（通信与信息系统专业论文）lte网络端mac层空闲与接入过程的研究及实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 随着第三代移动通信系统进入商用阶段，第四代移动通信系统的研究也初露 端倪，l t e 正以其独特的优势进入人们的视线。为了确保3 g 向4 g 过渡的平滑性和 连续性，l t e 系统的研究显得尤为重要。测试仪表在l t e 系统中起着举足轻重的作 用，也是l t e 研发及产业化的重要构成部分，基站e n b 及终端u e 的研发都需要测 试仪表的支持。本文基于国家科技专项中的子项目“t d l t e 无线综合测试仪表开 发 来写的。主要研究了l t e 网络端m a c 层空闲与接入过程的实现。 非连续接收及随机接入主要在m a c 层完成，而网络端通过参数配置，使u e 端 完成真正的省电及正常的接入状态。分析d r x 工作原理，将d r x 机制进行分类。 对不同定时器下的d r x 工作模式及连接模式下不同的d r x 工作机制进行深入研 究。研究了随机接入过程基于竞争及非竞争的随机接入过程，重点对基于竞 争的随机接入进行研究，将随机接入的每一个步骤进行详细的流程设计。 本文首先对l t e 系统的基本架构、关键技术、主要目标及热点问题进行分析。 一系统的阐述了m a c 层的结构及信道功能。对主要在m a c 完成的d r x 和随机接入技 术进行研究。设计了网络端m a c 层的原语，包括m a c 层与r r c 、r l c 及物理层的 原语。同时还设计了m a c 在通信过程中的状态划分，将m a c 层划分为n u l ( 空) 、 i d l ( 空闲) 、a c c ( 接入) 和c o n ( 连接) 四个状态，各个状态之间的转换是由 原语引发的。重点对l t e 网络端随机接入流程进行设计，包括随机接入出现的异常 情况，分析随机接入失败原因及解决方法。最后，采用t t c n 与s d l 协仿真的测试 方法验证空闲及接入的正确性。通过对测试得出的m s c 图进行详细的分析，把实 际结果中的状态转移、m s c 图中的信号流程、消息交互及数据流等与预期的情况 进行比较。验证了空闲与接入状态下流程设计的正确性。 关键词：l t e ，m a c ，d r x ，空闲，随机接入 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s 仃a c t t h e4 伽g e n e r a t i o ns y s t e mo fc o m m u n i c a t i o nh a sb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t a f t e rt h e3 mg 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 y s t e mi n t ot h ec o m m e r c i a lp h a s e l t e h a dt h eu n i q u ea d v a n t a g e st oa t t r a c tp e o p l e sa t t e n t i o n i no r d e rt oe n s u r et h et r a n s i t i o n f r o m3 gt o4 gi ss m o o t h l y ，t h er e s e a r c ho fl t es y s t e mi sp a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t t e s t i n gi n s t r u m e n ti sa ni m p o r t a n tp a r to fl t ei n d u s t r i a l i z a t i o n , b a s es t a t i o ne n ba n d t e r m i n a ll i en e e dt e s ti n s t r u m e n tt os u p p o r tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t t h i sp a p e ri s b a s e ds u b - p r o j e c to fn a t i o n a ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp r o j e c t s “l t e - t d dw i r e l e s s t e s ti n s t r u m e n td e v e l o p m e n t u n d e r t a k e n 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 n e t w o r km a c l a y e ri ni d l ea n da c c e s s d i s c o n t i n u o u sr e c e p t i o na n dr a n d o ma c c e s sa r em a i n l yc o m p l e t ei nt h em a c l a y e r ；t h en e t w o r ks i d ec o n f i g u r e dt h ep a r a m e t e r ，t h eu es i d e t oc o m p l e t et h er e a l p o w e ra n dn o r m a la c c e s ss t a t e i ta n a l y z e dd r 2 ( p r i n c i p l ew o r ka n dc l a s s i f i e dt h ed r x m e c h a n i s m i tr e s e a r c h e dt h ed i f f e r e n td r xw o r k i n gm o d e lu n d e rd i f f e r e n tt i m e ra n d d i f f e r e n td r xw o r k i n gm e c h a n i s mu n d e rc o n n e c tm o d e l i tr e s e a r c h e dc o n t e n t i o na n d n o n - c o n t e n t i o nr a n d o ma c c e s sp r o c e d u r e i tf o c u s e do nt h er e s e a r c ho fc o n t e n t i o n r a n d o ma c c e s sa n dd e s i g n e de v e r ys t e po ft h ep r o c e s so fr a n d o ma c c e s s f i r s t , t h ep a p e rg e n e r a l i z e dr e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h i sp a p e ra n dd e s c r i b e dt h e b a s i ca r c h i t e c t u r eo fl t e s y s t e m s ，k e yt e c h n o l o g i e s ，t h em a i no b j e c t i v e sa n dh o ti s s u e s i td e s c r i b e dt h es t r u c t u r ea n dc h a n n e lf u n c t i o no fm a cl a