（通信与信息系统专业论文）td终端hsupa高层协议研究和测试.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着3 g 时代的到来，t d s c d m a 系统正逐渐深入广大人民的日常生活，为生 活带来极大的便利和改变，基于t d s c d m a 系统丰富的无线应用正如雨后春笋般 进入各个领域。随着人民生活水平的提高，对通信的要求也越来越高，但是目前网 络中上行速率不高已经严重制约通信应用的发展，作为t d s c d m a 系统的技术演 进，t d h s u p a 技术即高速上行分组接入正是为了解决目前通信网络上行速率低的 问题而提出的。它显著提高上行了上行分组数据的传输速率，提高上行数据吞吐量， 并减少与网络交互的时延。 本文主要研究终端t d - h s u p a 高层协议部分的理论，实现和测试。文章开始部 分提出h s u p a 技术被引入的必然原因以及该技术所涉及到的关键算法；通过对 3 g p pr 7 版本协议的研究，明确实现t d - h s u p a 高层协议部分所需要完成的工作； 定义层间交互消息的内容，设计t d h s u p a 重点流程和m a c e 实体的实现方案， 包括m a c - e 实体需要负责的s i 计算和e - t f c 选择等；由于h s u p a 技术的引入使 得m a c 层的有了较大的改动，数据发送机制，传输格式选择，任务优先级管理等 都有了很大的改变，所以为了验证协议栈部分的正确性，引入了一种基于t i c n 软 件平台的测试方法。它利用t t c n 软件和上网卡组成一个测试系统，对重邮信科自 主开发的协议栈软件进行验证。最后根据3 g p p 提出的协议测试规范，编写测试用 例进行验证，并得出结论。 关键词：t d h s u p ae t f c 选择协议栈调度非调度 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 a st h e3 ge r a , t d s c d m as y s t e m ，e s p e c i a l l yo nt e r m so fw i r e l e s sa p p l i c a t i o n , i s w i d e l yu s e di n t ov a r i o u sf i e l d sa n dh a sc l o s er e l a t i o n s h i pw i t hp e o p l e sd a i l yl i f e , ag r e a t c o n v e n i e n c ea n d c h a n g ef o r o u rl i f e w i t ht h e i m p r o v i n gl i f ec o n d i t i o n s ，h i # e r r e q u i r e m e n to ft e l e c o m m u n i c a t i o n s ，e s p e c i a l l yo l lt h es p e e d , i sn e e d e d h o w e v e rl o w e r u p l i n ks p e e do ft h e w i r l e s sn e t w o r kr e s t r i c t st h e g r o w t h o fw i r e l e s sa p p l i c a t i o u s t d h s u p a ( t d - s c d m ah i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s ) ，a na d v a n c et e c h n o l o g yf o r t d - s c d m as y s t e r mh a sb e e np r o p o s e dt om a k et h eu p h n ks p e e df a s t e r , e s p e c i a l l yo n i m p r o v i n gu p l i n kp a c k e td a t at r a n s m i s s i o nr a t e , i n c r e a s i n gu p l m kp a c k e td a t at h r o u g h p u t a n dr e d u c i n gt h et i m eo fc o m m u n i c a t i o nw i mn e t w o r k t h i sr e p o r ts t u d i e st h r e ep a r t so ft e r m i n a lt d h s u p ap r o t o c o ls t a c k ，i n c l u d i n gi t s t h e o r y , p r o g r a ma n dt e s t i n g a tt h eb e g i n n i n g ，i ti sr e p o r t e dt h a tw h y t h et d h