemostimportantbasisonnetworkoperationformobileoperators