（信号与信息处理专业论文）lte网络端rlc层协议的研究与实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 3 g p pl t e 系统是3 g 的演进，采用o f d m 和m i m o 作为无线网络演进的唯一标 准。它改进了3 g 的空中接入技术，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。随着l t e 规模试验网建设的逐步展开，t d l t e 产业发展将 进入到一个新的阶段。2 0 1 0 年末，由我国主导制定的t d l t e 技术标准在i t u 研究 组层面已经通过各项评估，入选第四代移动通信标准草案。基于国家科技重大专 项“t d l t e 无线综合测试仪表开发 ，根据3 g p pr 8 、r 9 协议标准和相关技术文档， 本文重点研究了t d l t e 网络端r l c 层传输流程，结合t e l e l o g i ct a u 公司提供的s d l 平台对l t e 网络端r l c 层进行了设计与实现。 本文首先对l t e 无线接口协议进行了研究分析，简要介绍了l t e 无线接口协议 以及r l c 层的架构和功能。l t e 无线接口协议栈主要包括非接入层( n a s ) 、无线 资源控制层( r r c ) 、分组数据汇聚协议层( p d c p ) 、无线链路控制协议层( r l c ) 、 媒体介入控制层( m a c ) 。其中，无线链路控制协议层( r l c ) 是l t e 的重要组成 协议之一，它的数据传输功能在l t e 研发中有着重要的地位。文中研究了r l cp d u 格式和网络端r l c 层透明模式( t m ) 、非确认模式( u m ) 和确认模式( a m ) 的 数据传输过程及u m 模式和a m 模式两种模式的窗口控制。 l t e 网络端r l c 层的分析设计是文章的核心。根据r l c 层与其它层之间的联 系，设计了网络端r l c 层与p d c p 层、r r c 层、m a c 层之间的接口原语和相关参数。 根据r l c 层的协议流程，将网络端r l c 层的进程划分为空状态( n u l l ) 、传输状 态( t r a n ) 和挂起状态( s u s ) 。然后，根据设计的接口和状态，设计了三种模 式传输流程的m s c 图。 最后，作者对l t e 网络端的r l c 层进行t s d l 实现，针对t e l e o g i ca b 公司提供 的产品t t c ns u i t e s 详细介绍构造了t t c n 测试例，再将t t c n 与s d l 相结合生成 m s c 图，通过比较仿真产生的m s c 图与设计的m s c 图来验证设计方案的正确性， 并进行修改和完善。并对下一步的研究工作进行了阐述。 关键词：t d l t e ，无线链路控制，非确认模式，确认模式，规范描述语言 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t 3 g p pl o n gt e r me v o l u t i o np r o j e c ti st h ee v o l u t i o no f3 gi ta d o p t e do f d ma n d m i m oa st h es o l ec r i t e r i o nf o rt h ee v o l u t i o no fw i r e l e s sn e t w o r k u 匝p r o j e c ti m p r o v e d a i ra c c e s st e c h n o l o g yf o r3 ga n dp r o v i d e dp e a kd a t ar a t e so fd o w n s t r e a m10 0 m b p s ， u p l i n k5 0 m b p su n d e rt h es p e c t r a lb a n d w i d t ho f2 0 m h z w i t ht h ed e v e l o p m e n to fl t e s c a l et r i a ln e t w o r kb u i l d i n gg r a d u a l l y , t d - l t ei n d u s t r i a ld e v e l o p m e n tw i l lg oi n t oa n e ws t a g e i nt h ee n do f2 010 ，t d - l t et e c h n o l o g ys t a n d a r dh a sp a s s e dt h ea s s e s s m e n t i nt h ei t us t u d yg r o u pa st h ef o u r t hg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns t a n d a r dd r a f t t h a tw a sc o n s t i t u t e db yc h i n a - l e d a c c o r d i n gt o3 g p pr 8 ，r 9p r o t o c o ls t a n d a r d sa n d r e l a t e dt e c h n i c a ld o c u m e n t a t i o n t h ea u t h o re s p e c i a l l ys t u d i e dt h er e a l i z a t i o no fr l co n t d - l t en e t w o r ks i d eu n d e rs d lp l a t f o r mp r o v i d e db yt e l e l o g i ct a nb a s e do nn a t i o n a l s c i e n c ea n dt e c h n o l o g ym a j o rp r o j c o t s ”t d l t ew i r e l e s si n t e g r a t e dt e s ti n s t r u m e n t d e v e l o p m e n t 田1 ep a p e rr e s e a r c h e da n da n a l y s e dl t er a d i oi n t e r f a c ep r o t o c o li nt h eb e g i n n i n g 田1 i sa r t i c l eb r i e f l yi n t r o d u c e dr a d i oi n t e r f a c ep r o t o c o la n ds t r u c t u r ea n df u n c t i o no f r l cl a y e r l t er a d i oi n t e r f a c ep r o t o c o ls t a c ki n c l u d e sn o na c c e s ss t r a t u m ( n a s ) ， r a d i or e s o u r c ec o n t r o lf r r c ) ，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 d c p ) ，r a d i o l i n kc o n t r o lf r l c ) a n dm e d i u ma c c e s sc o n t r o l ( m a c ) r l cl a y e rp r o t o c o li sa l l i m p o r t a n tc o m p o n e n to fm ，a n d i t sd a t at r a n s m i s s i o nf u n c t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr o l e i n t h emr & d t h ep a p e rr e s e a r c h e dr l cp d uf o r m a ta n dt h ed a t at r a n s f e r p r o c e d u r eo ft r a n s p a r e n tm o d e ，u n a c k n o w l e d g e dm o d ea n da c k n o w l e d g e dm o d eo f r l c ，a n dw i n d o wc o n t r o l o fu n a c k n o w l e d g e dm o d ea n da c k n o w l e d g e dm o d eo n n e t w o r ks i d e t h ec o r eo fa r t i c l ei sa n a l y s i sa n dd e s i g nr l cl a y e ro nt d - l t en e t w o r ks i d e a c c o r d i n gt ot h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nr l cl a y e ra n do t h e rl a y e r s ，t h ep a p e rd e s i g n e d t h ei n t e r f a c ep r i m i t i v e sa n dr e l a t e dp a r a m e t e r sb e t w e e nr l cl a y e ra n do t h e rl a y e r s a c c o r d i n gt ot h ep r o t o c o lp r o c e s s e so fr l cl a y e r , r l cl a y e rp r o c e s si sd i v i d e di n t ot h e f o l l o w i n gs t a t e s ：n u l ls t a t e ( n u l l ) ，t r a n s f e rs t a t u s ( t r a n ) a n ds u s p e n d e ds t a t e ( s u s ) t h e n , d e s i g n e dm s cc h a r to ft h r e et r a n s p o r tm o d e sp r o c e s s e sa c c o r d i n gt o i n t e r f a c ea n dt h r e es t a t e sd e s i g n e d a tl a s tt h ea u t h o rr e a l i z e dr l co nl 1 匿n e t w o r ks i d e ，a n dc o n s t r u c t e dr r c nt e s t c a s eb a s e do nt t c ns u i t e sd e t a i l sp r o v i d e db yt e l e l o g i ca b ，c o m b i n e dt t c na n d i i 重庆邮电奎堂堡主笙茎丝翌! 