s u p a t e c h n o l o g yh a sb e e nb r o u g h ti n ，a n dk e ya l g o r i t h m s e c o n d l y , o nr e s e a c ho f3 g p pr 7 v e r s i o np r o t o c o l ，i tm a k e sc l e a rt h a tw h a tt h et a s ki st of u l f i l lt d h s u p ap r o t o c o l s t a c k , o nt h eo n eh a n d ；o i lt h eo t h e rh a n d , i te x p o u n d st h a th o wc a n i tw o r k s ，i n c l u d i n g d e f i n i t i o nt h em e s s a g eb e t w e e nl a y e r s ，a n dd e s i g n a t i o no nt h em a i np r o c e s s & t h e m a c - ee n t i t y ( v s t h es ic a l c u l a t i o na n de - t f cs e l e c t i o n ) a tt h el a s t , b e c a u s et h e f u l f i l l i n go fh s u p a ，m a cl a y e rh a sb e e ng r e a t l yc h a n g e d ，i n c l u d i n gs e n d i n gm e c h a n i s m o fd a t a , a n dt h es d e c t i o no ft r a n s m i s s i o nf o r m a t , a n dt h em a n a g e m e n to ft a s kp r i o r i t ya n d s oo n f o rv e r i f i c a t i n gt h ep r o t o c o ls t a c k , i th a sb r o u g h tat e s tm e t h o dw h a tb a s eo nt h e t r c ns o f h r a r eo np c i tb u i l d sw i mt h et i c ns o r w a r ea n dd a t ac a r df o rt e s t i n gt h e p r o t o c o ls t a c km a d eb u yc y i t a c c o r d i n gt ot h ep r o t o c o lt e s ts p e c i f i c a t i o n , u s i n gt h e t t c nl a n g u a g ew r i t et h et e s te a s e ，a n dc h e c kt h er e s u l t k e yw o r d s ：t d - - h s u p a e - t f cs e l e c t i o n p r o t o c o ls t a c k s c h e d u l en o n - - s c h e d u l e 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 缩略表 3 g3 r dg 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 n第三代移动通信 a m c a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g 自适应调制和编码 a sa c c e s ss t r a t u m接入层 c c t r c hc o d e dc o m p o s i t et r a n s p o r tc h a n n d编码合成传送信道 c r r ic o d er c s o u r c 七r e l a t e di n f o r m a t i o n码道资源相关信息 c nc o r en e t w o r k核心网 d ld a t al i n k数据链路 e a g c he d c ha b s o l u t eg r a n tc h a n n e le d c h 绝对授权信道 e d c he n h a n c e dd e d i c a t e dt r a n s p o r tc h a n n e l增强型专用传输信道 e n ie u c c hn u m b e ri n d i c a t i o ne u c c h 个数指示 e h i c he d c hh a r qa c k n o w l e d g e m e n ti n d i c a t o rc h a n n e le d c hh a r q 确认 指示信道 e - p u c he n h a