（信号与信息处理专业论文）tdlte系统终端rrc连接建立研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着移动通信系统的逐步发展成熟，3 g p p 也早已开始了对其长期演进( l t e ) 系统的研究和标准化工作。与3 g 相比，l t e 的技术优势具体体现在：高速数据率、 分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容等。l t e 系统不仅能够大幅度提高现 有3 g 技术的性能，在与w i m a x 的技术竞争中性能上更占优势。同时，l t e 技术 能够完全支持现有3 g 业务，极大的提升了用户对移动通信业务的体验。l t e 系统 有t d d 和f d d 两种模式，l t et d d 在帧结构、物理层技术、无线资源配置等方 面具有自己独特的技术特点和优势。为推动移动通信技术的进一步发展，国家科 技部在2 0 0 9 年启动了“新一代无线宽带通信网”国家科技重大专项，l t e 是其中 的重要组成部分。 本文基于实验室承担的重大专项中的子项目“t d l t e 无线综合测试仪表开 发”，重点研究了t d l t e 系统r r c 子层的接入流程实现。终端接入过程是移动通 信系统终端的一个非常重要的过程。本文研究的t d l t e 系统终端接入过程特指处 于空闲模式下的终端接入到网络的r r c 连接建立过程。r r c 连接建立过程包括上 行同步，随机接入，接收“r r c 连接建立”消息并配置m a c 、r l c 、p d c p 子层， 异常情况处理等过程。本文详细描述了连接建立包含的子过程，提出了r r c 子层 协议软件的实现方案，分析了方案的设计思想、设计流程，具体包括r r c 子层与 上下层的接口原语、r r c 子层状态跃迁图、r r c 连接建立过程的m s c 图以及接 收信号处理流程等。然后在s d l 工具上嵌入c 代码验证，并利用s d l 提供的t t c n 测试工具对设计流程进行测试和仿真。通过比较仿真结果的m s c 图与设计的m s c 图，初步验证软件设计的正确性。 关键字：t d l t e ，r r c 连接，随机接入，接口，s d l a b s t r a c t w i t ht h eg r a d u a ld e v e l o p m e n to f3 gm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，3 g p ph a s b e g u nt h er e s e a r c ha n ds t a n d a r d i z a t i o no fl o n g - t e r me v o l u t i o n ( l t e ) s y s t e m c o m p a r e d w i t h3 g , l t ei sm o r et e c h n i c a ls u p e r i o r i t ya n de m b o d i e di nh i g hd a t ar a t e ，p a c k e t d e l i v e r y , d e l a yr e d u c t i o n ，w i d ea r e ac o v e r a g ea n db a c k w a r d sc o m p a t i b i l i t y l ie w i l l n o to n l yg r e a t l ye n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo ft h ee x i s t i n g3 gt e c h n o l o g i e s ，b u ta l s oc a n c o m p e t e 、析廿lt h ew i m a xt e c h n o l o g yi ng a i n i n gp e r f o r m a n c ea d v a n t a g e s a tt h es a m e t i m e ，l t et e c h n o l o g yc a nf u l l ys u p p o r tt h ee x i s t i n g3 gs e r v i c e s l t es y s t e mh a sat d d a n df d dm o d e l t et d dh a si t so w nu n i q u et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c si nt h ef r a m e s t r u c t u r e ，t h ep h y s i c a ll a y e rt e c h n o l o g y , t h ew i r e l e s sr e s o u r c ea l l o c a t i o n ，e t c i no r d e rt o p r o m o t et h e f u r t h e rd e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , s c i e n c ea n d t e c h n o l o g ym i n i s t r ys t a r t e dt h e “n e x t g e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i