堕 _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - - _ _ - _ _ _ - _ _ - _ _ _ - - - _ _ _ _ _ - - - - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 一 s d l ，t h e ng e n e r a t e dm s cd i a g r a m v e r i f yt h ec o r r e c t n e s so fd e s i g nb yc o m p a r i n gm s c g e n e r a t e dw i t hm s cd e s i g n e d ，t h e nr e v i s ea n dc o m p l e t ed e s i g n i nt h ee n dt h ef u t u r e r e s e a r c hd i r e c t i o n sa r ed e s c r i b e d k e y w o r d s ：t d l t e ，r l c ，u n a c k n o w l e d g e dm o d e ，a c k n o w l e d g e d m o d e ，s d l i i i 重庆邮电大学堡主笙壅 堕堕耋 - _ - _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - - - - 一 一。 3 g p p a c k a m a m d 削 b c c h b c h b w a c c c h d c c h d l 缩略表 3 珂g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pa r o j e c t第3 代合作伙伴计划 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 k n o w l e d g e dm o d ed a t a a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l 确认应答 确认模式 确认模式数据 自动重传请求 广播控制信道 b r o a d c a s tc h a n n e l广播信道 b r o a d b a n d l e s sa c c e s s d l s c hd l s h a r e dc h a n n e l d t c h e n b e p c d e d i c a t e dt r 蕊cc h a n n e l e v o l v e dp a c k e tc o r e f d d f i n h g q l i l s f f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x f r a m i n gi n f o 宽带无线接入 公共控制信道 专用控制信道 下行 下行共享信道 专用业务信道 演进型n o d e b 演进分组核心网 演进型u t r a n 频分复用 帧信息 h y b r i d a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t混合自动重传请求 l e n g t hi n d i c a t o r l a s ts e g m e n tf l a g v l 长度指示 最后一个段标志 重鏖坚皇盔堂堡主迨窒 一! 重壁量量l g s m l t e m a c m c c h m s c n a c k o f d m p c c h p c h p d c p p d u p h y q o s r a n r b r f r l c r n c r n l r n t i r r m l u 屺 g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n全球移动通信系统 l o n gt e r me v o l u t i o n m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m e d i u ma c c e s sc o n t r o l m e s s a g es e q u e n c ec h a r t s 长期演进 媒体接入控制 媒体接入控制 消息序列图 a c k n o w l e d g e m e n t 否定应答 o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 正交频分复用 p a g i n gc h a n n e l 寻呼控制信道 寻呼信道 p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 分组数据汇聚协议 p r o t 0 c 0 ld a t au n i t分组数据单元 p h y s i c a ll a y e r q u a l i t yo fs e r v i c e r a d i oa c c e s sn e t w o r k r a d i of r e q u e n c y r a d i ol i n kc o n t r o l r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r a d i on e t w o r kl a y e r r a d i on e t w o r kt 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 em a n a g e m e n t r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 v i i 物理层 服务质量 无线接入网 无线承载 无线电频率 无线链路控制 无线网络控制器 无线网络层 无线网络i 