n c e du p l i n kp h y s i c a lc h a n n e l e - - r n t i e - d c hr 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 e r u c c he - - d c hr a n d o ma c c e s su p l i n kc o n t r o lc h a n n e l e - t f c e t f c i e u c c h f a c h f e c g m m h a r q h l b s e d c ht r a n s p o r tf o r m a t c o m b i n a t i o n e - d c ht r a n s p o r tf o r m a t c o m b i n a t i o ni n d i c a t o r e - d c hu p l i n kc o n t r 0 1c h a n n d f o r w a r da c c e s sc h a n n e l f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n g p r sm o b i l i t ym a n a g e m e n t h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t h i 曲e s t 砸面t yl 0 西翻c h a n n e lb u f f e rs t a t u s h l i d h i g h e s tp r i o r i t yl o g i c a lc h a n n e li d h s d p a h i 。g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s h s u p a h i g h s p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s i l 7 t i m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s t v 增强型上行物理信道 e - d c h 无线网络临时 标识 e d c h 随机接入上行 控制信道 e - d c h 传输格式集 e d c h 传输格式集指 示 e - d c h 上行控制信道 前向接入信道 前向纠错码 g p r s 移动性管理 混合自动重传请求 最高优先级逻辑信道 缓存状态 、最高优先级逻辑信道 d 高速下行分组接入 高速上行分组接入 被测实体 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 l l l 2 ” 砌 呱缸 m c m s c n a s p c o p u n p c c p c h p h y p r i u r d i r n c r r c r l c r s c p r s n s r b s n p l 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 a “n kl a y e r ) l a y e r 3 m o b i l i t ) ，m a n a g e m e n t m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e 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 n o n - a c c e s ss t r a t u m p o i n t so fc o n t r o la n do b s e r v a t i o n p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k p r i m a r yc o m m o nc o n t r o lp h y s i c a lc h a n n e l p h y s i c a ll a y e r p o w e r r e s o u r c er e l a t e di n f o r m a t i o n r e s o u r c ed u r a t i o ni n d i c a t o r r a d i on e t w o r kc o n t r o l l 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 e c e i v e ds i g n a lc o d ep o w e r r e - t r a n s p o r ts e q u e n c en u m b e r s i g n a l l i n gr a d i ob e a r e r s e r v i n ga n dn e i g h b o u rp a t h l o s s t d - s c d m a t i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n