n 2 0 0 9 l t ei so n eo ft h ei m p o r t a n tc o m p o n e n t s t h i sp a p e ri sb a s e do ns u b - p r o j e c to fm a j o rp r o j e c t s “l t e t d dw i r e l e s st e s t i n s t r u m e n td e v e l o p m e n t ，i tf o c u s e so nt h ei m p l e m e n t a t i o no fl t e - t d dr r cl a y e r s p r o c e s s t h ea c c e s sp r o c e d u r ei so n eo fk e yp r o c e d u r e si nt d l t es y s t e m t h i sp a p e r e m p h a s i z e st h ea c c e s sp r o c e d u r eo fu e w h i c hf r o mi d l et oc o n n e c t e dm o d et h a ti s r r c c o n n e c t i o ne s t a b l i s h m e n tp r o c e d u r e ”，w h i c hi n c l u d es y n c h r o n i z a t i o np r o c e d u r ei n p h y s i c a ll a y e r , r a n d o ma c c e s s ，r e c e i v i n g “r r cc o n n e c t i o ns e t u p m e s s a g e ，c o n f i g u r i n g m a c l a y e r 、r l cl a y e ra n dp d c pl a y e r , e t c t h e nt h ep a p e rp r o v i d e sa ni m p l m e n t i o n s c h e m eo fa c c e s sp r o c e d u r ei nr r cs u b l a y e ri np r o t o c o ls t a c k f o re x a m p l e ，i tg i v e s i n t e r f a c e sb e t w e e nr r ca n do t h e rs u b l a y e r , t h es t a t e st r a n s i t i o nc h a r to fr r ci nr r c c o n n e c t i o ne s t a b l i s h m e n tp r o c e d u r e t h ed e s i g n e dc h a r t sa n dp r o g r a mc o d e so fr r c a r ei m p l e m e n t e db ys d lt 0 0 1 t h et e s ta n ds i m u l a t i o no ft h ep r o c e d u r e sa r ec a r r i e do u t b yt h et t c n t o o lw h i c hi sa l o n gw i t hs d l l a s tw ea n a l y z ea n dv a l i d a t et h ep r o g r a m v i ac o m p a r i n gt h em s cc h a r t sg e n e r a t e db yt t c na n dt h ed e s i g n e dm s cc h a r t sa n d m a k et h ec o r r e c tc o n c l u s i o no ft h ed e s i g n e ds o f t w a r e k e y w o r d s ：t d - l t e ，r r cc o n n e c t i o n , r a n d o ma c c e s s ，i n t e r f a c e ，s d l i i 图形目录 图形目录 图2 1u m t s 网络架构向l t e 系统网络架构的演进5 图2 2e u t ra n 和e p c 功能划分6 图2 3 用户平面协议6 图2 4 控制平面协议7 图2 5 下行传输信道与物理信道映射关系图8 图2 6 上行传输信道与物理信道映射关系图8 图2 7 层2 下行架构图9 图2 8 层2 上行架构图。9 图3 1 非竞争模式随机接入1 3 图3 2 竞争模式随机接入：1 4 图3 3 随机接入前导和p r a c h 资源的选择流程1 7 图3 4 随机接入响应窗口l8 图3 5 随机接入响应的接收流程1 9 图3 6 竞争解决流程2 1 图3 7r r c 连接建立原因为被叫业务2 3 图3 8r r c 连接建立原因为紧急呼叫2 3 图3 9r r c 连接建立原因为主叫业务2 4 图3 1 0r r c 连接建立原因为主叫信令。