临时标识 无线资源管理 无线资源控制 重鏖坚皇盔堂堡主笙窒 一一鱼i 堕 s a e s a p s d l s d u s i s n s o s p f t b t c p t d d 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 系统架构演进 s e r v i c ea c c e s sp o i n t服务访问点 s p e c i f i c a t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g e 规范描述语言 s e r v i c ed a t au n i t业务数据单元 s y s t e mi n f o r m a t i o n 系统信息 s e q u e n c en u m b e r s e g m e n to f f s e t s i n g l ep o i n to f f a i l u r e t r a n s p o r tb l o c k t i m ed i v i s i o nd u p l e x 序列号 段偏移 单点失败 传输块 传输控制协议 时分双工 t d s c d m at i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc d m a 时分同步码分多址 t m t 加 砒 t 硎 ，r n u e u m u m d u m t s u t r a n 透明模式 t m 数据 传输网络层 t r c e 觚dt a b u l a rc o m b i n e dn o t a t i o n协议测试规格语言 u s e re q u i p m e n t u n a c k n o w l e d g e dm o d e 传输时间间隔 用户终端 非确认模式 u n a c k n o w l e d g e dm o d e d a t au m 数据 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 ns y s t e m 通用移动通信系统 u n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k陆地无线接入网 v i i i 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 在通信发展史上，移动通信的发展速度十分迅猛，特别是近些年来，移动通 信系统的发展更是日新月异。移动通信的最终目标就是实现任何人可以在任何地 点、任何时间与其它任何人进行任何方式的通信。 个人通信的迅速发展极大地促使了个人通信设备的微型化和多样化，结合多 媒体消息、在线游戏、视频点播、音乐下载和移动电视等数据业务的能力，大大 满足了个人通信和娱乐的需求。此外，人们利用网络来计算数据和提高数据存储 能力，通过低成本的宽带将数据无线传输到用户终端，从而促使了通信娱乐设备 的微型化与普遍化。面对高速发展的移动通信市场的巨大诱惑和大量低成本，高 带宽的无线技术快速普及，很多非传统移动运营商也纷纷加入了移动通信市场， 并引进了新的商业运营模式。与此同时，用户期望运营商提供任何时间任何地点 的无线接入速度不低于1 m b p s ，低系统传输延迟小于2 0 m s ，在高移动速率环境下能 实现全网无缝覆盖。而最重要的一点是能被广大用户负担得起的廉价终端设备和 网络服务。在业务发展和用户需求的不断推动下，移动通信系统得到了进一步飞 速发展。在现有2 gg s m 和3 gu m t s 的基础上，3 g p p 又进一步推出了长期演进 ( l t e ) 项目应对w i m a x 标准的市场竞争，与宽带无线接入( b w a ) 技术融合， 目标是为实时和非实时业务提供一种统一的体系结构，并且为用户提供高数据传 输、低时延和优化的分组无线接入技术i l j 。 3 g p pl t e 项目是3 g 的演进，是近些年来3 g p p 启动的最大的新技术研发项目。 它是以o f d m 和m i m o 作为无线网络演进的唯一标准，改进并增强了3 g 的空中接 入技术，为了降低用户面延迟，取消了无线网络控制器( r n c ) ，被看作是“准4 g 技术。目前为止，3 g p p 已经完成l t e 核心技术的标准制定工作( 3 g p pr 8 r 9 ) ，其 版本仍在不断的修改和完善。世界上的各大通信厂商和科研机构都在抓紧时间进 行基于l t e 标准的预研和开发工作。 1 23 g p pl t e 背景知识概述 1 2 1 研究背景 移动运营商对l t e 提出了要求，要求l t e 必须成为一个有竞争力的b 3 g 宽带 无线业务提供手段。因此，l t e 系统的设计主要考虑：降低每比特成本；扩展业 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 务的提供能力，以更低的成本、更佳的用户体验提供更多的业务；灵活使用现有 的新的频段；简化架构，开放接口；实现合理的终端消耗。3 g p pl t e 项目系统设 计的主要性能目标1 】【2 】： 在2 0 m h z 频谱带宽下能够提供的峰值速率为下行1 0 0 m b p s 、上行5 0 m b p s ； 改善小区边缘用户的性能，提高小区容量； 降低了系统时延，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 i n 半径的小区覆盖，能为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。 