i z a t i o nc o d e t e b st o t a le d c hb u f f e rs t a t u s t r r i t s n t 硎 u e u l i 兀r a n t i m e s l o tr e s o u r c er e l a t e di n f o r m a t i o n t r a n s p o r ts e q u e n c en u m b e r t r e ea n dt a b u l a rc o m b i n e dn o t a t i o n u s e re q u i p m e n t u p l i n k u 面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 ku m t s v i 第一层( 物理层) 第二层( 数据链路层) 第三层( 网络层) 移动性管理 人机界面 媒质接入控制 消息序列图 非接入层 控制观察点 公共陆地移动网络 主公共控制物理信道 物理层 功率资源相关信息 资源持续指示 无线网络控制器 无线资源控制 无线链路控制 接收信号码功率 重传序列号 信令无线承载 服务小区和邻小区的 路损 时分同步码分多址接 入 所有e - d c h 信道缓存 状态 时隙资源相关信息 传输序列号 协议测试规格语言 用户终端 上行链路 陆地无线接入网 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1t d - s c d m a 技术演进情况 t d s c d m a 是中国自主研发，具有自主知识产权并被国际上广泛接受和认可 的，它与c d m a 2 0 0 0 和w c d m a 系统一起，并列为当今三大国际公认的主流通信 标准【l 】o 经过多年的探索与实现，t d s c d m a 系统已经完成了从理论到实际的飞跃， 目前在全国范围内已经正式商用，并在国内多个重点城市实现了向t d h s d p a 技术 的演进。回归t d 的十余年历史并展望未来，从技术阶段上来看，其演进路线大概 可以理解为这样：r 9 9 - r 4 _ h s d p a - h s 切) a _ h s p a ( h s p a 一- t d l t e 。其中r 9 9 是指在最早提出的关于t d s c d m a 系统的理论，r 4 是指t d - s c d m a 系统在经过 几年的开发实现之后，不断进行修改和完善之后的版本，h s p a ( h s p a 一是整合 h s d p a 和h s u p a 之后，支持高速上行和高速下行，并增加了增强型f a c h 等功能 之后的版本，t d l t e 是指未来的后3 g ( t d ) 或t d 一4 g 技术i 列。 作为t d s c d m ah s d p a 技术之后的进一步演进方案，h s u p a 的目标是进一 步改善用户业务感受和提升网络上行性能，为数据业务提供更高的上行数据速率和 更低的时延。在保留t d s c d m a 帧结构的基础上h s a 引入了无线链路增强技术， 如快速高阶调制、h a r q 、n o d eb 调度等。这些技术的引入大大提高了t d - s c d m a 系统上行速率( 最大可支持2 2 m b p s 的峰值速率) ，降低了空中接口时延，增加了 系统容量。 1 2t d - h s u p a 概述 h s u p a ( h i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s ，高速上行分组接入) ，是3 g p p 在 r 5 协议中为了满足上、下行数据业务不对称的需求而提出的一种增强技术，称为 t d s c d m a 增强型技术，简称t d h s u p a 技术。这个技术的引入极大的提高了上 行速率，用户无论是在发送电子邮件，还是在上传文件或是玩交互式游戏，都能体 验到此技术的优势。在当下的t d 网络环境中，已经实现了h s d p a 的商用，用户 可以从网络端服务器处高速下载自己需要的软件等数据文件，给用户带来了相当大 的方便和快捷的感受，但是下行速率的提高，更加显示出上行速率的低下，上行速 率不高已经成为是制约无线网络发展的一个重要瓶颈。在未来的无线应用中，没有 高速的上行很多功能是无法实现的，基于这个现实情况，引入h s u p a 技术成为了 一个必然之选。在未来的3 g 无线网络应用中，高速上行起到了相当重要的作用， 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 比如远程无线视频监控，即在远端放置一个视频终端，将采集的视频数据通过空中 接口传输到近端的服务器上面，实现对远程的监控，视频监控产品已应用于当下炙 手可热的物联网概论中，做为居民小区自动化的一项亮点服务；h s u p a 的引入给 手机或无线上网卡发送带大容量附件的电子邮件提供可能，以前在发送这类邮件的 时候，只能通过有线宽带网络发送，现在有了带h s u p a 功能的手机或上网卡，就 可以随时随地发送了；另外就是广受大众关注的视频电话业务，通过h s u p a 和 h s d p a 的合并使用，可以在下行方向获得对方清晰的画面数据，在上行方面通过 h s u p a 技术将自己的视频数据高速的传输给对方，从而在两个方向都达到高速的信 息交互，使视频电话清晰流畅 3 1 。