2 5 图3 1 1r r c c o n n e c t i o n r e q u e s t 消息2 5 图3 1 2r r c c o n n e c t i o n s e t u p 消息一2 6 图3 1 3r r c c o n n e c t i o n s e t u p c o m p l e t e 消息2 6 图3 1 4r r c c o n n e c t i o n r e j e c t 消息。2 6 图3 1 5 系统主要进程的消息流图2 8 图4 1i 汛c 子层接口示意图3 2 图4 2r r c 状态转移图3 7 图4 3r r c 连接建立正常流程图4 4 图4 4 随机接入异常情况1 4 6 图4 5 随机接入异常情况2 4 7 图4 6 随机接入异常情况3 4 8 图4 7 随机接入异常情况4 4 9 图4 8 随机接入异常情况5 5 0 v 图形目录 图5 1 测试模型5 l 图5 2 一致性测试的测试过程5 2 图5 3 几个测试阶段的关系5 3 图5 4 板级测试模型。j 5 4 图5 5r r c 子层n u l 状态下进程图：5 5 图5 6r r c 子层i d l 状态下进程图5 6 图5 7r r c 子层a c c 状态下进程图5 6 图5 8r r c 子层c o n 状态下进程图5 7 图5 9r r c 子层包含的测试例5 8 图5 1 0 测试例接口设置。5 8 图5 1 1 正常接入测试例测试步5 9 图5 1 2 异常接入测试例测试步5 9 图5 1 3 终端i 汛c 连接建立正常流程6 0 图5 1 4 竞争解决定时器超时m s c 图一6 1 图5 1 5 开机激活过程及r r c 配置底层进入i d l 状态6 1 图5 1 6 随机接入过程m s c 图。6 2 图5 17 魁配配置底层进入c o n 状态6 2 图5 18 重配置过程m s c 图。6 3 图5 19 上行数据传输过程m s c 图一6 3 图5 2 0 下行数据传输过程m s c 图6 4 v i 表格目录 表格目录 表3 1 不同场景下u e 发送的上行消息。2 0 表4 1f s m 状态表3l 表4 2e m m r r c 接口定义3 2 表4 3r r c p d c p 接口定义3 3 表4 4r r c r l c 接口定义3 4 表4 5r r c m a c 接口定义。：。3 4 表4 6r r c d s p 接口定义3 5 表4 7r r c 子层相关定时器3 6 表4 8t d l t e 系统r r c 子层状态描述3 7 表4 9t d l t e 系统r r c 子层状态跃迁描述。3 8 v i l 缩略表 缩略语英文名称 a c k a m a s b c c h b w a b a b s r c c c h c r c c r n t i c q i d c c h d t c h d l s c h e m m e u t r a n e p c e n o d eb f d d h a r q h r p d h s p a l 1 l 2 l 3 l t e n a s n d i 缩略表 a c k n o w l e d g e m e n t a c k n o w l e d g e dm o d e a c c e s ss t r a t u m b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s b c c ha l l o c a t i o n b u f f e rs t a t u sr e p o r t c o m m o nc o n t r o lc h a n n e l c y c l i cr e d u n d a n c yc h c c c e l l r n t i c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t o r d e d i c a t e dc o n l r o lc h a n n e l d e d i c a t e dt r a 盼cc h a n n e l d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l e v o l v e dm o b i l i t ym a n a g e m e n t e v o l v e du n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k e v o l v e dp a c k e tc o r en e t w o r k e v o l v e dn o d eb f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x h y b r i da u t o m a t i cr e p e a t - r e q u e s t h i 曲r a t ep a c k e td a t a h i 曲s p e e dp a c k e ta c c e s s l a y e rl ( p h y s i c a ll a y e r ) l a y e r2 ( d a t al i n kl a y e r ) l a y e r 3 l o n gt e r me v o l u t i o n n o n - a c c e s ss t r a t u m n e wd a t ai n d i c a t o r v u i 中文名称 肯定模式 确认模式 接入层 广播控制信道 宽带无线接入 b a 表 缓冲区报告 公共控制信道 循环冗余校验 小区r n t i 信道质量指示 专用控制信道 