l t e 无线接入网框架及其演进需要满足如下需求【l 】【2 】： 应采用一个单一的e u t r a n 框架； e u t r a n 架构应该基于分组模式，但也应有效的支持实时和话音业务； e u t r a n 架构应在不带来额外的系统成本的基础上，尽量避免“单点失 败”( s p f ，s i n g l ep o i n to f f a i l u r e ) ； e i 瓜a n 应采用简化架构，尽可能减少接口的数量； 在可以获得性能改进的条件下，应考虑无线网络层( r n l ) 和传输网络层 ( n 儿) 之间的相互操作； e u t r a n 架构应支持端到端q o s ，就是说，t n l 应根据r n l 的请求提供 合适的q o s ； q o s 机制应根据各种数据流，如“控制面”数据、“用户面 数据和q & m ( 操作和管理) 数据等的特性优化设计，以便更有效地利用系统带宽。 e u t r a n 系统的设计应尽可能缩小延迟抖动，以便更有效的支持t c p i p 分组业务。 总结起来，为了实现高数据、低延迟、分组业务优化的系统，l t e 需要完成： 在空中接口物理层方面，支持灵活的传输带宽，引入新的传输技术和先进的多天 线技术。在空中接口层2 层3 方面，对信令设计进行优化。在r a n 架构方面，确 定优化的r a n 架构和r a n 网元之间的功能划分，优化射频( 1 疆) 设计等【3 】。 1 2 2 研究意义 3 g p p 启动了新的技术研发项目长期演进( l t e ) 项目，为实时和非实时业务 提供一种统一的体系结构，并且为用户提供高数据传输、低时延和优化的分组无 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 线接入技术。随着我国l t e 规模试验网建设的逐步展开，t d l t e 产业发展也将进 入到一个新的阶段。2 0 1 0 年末，由我国主导制定的t d l t e 技术标准在i t u 研究 组层面已经通过各项评估，进入第四代移动通信标准草案。本文基于国家科技重 大专项“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 网络端r l c 层的 流程实现。 网络端r l c 子层协议是l t e 的重要组成协议之一，它的数据传输功能在l t e 的研发中有着重要的地位。目前的分组数据业务大部分基于t c p ，而t c p 原本用 于处理有线通信系统中分组业务的上层协议，实际的无线网络信道环境并不理想， 从而使得t c p 不能很好的用于无线网络，而改善t c p 性能的方法之一就是通过在 r l c 协议子层利用自动重传请求( a r q ) 机制，来弥补信道的不理想 3 1 。 网络端r l c 协议子层是移动通信系统主要的无线接口协议，为了合理有效地 利用无线资源，应有更好的r l c 协议性能。因此，必须研究掌握r l c 的数据传输 过程、状态报告触发过程以及发送窗滑动机制，合理的配置r l c 层参数，从而使 得l t e 系统整体上取得较好的系统性能。 综上所述，对l t e 网络端r l c 协议子层进行研究是非常必要的，具有十分重 要的意义。 1 2 3 研究现状 目前，按用户数量和市值计算，中国移动都是全球最大的移动运营商。2 0 0 8 年2 月在巴塞罗纳举行的全球移动大会( m w c ) 展会上，阿尔卡特朗讯c e op a t r l e i a r u s s o 表示，将在中国投入1 0 0 0 人的研发队伍进行t d - l t e 的研发，并且表示在 2 0 0 8 年底推出产品原型。2 0 0 8 年4 月初，爱立信宣布推出全球首款支持l t e 标准 的商用平台。华为表示，l t e 产业价值链在2 0 1 0 年已基本成熟并开始商用，并在 2 0 1 1 年形成一定的市场规模。爱立信则希望成为商用设备的领先者，在2 0 0 9 年推 出l t e 商用系统。在终端方面，三星电子于2 0 1 0 年推出小型化的l t e 手机，外 观与目前常见的手机相似。三星电子采取了逐步推进的l t e 终端发展路线，推出 体积较大的l t e 原型样机以进行性能测试，并将推出l t e 的数据卡产品。 国际上对l t e 技术已经进行了广泛的研究，并取得了进展。2 0 0 5 年时，已经 对l t e 的各种关键技术进行了广泛的调研，并形成了一系列系统化的研究结论。 这是第一个阶段，主要是研究确定l t e 系统的基本框架和关键技术，确定了l t e 标准化的可行性；第二个阶段是2 0 0 7 年研究了l t e 系统设计，完成了l t e 系统 的性能评估，并完善了系统，规范了t s3 6 3 0 0 协议，t s3 6 3 0 0 协议是对l t e 的 一个总体描述，是一个“参考规范 ，在t s3 6 3 0 0 协议中根据初步的系统设计， 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 得到了对l t e 系统的更精确的评估结果，进一步验证了l t e 系统的性能，形成了 比较完善的技术方案；第三个阶段是在2 0 0 8 年，开始开发和实验演进系统，继续 各种国际研究和标准化工作，为l t e 设定了技术指标，提供技术设备和可供借鉴 的经验和教训，从各方面促进了l t e 的发展1 4 。 当前，我国t d l t e 的发展正处在一个非常关键的阶段，虽然国内企业在 t d l t e 系统设备领域有着长期的技术积累和比较雄厚的实力，但在t d l t e 终端 和终端芯片领域的实力还有着很大的不足。一是因为我国移动通信设备商大多是 从研发t d s c d m a 终端起步的，研究时间不长，规模有限；二是因为我国移动通 信设备商在f d d 芯片开发方面没有技术积累，缺乏足够的经验，而未来商用化的 t d l t e 芯片必然是多模芯片，这将是对我国通信产业的严峻考验。只有通过我国 通信产业界和政府的相互合作和共同努力，才能更好的促使我国移动通信产业的 发展。