h s u p a 技术催生的商业应用还有很多，这里不一 一列举，正是因为这些应用的需要，才使得终端和设备厂商加快对h s u p a 技术的 研发。 在h s u p a 的整体网络构架中，将过去通过无线网络控制( r n c ) 的调度改在了网 络节点( n o d e b ) 中去实现，这样做的好处是可以大大缩短网络和用户终端的交互 时间，而且每次交互可以传输更大的数据量，从而实现高速，快捷，准确控n d , 区 负载状况。h s u p a 还提供了支持多频点的技术，即用户可以在多个载波上面同时上 传或下载数据信息，故使用n 个载波同时为一个用户服务，理论上可以获得n 倍的 速率。为了达到提高上行分组数据速率和减少时延的目的，t d - h s u p a 引入了高速 上行共享信道、混合自动重传( h a r q ) 、自适应调制编码( a m c ) 、1 6 q a m 技术 和快速调度等关键技术。而对于用户来说，切身的体会就是上传数据的速率的提高， 与网络端进行信息交互的时延更短，视频电话时对方图像更加清晰和流畅。 目前网络设备商和终端设备商都在积极的进行t d h s u p a 产品的开发和测试， 市场上已经涌现了多款支持t d h s u p a 的数据上网卡，手机等终端。运营商也开始 联合网络设备商进行建网调试，可以说t d 。h s u p a 商用已经是指日可待的事儿了。 1 3t d - h s u p a 关键技术 由于h s u p a 业务对上行高速的要求，故引入了上行共享信道的机制，它可以 支持高速的上行数据业务，从而降低空中接口的时延，提高系统上行速率，增加系 统的容量，同时还增大了上行频谱的利用效率，因此可以更好的支持多媒体p 业务 和互动游戏。在t d h s u p a 系统中引入的关键技术包括以下几个。 1 3 1 快速分组调度 h s u p a 系统为了提高吞吐量和减小传输时延，减少i u b 接口上的传输并便于提 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 高重选效率，以及即时反馈l i e 的缓存信息，在n o d e - b 增加了一个m a c e 实体， 它能对l i e 进行快速准确的调度。在这个调度策略中，由于调度是放在物理层实现， 决定了它拥有更短的调度周期，同时l i e 对n o d e - b 的反馈信息，又可以用做进行 下一次调度的基础数据，如此循环调度和反馈，可以使调度更加准确和即时。这样 的快速调度可以更好的提高网络的容量和覆盖率，更加高效的使用无线链路资源。 基于n o d e - b 的快速率调度，指n o d e - b 可以在u e 选择e - t f c 时起到直接的控制作 用，通过参数的实时改变，可以对e t f c 选择起主导效用。 采用n o d e - b 控制的快速物理资源调度，可以同时调度多个不同业务和不同速 率的用户，并根据无线链路的变化动态调整信道资源，保证有限的无线资源更及时 的分配到最需要的地方，避免出现资源浪费的情况。这样可以在资源一定的情况下， 更高效的利用资源，提高网络的容量，并保证高速的上行能力，更为准确地跟踪用 户缓存状态，依据用户缓存状态动态调整资源分配，显著降低数据在用户缓存中的 排队时延。这种动态调度方式，还可以节约u e 和u t r a n 资源发送请求和响应之 间过长的时延。 1 3 2 快速h a r q h a r q 即a r q ( 重传反馈方式) 和f e c ( 前向纠错方式) 的混合使用，分别利用检 错码和纠错码进行差错控制的技术。a r q 和f e c 的有效结合不仅提供了比单独的 f e c 系统更高的可靠性，而且提供了比单独的a r q 系统更高的吞吐量。f e c 就是 在数据发送的时候加入纠错码，接收端根据这些校验码进行纠错。a r q 就是接收端 将纠错之后还不能还不能正确译码的数据反馈给发送端，发送端根据反馈进行错误 数据包的重传。 混合自动重传( h a r q ) 系统综合了上述两种方法的优点，发送的数据不仅可 以可以主动根据纠错码进行纠错，还可以将不能纠错的数据进行反馈，并进行重传， 最后接收端将多次传输的数据，包括直接传输解析正确的数据和经过重传正确解析 的数据进行重组，得到用户需要的数据，这样既可以保证数据的正确传输和接受， 又能提高传输的效率，重传只是纠错之后还不能正确解析的数据，减少了无线资源 的浪费，也能减少用户数据传输时间。故由于h s u p a 系统引入采用h a r q 技术， 在一定程度上避免了a r q 通信迟滞性和f e c 的译码复杂性的缺点。 快速h a r q 是通过网络侧的n o d eb 根据接收的错误数据，反馈给u e ，要求 l i e 进行重传，每次重传的单位为一个m a c ep d u ，h a r q 功能在m a c 层实现， 这样，快速h a r q 的重传时延远低于i u c ( 无线链路控制予层) 的重传时延。