专用业务信道 下行共享信道 演进型移动管理 演进型陆地无线接入网 演进型分组核心网 演进型n o d eb 频分双工 混合自动重传请求 高速分组数据 高速分组接入 第一层( 物理层) 第二层( 数据链路层) 第三层( 网络层) 长期演进 非接入层 新数据指示符 缩略表 n o d e b n g m n m a c m b m s m c c h m i b m m e m s c n a c k o f d m p c c h p c h p d c p p d c c h p d u p l m n p h y p r a c h p u s c h q o s r a c h r a t r a i 之n t i r b r n c r n t i r r c r l c r o h c r s c p n o d e b n e x tg e n e r a t i o nm o b i l en e t w o r k m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m u l t i m e d i ab r o a d c a s ta n dm u l t i c a s t s e r v i c e m u l t i c a s tc o n t r o lc h a n n e l m a s t e ri n f o r m a t i o nb l o c k m o b i l i t ym a n a g e m e n te n i t y m e s s a g es e q u e n c ec h a r t s n e g a t i v ea c k n o w l e d g e m e n t o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x p a g i n gc o n t r o lc h a n n e l p a g i n gc h a n n e l p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c o l p h y s i c a ld o w n l i n kc o n t r o lc h a n n e l p r o t o c o ld a t au i l i t p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k p h y s i c a ll a y e r p h y s i c a lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l p h y s i c a lu p l i n ks h a r e dc h a n n e l q u a l i t yo f s e r v i c r a n d o ma c c e s sc h a n n e l r a d i oa c c e s st e c h n o l o g y r a n d o ma c c e s si 斟t i r a d i ob e a r e r r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r a n d o ma c c e s sr a d i on e t w p r l t e m p o r a r yi d e n t i f i e r r a d i or e s o u r c ec o n t r o l r a d i ol i n kc o n t r o l r o b u s th e a d e rc o m p r e s s i o n r e c e i v e ds i g n a lc o d ep o w e r i x 节点b 下一代移动网络 媒质接入控制 多媒体广播和多播业务 多播控制信道 主信息块 移动性管理实 消息序列图 否定确认 正交频分复用 寻呼控制信道 寻呼信道 分组数据汇聚协议 物理下行控制信 协议数据单元 公共陆地移动网络 物理层 物理随机接入信道 上行物理共享信道 服务质量 随机接入信道 无线接入技术 随机接入r n t i 无线承载 无线网络控制器 研究阶段 无线资源控制 无线链路控制 可靠头压缩 接收信号码功率 缩略表 s a e s a p s d l s d u t t c n r n t d d t m u e 一 ， u l s c h u m t s u m s y s t e ma r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n s e r v i c ea c c e s sp o i n t s p e c i f i c a t i o na n dd e s c r i p t i o nl a n g u a g e s e r v i c ed a t au n i t 乃ea n d 厅6 u l a rc o m b i n e dn o t a t i o n t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a t i m ed i v i s i o nd u p l e x t r a n s p a r e n tm o d u s e re q u i p m e n t u p l i n ks h a r e dc h a n n e u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s s y s t e m u n a c k n o w l e d g e dm o d e x 系统架构演进 服务接入点 规范描述语言 业务数据单元 协议测试规格语言 发送时间间隔 时分双工制 透明模式 用户终端 上行共享信道 全球移动通信系统 非确认模式 第一章绪论 1 1 选题背景 1 1 1l t e 标准的发展 第一章绪论 我国目前，移动通信系统2 g 网络以g s m 为主导，其覆盖范围广、用户规模 大、运营服务质量好。