我国通信产业界加速弥补自己技术上的不足，积累经验，我国政府在制定 通信产业发展规划时，正确把握t d l t e 的发展节奏，从国家整体利益出发，明确 把保护我国优势产业。 目前，在我国政府的大力扶持和通信设备商、运营商的积极推动下，我国主 导的t d l t e 标准已经在4 g 国际标准的争夺战中取得了一定的有利地位，但是就 整个t d l t e 产业链的发展情况来看，我国自主4 g 仍然面临不少挑战。在2 0 1 1 年2 月的国际移动通信大会上，中国移动与全球9 家运营商正式签署t i ) l t e 协议， 在国内正式启用t d l t e 试用；同时，国际电联也已经基本确定了4 g 相关标准。 1 2 4l t e 网络架构 定义e - u t r a n 架构及e u t r a n 接口的工作主要遵循以下基本原则： 信令与数据传输在逻辑上是独立的； e u t r a n 与演进后的分组交换核心网( e p c ) 在功能上是分开的， e u t r a n 与e p c 的寻址方案与传输功能的寻址方案不能绑定； r r c 连接的移动管理完全有e u t r a n 进行控制，使得核心网对于无线资 源的处理不可见； e - u t r a n 接口上的功能定义的应尽量简化，选项应尽可能的少； 多个逻辑节点可以在同一物理网元上实现【4 】。 l t e 的网络架构在t s3 6 3 0 0 中描述，如图1 1 所示【4 】，也叫演进型u t r a n 结构( e u t r a n ) ，整个系统由核心网络( e p c ，e v o l v e dp a c k e tc o r e ) 、无线网络 ( e - u t r a n ) 和用户设备( u e ) 3 部分组成。其中e p c 负责核心网部分。e u t r a n 负责接入网部分，由e n o d eb ( e u t r a nn o d e b ) 节点组成的单层结构，简化了 网络架构，减少了延时。u e 指用户终端设备。e n b 的功能有：u e 附着时接入网 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 囝囝 孵+ 州b 荟多酬b 1 3 本文的研究内容 本文的研究工作主要分为两部分：一是对l t e 网络端r l c 层进行研究分析和设 计，二是对l t e 网络端r l c 层各传输进程进行仿真和测试。具体工作如下： 5 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 基于l t e 的需求、系统架构和无线接口协议栈的研究，分析l t e 网络端r l c 子层的协议结构和功能，t m 、u m 、a m - - - 种模式的传输机制以及u m 、a m 两种 模式的窗口控制；设计r l c 子层与其它相关的协议栈子层的接口、通信原语、状 态转换以及传输流程。 2 1 熟悉t e l e l o g i ca bt a u 公司的产品s d l 开发平台t e l e l o g i et a u4 0 ，对r l c 层 各传输进程进行s d l 描述。搭建仿真和测试平台，拟定r l c 层各消息的合理参数， 进行程序功能模块的编写。针对t e l e o g i ca b 公司提供的产品t t c ns u i t e s 详细介绍 构造t r c n 测试例，再将t t c n 与s d l 相结合生成m s c 图，通过对比仿真结果并进 行完善。 1 4 本文的组织结构 本文主要是基于s d l 对t d l t e 网络端r l c 层的研究设计和仿真实现。论文 一共由五章组成。 第一章为绪论，首先介绍了本课题的研究背景和意义以及l t e 的基本概念和 定义，简要地阐述了国内外对l t e 的研究情况，以及l t e 的系统架构和标准化演 进，最后概要地说明了本文研究的主要工作及目标。 第二章是l t e 网络端r l c 层的研究分析，首先概要的介绍了l t e 无线接口协 议和r l c 层的架构和功能，接着研究了r l cp d u 格式、r l c 层三种模式的传输 机制以及u m 模式和a m 模式的窗口控制机制。最后对本章进行小结。 第三章是作者根据t s3 6 3 2 2 ( i 也c ) 、t s3 6 3 3 1 ( r r c ) 等协议，对l t e 网络 端r l c 层进行分析设计。首先设计了网络端r l c 层与r r c 层、p d c p 层、m a c 层的 接口原语和相关消息参数，然后设计了网络端r l c 层的三种状态转换，最后对三 种数据传输模式的m s c 图进行了设计。 第四章是基于s d l 和t t c n 通信仿真软件对t d l t e 网络端r l c 层进行仿真 与测试，通过比较仿真结果来验证设计方案的正确性。 第五章是本文工作的总结和展望。 全文中的仿真主要是通过s d l 和t t c n 通信仿真软件来完成。 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 网络端r l c 层的研究分析 第二章l t e 网络端r l c 层的研究分析 2 1 无线接口协议概述 根据用途划分，l t e 无线接口协议栈分为用户平面协议栈和控制平面协议栈， 其中前者主要负责数据的正常传输；后者主要负责用户无线资源的管理、无线连 接的建立、业务的q o s 保证和最终的资源释放【9 j 。 用户平面协议栈与u m t s 系统相似，主要包括分组数据汇聚协议层( p d c p ) 、 无线链路控制层( r l c ) 、媒体介入控制层( m a c ) ，主要执行头压缩、调度、加 密、a r q 和h a r q 等功能，如图2 1 所示【9 1 。 