在 解码之前，n o d eb 将之后重传的信息与原来传输信息合并，这就是通常所说的软合 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 并。 1 3 3 自适应调制编码( a m c ) 无线信道的信道容量是一个时变的随机变量，要最大限度地利用信道容量，只 有使发送速率也是一个随信道容量变化的量，也就是说使编码调制方式具有自适应 特性。自适应调制编码a m c ( a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ) 根据信道的情况确定 当前信道的容量，根据容量确定合适的编码调制方式等，以便最大限度地发送信 息，实现比较高的速率。当用户的无线信道状况比较好时，使用较高阶的调制和 编码方式：反之，则使用较低阶的方式。目前使用到t d h s u p a 系统中的是q p s k 和1 6 q a m ，随着技术的不断进步，在h s p a + 理论中已经提到将会使用3 2 q a l v l 进 行编码调制，这样会大大提高编码效率。同时t d d 系统使用了智能天线等技术， 降低了用户的功耗，也将大大提高信道的质量。此外，对于使用单码的高阶调制和 多码的低阶调制两种方式来传输同样的数据量，前者发射功率的峰均 ：g ( p a r ) 要小 于后者，这对用户端功率放大器的设计有好处。 在采用a m c 的系统中，发射端由可调速率星座调制器和参数可调的信道编码 器构成，接收端利用信道估计器可以得到信道的状态信息，并通过反馈信道将该衰 落信道信息传递回发射端。发射端依据所得信息，改变发射端的传输功率、编码速 率、符号速率、编码结构、星座大小及形状等参数以保证接收端具有恒定的信噪比， 从而获得最大的系统平均频谱利用率。 1 4 选题背景 重庆重邮信科通信技术有限公司( c y i t ) 从1 9 9 8 年开始，一直专著于 t d - s c d m a 技术的研究和产品的开发，在终端研究开发方面取得重要成果，先后制 造出多款商用的终端产品，并多次承接国家重大专项项目的开发和产业化工作。公 司研发的t d h s u p a 终端数据上网卡，在大唐，鼎桥，中兴，普天等系统厂商的网 络环境下性能和稳定性都表现的相当出色，并有可能很快拿到第一张t d h s u p a 的 电信入网证书。本人从2 0 0 5 年开始进行t d s c d m a 高层协议栈开发工作，并在2 0 0 9 年开始进入公司的t d h s u p a 终端数据上网卡项目组，从设计到开发，最后测试， 整个流程我都全程参与。本文就t d h s u p a 技术在高层协议栈部分的改动进行研 究，基于重邮信科的t d - h s u p a 终端，分析协议一致性测试的测试方法及测试例。 1 5 论文安排 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 本章主要描述t d s c d m a 技术的发展过程和历史，以及对t d h s u p a 中的关 键技术和原理进行介绍。 第二章h s u p a 高层协议栈研究 本章主要描述t d s c d m a 终端协议栈的构架，以及在t d h s u p a 技术中新增 加的信道及其作用，各个模块的变化。 第三章h s u p a 高层协议栈的设计与实现 本章主要描述实现h s u p a 功能的总体模型，实现过程中解决的重要技术难点， 以及典型的流程设计。 第四章h s u p a 高层协议栈的测试 本章主要描述t r c n 板机测试方案的原理，以及如何搭建测试环境，如何构造 测试用例。最后编写测试例，完成测试，分析测试结果。 第五章结论及进一步的考虑 本章主要描述了对于出现问题的解决方法及后续的研究思考。 重庆邮电大学硕士论文 第二章h s u p a 高层协议栈研究 第二章h s u p a 高层协议栈研究 2 1h s u p a 高层协议栈总体结构 t d s c d m a 系统中移动用户终端u e 和无线接入网u t r a n 之间的接口为u u 接口，主要用来传输用户数据、或是相关信令，对应分为用户平面和控制平面。u u 接口从协议的角度可分为以下三个协议层：物理层( l 1 ) 、数据链路层( l 2 ) 和网 络层( l 3 ) 。其中，l 2 层又可分为媒质接入控制( m a c ) 、无线链路控制( r l c ) 、 分组数据聚合协议( p d c p ) 和广播多播控制( b m c ) 。l 3 层包括r r c 和n a s ， l 3 层分为控制平面和用户平面【4 j 。 _ 融圈瞄豳陋醴臻爨一圈龋瞄瞄盈砸图罄曩一 目w n - ，f _ 一 数据5而 曩雠l 3 匿噩i疆雹 翦隰隧灏 、lj，弋一 无线 一 承载 要i言 _善 蜒 圈 l 2 1 p d c p ) l 嘲t 2 ，r m r 隔 一 l 支害 iti_- = x i 叁圭量皇t ci 皇；i c l 拦幸ji l 二f lliii i 逻辑 rii 信道 | | | | | | | | o j | | | | | | | | | | | | 重庆邮电大学硕士论文第二章h s u p a 高层协议栈研究 功能。 移动性管理子层和连接管理( c 脚子层属于非接入层( n a s ) 。 