3 g 网络中t d s c d m a 是我国具有自主知识产权的通信标 准，它基于c d m a 技术可使语音、数据、多媒体业务实现综合，并可实现全球 一体化的个人通信。3 g 系统相对于2 g t ，其频谱利用率更高，同时可以提供更丰 富、更个性化的业务，目前3 g 正在逐步取代2 g 成为市场的主流。为了进一步提 高上下行数据的速率，做好3 g 技术的演进，3 g p p 在w c d m a 、h s d p a 、h s u p a 的基础上提出了l t e 无线接入技术。 l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) 通俗的称为3 9 g ，被视作从3 g 向4 g 演进的主 流技术。l t e 的研究工作，包含了一些普遍认为很重要的部分，如等待时间的减 少、更高的用户数据速率、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低等。 l t e 主要性能目标包括 2 1 ：在2 0 m h z 频谱带宽能够提供下行1 0 0 m b p s 、上行 5 0 m b p s 的峰值速率；改善小区边缘用户的性能：提高小区用户容量：降低系统延 迟，用户平面内部单向传输时延低于5 m s ，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时 间低于5 0 m s ，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于l o o m s ；支持1 0 0 k m 半径的 小区覆盖；能够为3 5 0 k m h 高速移动用户提供大于1 0 0 k b p s 的接入服务；支持成 对或非成对频谱，并可灵活配置1 2 5m h z 到2 0 m h z 多种带宽。 据工信部t d l t e 工作组发布消息：截至2 0 11 年3 月，在t d l t e 研发技术 试验中，华为、中兴通讯、大唐移动、诺基亚西门子、上海贝尔、摩托罗拉、爱 立信7 家t d l t e 系统设备，海思半导体、创毅视讯2 家t d l t e 终端芯片，已完 成阶段测试任务，基本满足测试要求。在我国加快推进t d - l t e 发展的引领下，拥 有广阔的全球市场前景的t d l t e 技术，吸引了全球研发制造企业与运营商的广泛 参与和积极投入，一条t d l t e 国际化产业链正逐步形成。 随着l t e 标准的冻结及关键技术的日趋成熟，同时又有大多数通信运营商的 支持，l t e 网络、终端及测试仪产品的商用指日可待。此外，根据近来有关研究 报告显示，l t e 和w i m a x 之间的的竞争关系可能在不久后结束，l t e 将会获得压 倒性的胜利。报告预计2 0 1 4 年l t e 用户人数将超过3 亿，最早在2 0 1 2 年即可超 越w i m a x ，随后遍及世界各地。 重庆邮电大学硕士论文 1 1 2t d l t e 系统关键技术及优势 t d l t e 继承和拓展了t d s c d m a 在智能天线、系统设计等方面的关键技术 和自主知识产权，系统能力与l t ef d d 相当，成为国际主流技术之一。t d l t e 系统吸收了一些t d s c d m a 的设计思想，t d d 的双工技术、基于o f d m 的多址 接入技术、基于m i m o s a 的多天线技术是t d l t e 标准的三个关键技术。 l 、基于t d d 的双工技术 t d d 时间切换的双工方式是在一个帧结构中定义它的双工过程。在讨论t d d 系统的同时要考虑f d d ( 频分双工) 系统，在t d d f d d 双模中，l t e 规范提供 了技术和标准的共同性。同时，我们还要注意到t d d 和f d d 的基本差异。f d d 是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段来分离接收和发送 信道。f d d 必须采用成对的频率，依靠频率来区分上下行链路，其单方向的资源 在时间上是连续的。f d d 在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支 持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。l t et d d 在帧结构、物理层技术、无 线资源配置等方面具有自己独特的技术特点与优势【l 】： ( 1 ) 频谱配置 频段资源是无线通信中最宝贵的资源，f d d 双工方式占用了大量的频段资源， 一些零散频谱资源由于f d d 不能使用而闲置，造成了频谱浪费。由于l t et d d 系统无需成对频率，因此可以方便地配置在l t ef d d 系统所不易使用的零散频段 上，具有一定的频谱灵活性，能有效提高频谱利用率。另外，中国已经为t d d 划 分了1 5 5 m h z 的频段，为l t et d d 的应用创造了条件。