f 一可_ p d c p h h p d c p l f ：t - - - j l - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - j 亘二 咔 卫l l 亘m a c 二m + 卫m a c k 卜一 i i 亘 二妇i! 竖! 卜 叫 ! 塑二 乙一一j乙一一j 图2 1 用户平面协议栈 控制平面协议栈主要包括非接入层( n a s ) 、无线资源控制层( i 汛c ) 、分组数 据汇聚协议层( p d c p ) 、无线链路控制层( r l c ) 、媒体介入控制层( m a c ) ，如 图2 2 所示【9 】。其中p d c p 、r l c 和m a c 的功能和用户面的一样。 ；u e； ；e n b；m m e 厂1 蕊1 0 o o r 丽r l ：l 一： ：l _ j ： i 厂丽f 一_ 厂1 订i i i 广i 面w j 厂i 订 ：l j ：l j ： ；l r l c h i r l c l l 厂m a c 睁扩m 订a cl ih 刊l ； i i：i ；l ! 竺二刊! 坚l r - 1 _r 。_ 1 ：，一： ：一一一一一一一j：一j 图2 2 控制平面协议栈 非接入层( n a s ，n o n a c c e s ss t r a t u m ) 协议网络端终止于移动管理实体 ( m m e ) ，主要实现的功能包括：执行演进分组系统( e p s ) 的承载管理、鉴权、 e p s 连接管理空闲( e c m - i d l e ，e p sc o n n e c t i o nm a n a g e m e m ) 状态下移动性处理、 产生e c m i d l e 状态下的寻呼消息、安全控制。 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 网络端r l c 层的研究分析 无线资源控制层( r r c ，r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ) 协议网络端终止于e n b ，主 要实现的功能包括1 0 】【1 3 】： 系统信息的广播。系统信息包括与n a s 相关的信道信息、用于r r c i d l e 终端的信息( 如：小区选择和小区重选的参数，以及相邻小区信息) 、用 于r r cc o n n e c t e d 终端的信息( 如：公共信道配置信息) 等； r r c 的连接控制：消息寻呼；r r c 连接建立、修改和释放；初始安全性 激活；r r c 连接的移动性( 如：同频和异频之间的切换及相关的安全性管 理) ：承载用户数据的r b d r b 的建立、修改和释放：无线配置的控制( 如： 自动重传请求( a r q ) 机制配置的分配和修改、h a r q 的配置、d r x 配 置) ：q o s 控制( 如：半持续调度的分配和修改、终端的上行速率控制参 数的分配和修改、无线链路失败的恢复等) ： 无线接入技术( 融虹) 间的移动：安全性激活、r r c 上下文信息的传输； l i e 测量配置的上报和控制：测量的建立、修改和释放，测量间隔的建立 和释放，测量上报； 此外，r r c 还包括一些其他功能：如，专用n a s 信息和非3 g p p 专用信 息的发送，终端无线接入能力信息的发送和网络端共享的支持，以及一般 的协议处理等。 媒体接入控制( m a c ，m e d i a a c c e s sc o n t r 0 1 ) 层主要执行调度、s d u 复用和 解复用等功能，在网络端每个小区有一个m a c 实体。主要功能如下【1 0 】【1 4 】： 逻辑信道和传输信道的映射，复用和解复用； 数据量测量；。 通过a a r q 进行错误纠正； l i e 内的优先级调度和u e 间的优先级调度； i t ( t r a n s p o r tf o r m a t ，传输格式) 选择： r l cp d u 的按序提交。 无线链路控制( r l c ，r a d i ol i n kc o n t r 0 1 ) 层是由r r c 配置，其功能是由r l c 实体完成，主要执行分段和级联、按需递交等功能。r l c 层的主要功能【1 2 】： 支持a m 、u m 、t m 数据传输； a r q 功能：协议错误检测和恢复； 数据分段( 重分段) 和重组； 上层p d u 的按序投递( 针对u m 和a m 模式) ： 数据的重复检测( 针对u m 和a m 模式) ； g w 和e n b 间的流控； s d u 丢弃。 8 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 网络端r l c 层的研究分析 分组数据汇聚协议( p d c p ，p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 ) 实体可以处理 控制平面的数据，也可以处理用户平面的数据，取决于去承载的r b 的类型。p d c p 层的功能主要有【l l 】f 1 5 】： 头压缩，只支持r o h c 算法； 数据加密和解密； 下层r l c 按序投递时，p d c p 的重排缓冲( 主要用于跨e n b 切换) ； 数据传输( 用户平面和控制平面) 。 m a c m a c 图2 3 层2 下行架构图 图2 4 层2 上行架构图 l y e 无线协议架构降低系统的复杂性，减少传输信道个数( 如使用共享信道， 删除d c h ) ：减少m a c 层实体个数( 如删除m a c d ) ；删除b m c 层以及c t c h 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 网络端r l c 层的研究分析 ( 使用m b m s 代替) ；删除下行宏分集；删除u t r a n 的压缩模式( 使用s c h e d u l i n g g a p 代替) ；r r c 的简化( 如删除c e l 啦c h 态) ，图2