2 1 2 数据链路层 链路层( 层2 ) 分为四个子层：介质接入控n ( m a c ) 子层、无线链路控n ( r l c ) 子层、分组数据汇聚协议( p d c p ) 子层和广播多播控制( b m c ) 子层。 m a c 子层与物理层( l 1 ) 之间的通信使用传输信道，与无线链路控制层( r l c ) 之间使用逻辑信道。 r l c 子层分别为高层提供3 种模式( 透明模式、非确认模式和确认模式) 的数据 传输服务。在控制平面，r l c 向高层( r r c ) 提供的服务为信令无线承载( s i 强) ；在用 户平面，r l c 向高层( p d c p 、b m c ) 提供的服务为无线承载( r b ) 。 p d c p 子层仅仅应用在p s 域。每个p s 域的无线接入承载( r a b ) 都与个无线 承载( r b ) 相关联，每个r b 都与一个p d c p 实体相关联，而每个p d c p 实体又都与 一个r l c 实体相关联。 2 1 3 物理层 物理层位于o s i 参考模型中的最底层，它的主要任务是为上层提供数据传输服 务以及完成其他一些基本过程，如物理层测量、小区选择、随机接入、同步建立与 锁定等。物理层向上层提供的服务主要通过层间抽象服务原语( p r i m i t i v e ) 来实现，这 种抽象服务原语描述了层间信息的逻辑交换。物理层与高层的通信接口有两个：无 线资源控制子层( r r c ) 和介质接入控制子层( m a c ) ，这两个接口通常也叫做控制信 道和传输信道。 从图2 1 可以看出，在u u 接口，u e 中存在物理层、m a c 、r l c 、r r c 、n a s 、 p d c p 、等协议层。在用户平面通过无线承载( i m ) 承载p d c p ，r l c 在控制平面 通过信令无线承载( s r b ) 为r r c 层传递信令，m a c 层通过逻辑信道为r l c 提供 相应的服务，物理层通过传输信道为m a c 层提供相应的服务。p d c p 层位于l 2 层 的用户平面，p d c p 用于对分组业务数据进行头压缩，提高u u 接口的传输效率，以 及对m 和其他网络协议进行适配，使u m t s 网络能够方便地传送多种网络协议的 数据。r r c 主要用于进行无线资源控制、连接的建立和管理等功能。n a s 层包括 g m m 、m m 、s m 、c c 、g s m s 、s s ，主要完成l y e 的移动性管理、业务的接续等 功能。 h s u p a 是t d s c d m a 系统的新增业务，不是系统构架的变革，所以依然保持 重庆邮电大学硕士论文第二章h s u p a 高层协议栈研究 原有系统构架，只是在相应的功能模块上增n t 新的功能实体，即物理层，数据链 路层，以及网络层都进行一定的修改以实现h s u p a 业务，下面对以上各层的h s u p a 协议进行分析，由于本文主要研究高层协议栈，故不对物理层进行详细研究。 2 2m a c 层h s u p a 相关协议研究 h s u p a 在m a c 层引入一个新的传输信道e d c h ，它是在原有的无线接入网 的基础上，增加的一个功能，同时增加了e p u c h ，e r u c c h ，e - u c c h ，f , - a g c h ， e h i c h 这几个物理信道【6 】，具体内容在第2 2 1 节详细介绍。为了支持h s u p a 功 能，需要对终端做一定的修改，在终端的m a c 层上增加一个新的实体 l v i a c e s l v i a c e 。终端的m a c e s l v i a c e 实体的主要功能包括实现h a r q 功能， m a c e 帧结构的复用和终端传输格式e t f c 的选择。e d c h 传输信道是一个新增 信道，是专为实现h s u p a 技术而设计，它具有以下特性： e d c h 传输信道使用5 m s 的t t i 。 每个t t l 只传输一个m a c e 传输块。 每个u e 只有一个e d c h 类型的c c t r c h 。 e d c h 使用了一个单独的c c t r c h ，用来提供d c h 。 终端m a c - d 与m a c c s m a c e 之间通过新增了一个连接来进行协同工作，主 要负责实现e d c h 相关功能。在u e 端m a c e 和m a c 懿之间的功能没有进行详 细划分，在实现的时候当作一个功能实体来实现，而在网络侧m a c e 和m a c c s 是按照功能进行了细分的。m a c 层修改之后的结构图如下图所示。 重庆邮电人学硕士论文 第二章h s u p a 高层协议栈研究 图2 2 终端m a c 层实体结构图 在上面的模型中，m a c e e s 实体和m a c d 实体之间有一个连接，通过此连接 完成m a c df l o w 的复用，m a c e e s 实体是映射到e d c h 信道上的。从功能上来 说，它可以包含以下功能【7 】： e t f c 选择： e t f c 选择实体的主要任务是根据从u t r a n 接收的无线资源配置信息和从 n o d e b 收到绝对授权信息，选择功耗要求最小而可传数据最大的传输格式；并 且对于映射到e d c h 上的不同的m a c d 流进行仲裁并控制复用功能。 