因此，在频段资源利用方 面；l t et d d 系统比l t ef d d 系统具有更大的优势。 ( 2 ) 支持非对称业务 l t et d d 系统在支持非对称业务方面具有一定的灵活性。根据l t et d d 帧结 构的特点，l t et d d 系统可以根据业务类型灵活配置l t et d d 帧的上下行配比。 如浏览网页、视频点播等业务，下行数据量明显大于上行数据量，系统可以根据 业务量的分析，配置下行帧多于上行帧情况，如6 d l ：3 u l 、7 d l ：2 u l 、8 d l ：1 u l 等。而在提供传统的语音业务时，系统可以配置下行帧等于上行帧，如2 d l ：2 u l 。 上下行时间配比的范围可以从将大部分资源分配给下行的“9 ：1 ”到上行占用较多 的“2 ：3 。相对于l t ef d d 系统，l t et d d 系统能够更好地支持不同类型的业务， 不会造成资源的浪费。 ( 3 ) 智能天线的使用 智能天线技术是未来无线技术的发展方向，它能降低多址干扰，增加系统的 吞吐量。在l t et d d 系统中，上下行链路使用相同频率且间隔时间较短，小于信 道相干时间，链路无线传播环境差异不大，在使用赋形算法时上下行链路可以使 2 第一章绪论 用相同的权值。与之不同的是，由于f d d 系统上下行链路信号传播的无线环境受 频率选择性衰落影响不同，根据上行链路计算得到的权值不能直接应用于下行链 路。因此，l t et d d 系统能有效地降低移动终端的处理复杂性。另外，在l t et d d 系统中，由于上下行信道一致，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，从而 在一定程度上降低了基站的制造成本。 ( 4 ) 与t d s c d m a 系统共存 l t et d d 系统还有一个l t ef d d 无法比拟的优势，就是l t et d d 系统能够 与t d s c d m a 系统共存，也就是l t e 的d l 肌经过时间调整能够和t d s c d m a 子帧相一致。由于l t et d d 帧结构是基于我国t d s c d m a 的帧结构，因而能够 方便地实现t d l t e 系统与t d s c d m a 系统的共存和融合。 2 、o f d m 技术 o f d m ( 正交频分复用) 技术之所以代替c d m a ，成为新一代无线通信核心 技术，是因为它具有频谱效率高、带宽扩展性强、抗多径衰落、频谱资源灵活分 配、实现m i m o 技术较简单的技术优势。其中有两个关键点，一是o f d m 技术和 m i m o ( 多输入多输出) 技术如何结合，使移动通信系统性能进一步提升；二是 o f d m 技术在蜂窝移动通信组网的条件下，如何克服同频组网带来的问题。 3 、基于m i m o s a 的多天线技术 智能天线技术是通过波束赋形，提供覆盖和干扰协调能力的技术。m i m o 技 术通过多天线提供不同的传输能力，提供空间复用的增益，这两种技术在l t e 以 及l t e 的后续演进系统中是非常重要的技术。 1 2 项目背景 2 0 0 9 年，为推动我国移动通信事业的跨越式发展，国家启动了“新一代宽带 无线移动通信网国家科技重大专项。在专项中除进一步支持我国自主标准 t d s c d m a 的发展外，其下一代演进t d l t e 的研发和产业化也是专项支持的重 要内容之一。目前，t d l t e 己形成包括系统设备、芯片、终端和测试仪表等关键 环节的比较完整的产业链体系。在整个l t e 产业链中，除了基站、终端、基带芯 片、天线外，测试仪表的开发也有着非常重要的意义。 作者有幸参研了其中的予项目“t d l t e 无线综合测试仪表开发，项目编号 2 0 0 9 z x 0 3 0 0 2 0 0 9 。项目的研究目标是：依据3 g p p3 6 系列r e l e a s e8 、9t d - l t e 标准，实现t d l t e 物理层、高层协议设计，支持多种m i m o 技术方案、支持自 适应编码调制技术、支持h a r q 技术，支持多种信道环境的信道模拟研究与验证， 支持终端射频指标分析与测量算法。研制硬件平台和设计软件模块，开发出符合 3 g p p 及行业标准要求的t d - l t e 无线综合测试仪表。 3 重庆邮电大学硕士论文 作者主要负责高层协议设计与实现中r r c 子层的开发与测试维护工作。具体 包括：t d l t e 系统协议栈软件r r c 子层的需求分析与详细设计、部分消息a s n 1 编解码的实现、状态与原语设计、流程图设计、s d l 设计与仿真、r r c 子层代码 编写与调试、i 承c 子层功能测试等。 本文是在重大专项的子项目“t d l t e 无线综合测试仪表开发”的支撑下进行 的研究，希望能给项目开发提供有意义的参考。 1 3 论文的主要工作 本文主要对t d l t e 系统终端r r c 子层协议及r r c 连接建立过程的实现进行 研究，其中实现部分涉及终端与网络的交互，并在此基础上通过c 语言程序编写、 s d la n dt t c n 仿真工具测试、软硬件环境调试对实现进行验证。 