h a r q 机制的实现： h a r q 实体主要任务是负责处理与h a r q 协议相关的m a c 功能。它负责在 m a c 层创建缓存的数据h a r q 队列，并管理队列里面存储的m a c ep d u ，并 根据网络的反馈重传相应数据。h a r q 实体提供h a r q 进程i d 、e t f c 、重 传序列号( r s n ) 和l 1 使用的一个功率偏移指示。h a r q 传输的冗余版本r v 从r s n 推导得到。r r c 信令也可以配置h a r q 实体在每一次传输都采用r v = 0 。 调度接入控制： 调度接入控制实体主要任务是负责选择上行调度信息( 即s i 信息) 发送到网络的 方式，是通过e p u c h 后面捎带的e 。u c c h 和m a c ep d u ，还是通过e r u c c h ( 如果e d c h 资源没有分配) 发送。调度控制接入部分还负责生成映射在 重庆邮电大学硕士论文第二章h s u p a 高层协议栈研究 m a c ep d u e r u c c h 上的消息。 复用和t s n 选择： 复用和t s n 选择实体主要任务是负责根据e - t f c 选择功能指示。根据e - t f c 选择实体选出的传输格式大小将多个m a c - dp d u s 复用到一个m a c - e sp d u ， 把一个或多个m a c e f tp d u 复用到一个m a c ep d u ，复用关系参见2 2 3 节。 实体还负责管理和设置每个m a c e sp d u 中的每一个逻辑信道的t s n 值。 2 2 1 新增信道介绍 由于移动通信系统上下行信道的差异，h s u p a 最大可能的继承前面版本协议定 义的功能实体的基础上，为了实现h s u p a 功能，系统引入了新增的物理信道： e p u c h ，e h i c h ，e a g c h ，e r u c c h 。下面具体研究这四个信道。 e p u c h e p u c h 增强上行物理信道。这个信道是做h s u p a 业务用于传输上行数据的 信道。上行的速率与终端能力等级，上行数据传输的时隙个数( t r r i ) ，上行数据 传输的码道( c r r a 3 ，以及编码方式有关系，终端通过这些参数选择选择传输格式， 从而影响传输的速率。e - p u c h 是在n o d eb 的调度实体控制下分配并映射到 c c t r c h 的e - d c h 类型的物理资源。e p u c h 物理资源可以分为非调度资源和调度 资源。调度资源由r n c 首先分配并由n o d eb 的调度实体进行动态控制的，资源是 可变的，即资源在调度过程中，可以被n o d eb 动态去修改。非调度资源由网络端 r n c 通过高层信令( r a d i o b e a r s e t u p ) 进行分配。e p u c h 信道具有如下特性： 有效负荷扩频因子s f = 1 6 ，8 ，4 ，2 ，1 一个或多个e u c c h 的传输 t p c 的传输( 采用与e - u c c h 相同的扩频因子和调制方式) ，用于调整网络下行信 道发送功率。和e - u c c h 同时出现。 1 6 个码片长度的保护间隔 在e - d c h 的传输时间间隔( 耵i ) 内是否有e p u c h 和e - u c c h 复用，每个 m a c - ep d u 中e - u c c h 的个数都都是由高层进行配置的。在e - a g c h 的资源信息 中包含有一个成员e n i ，它指示该m a c ep d u 中可以携带的e u c c h 个数，而在 非调度的e u c c h 个数则是在r r c 信令r a d i o b e a r s e t u p 中指定，且个数固定。 e u c c h 中包含发送功率控制命令字( t p c ) ，用于调整e - a g c h 的发送功率。在一个 不发送e - u c c h 的时隙中，t p c 也不发送。e u c c h 具有以下特征： 重庆邮电大学硕士论文第二章h s u p a 高层协议栈研究 长度为3 2 物理信道比特 映射到e p u c h 的数据域 以c r r i 指定的扩频因子扩频 固定采用q p s k 调制 当一个e d c h 数据块在一个1 1 i 内的多个时隙上传输时，将存在多条 e p u c h ，所有e u c c h 的重复均匀地分布在多个e p u c h 信道上。 e h i c h e h i c h 是e d c hh a r q 确认指示信道。这个信道的主要功能是网络反馈对 终端上行e p u c h 的接收和译码的结果。调度业务e h i c h 成员包含a c k n a c k ( 用来指示对应h a r q 队列是否被网络正确接收) 。非调度业务成员包含除了 a c k n a c k 还包括t p c s s 成员，用于对e - p u c h 进行闭环功控和定时提前调整， 之所以调度业务和非调度业务不同，是因为在调度业务中t p c s s 成员是包含在下 行e - a g c h 中。