论文内容安排如下： 第一章绪论，主要介绍论文的选题背景和依托的项目背景； 第二章介绍t d l t e 系统空口协议栈的总体结构及相对于3 g 系统的演进优 势，同时简要介绍协议栈各层功能： 第三章主要分析了t d l t e 系统终端r r c 连接建立相关过程的协议描述； 第四章是r r c 连接建立过程的的软件设计与实现，介绍了有限状态机的理论， 设计了通信接口所用原语、r r c 子层状态划分与转移，系统通信流程设计等； 第五章首先介绍仿真测试工具、测试模型和测试过程，之后用s d l 和t t c n 对r r c 连接建立的相关过程进行测试，给出测试结果； 第六章论文工作总结、存在的问题及进一步研究。 4 第二章t d l t e 系统空中接口研究 第二章t d l t e 系统空中接口研究 空中接口指的是终端和接入网之间的接口，_ 般称为u u 接口。空中接口协议 主要用途是建立、重建、重配置和释放各种无线承载业务。空中接口是一个完全 开放的接口，不同制造商生产的设备只要遵守接口规范就能够互相通信。一般来 说，终端厂商的设备要比网络制造商的数目多，完全开放的接口有利于不同厂家 设备的兼容。 l t e 系统的主要无线传输技术的区别在于物理层。在设计高层时要尽量考虑 不同标准的兼容性，对于f d d 和t d d 来说，高层的差别并不十分明显，差异集 中在描述物理相关信道的消息和消息元素方面。 2 1l t e 系统网络架构 l t e 网络技术的一个关键目标是基于分组交换。从核心网的观点来看1 2 1 ，l t e 摒弃了2 g 和3 g 网络中的双核心网机制，即语音核心网( m s c l r ) 和分组核心 网( s g s n g g s n ) ，使分组核心网成为管理u e 移动性和处理信令的唯一核心网。 l t e 网络节点主要包括e n o d eb 和接入网关( m m e s g w ) 。与3 g 和2 g 的 网络相比，l t e 网络取消r n c 节点，接入网只是由若干e n o d eb 组成，网元数目 减少，网络更加扁平化，部署简单容易维护。网络中e n o d eb 直接连接m m e 和服 务s a eg w ，有助于降低整体系统时延，改善用户体验，同时也有利于降低系统 运营成本。e n o d eb 与m m e s g w 之间有灵活的连接，u e 在移动过程中仍然可 以驻留在相同的m m e s g w 上，这将有助于减少接口信令交互数量以及 m m e s g w 的信令负荷。 囝固 s g s n , 1 u 幺竺= ：! 点：譬曩，1 蛐面、m 掣 。配：o _ nl 姗答e n b 龇同 量w曼w 卜 e n b 图2 1u m t s 网络架构向l t e 系统网络架构的演进 重庆邮电大学硕士论文 e n o d eb 主要功能包括【3 】：无线资源管理功能；用户数据流的i p 头压缩和加密； 终端附着时的m m e 选择；寻呼消息的调度和传输；广播消息的调度和传输；用于 移动性和调度的测量和测量报告的配置。 m m e 负责处理与u e 相关的信令消息部分，主要功能包括：将寻呼消息分发到 e n o d eb ；安全控制；空闲状态下的移动性管理；s a e 承载控制；非接入层信令的 加密和完整性保护。 s - g w 是终止于e u t r a n 接口的网关，是一个用户面功能实体，负责为u e 提 供承载通道来完成分组数据的路由和转发，完成终端移动时的用户平面的转换。 舳 数据流的头压缩、 加密( 数据传输) 连接移动性管理 m m 匝 n a 害全桔l 无线承载控制 j 1 x i i ：工 测量配置 状态移动性管 动态资源分配 理 ( 调度器) 黪。i，。一一：溺 s a e 承载控制 隧? ；御绸 黪咎? 钧j i 蠹* 7 j 绷 隧一* 戳游；嗍 + 撇。冽 s i 隗。嬲。渤 l 终端移动性、数据处理i 图 和功能划分 2 2 无线接口协议栈 无线接口协议栈根据用途分为用户平面协议栈和控制平面协议栈。用户平面 协议栈如图2 3 所示，包括 、子层，在网络端终止于 ，主 要执行数据传输、头压缩、调度、加密、自动重传请求和混合自动重传 请求等功能。 ；。磊i 二i 一- 6 第二章t d l t e 系统空中接口研究 控制平面协议栈如图2 4 所示，包括n a s 、r r c 、】p d c p 、r l c 、m a c 子层， 其 p d c p 、r l c 和m a c 的功能和用户平面的一样。r r c 提供广播、寻呼、r r c 连 接控制、移动性、u e 测量上报等功能。 u e ；e n b m m e i 亟二 十+ 十州二巫 ； i 亘r r c 二 _ 卫r r c；l 刊 i ； l - - - _ j l - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - j | 亟p d c p 二卜 夏p d c p； h 刊l ! 。j：l 。j： ! 亘二h _ 日 i 巫m a c 二虻】m 堕a c h 刊l ； l 。- _ jl - - - - - - - - - - - - - - j i 亘p h y 二 十斗 丑p h y i l 叫i 图2 4 控制平面协议 2 2 1 层1 ( l 1 ) 协议栈 物理层处于协议栈最底层 3 1 ，其主要任务是为m a c 层和高层提供信息传输服 务，物理层传输服务是通过如何以及使用什么样的特征数据在无线接口上传输来 描述的，称为传输信道。 l 、下行传输信道类型 下行传输信道类型主要有以下几种： 一 ( 1 ) b c h ( 广播信道) ：下行固定预定义的传输格式。例如具有固定大小，固 定发送周期，调制编码方式等。除了m i b 消息在专属的物理信道上传输外， 其它的广播消息( s i b ) 都是在物理共享信道上传输的。 ( 2 ) d ls c h ( 下行共享信道) ：使用h a r q ；能够通过各种调制模