y e r i tr e s e a r c h e dt h ed r x a n dr a n d o ma c c e s st e c h n o l o g y s e c o n d ，i td e s i g n e dt h ep r i m i t i v eo fm a ci nn e t w o r k t h ep r i m i t i v ec o n t a i n e dm a c t or r c ，a n dt or l c ，a n dt op h y t h e r ew e r ef o u rs t a t e s o nm a cl a y e rt h r o u g hc o m m u n i c a t i o np r o c e s s t h ef o u rs t a t e sa r cn u l ，i d l ，a c c a n dc o n d i f f e r e n tc o n v e r s i o nb e t w e e nt h ev a r i o u ss t a t e si sc a u s e db yt h eo r i g i n a l l a n g u a g e f i n a l l y ，t h ep a p e rd e s i g n e df l o wc h a r to fi d l ea n dr a n d o ma c c e s ss t a t e si n m a c l a y e r i tf o c u s e so nd e s i g no fr a n d o ma c c e s so nl t en e t w o r kp r o c e s s ，i n c l u d i n g r a n d o ma c c e s se x c e p t i o n so c c u r , t h em a i nc a u s e so ft h ef a i l u r eo fr a n d o ma c c e s sa n d s o l u t i o i l s i tu s e ds i m u l a t i o no ft h ec o v a r i a n c es d la n dt t c nt e s tm e t h o d sw h i c h v a l i d a t i o ni d l ea n da c c e s sa r ec o r r e c t t h r o u g ht h et e s to fm s cd i a g r a mo b t a i n e da d e t a i l e da n a l y s i so ft h ea c t u a lr e s u l t so ft h es t a t et r a n s i t i o n ，m s cg r a p ho ft h es i g n a l p r o c e s s ，n e w si n t e r a c t i o na n dd a t af l o wo nt h ee x p e c t e dc o n d i t i o n sa r ec o m p a r e d i t 重塞些皇丕堂亟主堡銮 型型 v e r i f i e dt h ei d l ea n da c c e s sc o n d i t i o nr a n d o ma c c e s st h e c o r r e c t n e s so ft h ed e s i g n p r o c e s s k e y w o r d s ：l t e ，m a c ，d r x ，i d l e ，r a n d o m a c c e s s i i i 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 3 g p p a r q b c c h b c h b s r c c c h c r c c 鼬呵t i d c c h d c i d l s c h d r x e n b e p c e t w s e m b m s h r r q h s p l a i t u u 陋 m a c m b m s m c c h m c h m i b m 眦o m s c m ：m 匣 n a s o f d m 缩略表 3 佃g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t a u t o m a t i cr e p e a t - r 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 b r o a d c a s tc h a n n e l b u f f e rs t a t u sr e p o r t s 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 e c k c e l lr n t i d e d i c a t e dc o n t r o lc h a n n e l d o w n l i n kc o n t r o li n f o r m a t i o n d o w n l i n ks h a r e dc h a n n e l d i s c o n t i n u o u sr e c e p t i o n e i ，t r a nn o d e b e v o l v e dp a c k e tc o r e e a r t h q u a k ea n dt s u n a m iw a r n i n gs y s t e m e v o l v e dm b m s 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s p e e dd o w r d i n kp a c k e ta c c e s s i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m m u n i c a t i o nu n i o n 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 u l t i m e d i ab r o a d c a s tm u l t i c a s ts 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 u l t i c a s tc 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 u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t m e s s a g es e q u e n c ec h a r t s m o b i l i t ym a n a g e m e n te n t i t y n o n a c c e s ss t r a t u m o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g v n 第3 代合作伙伴计划 自动重传请求 广播控制信道 广播信道 缓冲状态报告 公共控制信道 循环冗余校验 小区1 1 n t i 专用控制信道 下行控制信息 下行共享信道 非连续接收 演进型n o d e b 演进分组中心 地震海啸预警系统 演进型m b m s 混合自动重传请求 高速下行链路分组接入 国际电信联盟 长期演进 媒体接入控制 多播和广播业务 多播控制信道 多播信道 主信息块 多入多出 消息序列图 移动性管理实体 非接入层 正交频分复用 重庆邮电大学硕士论文缩略表 p c c h p c h p d c c h p d u p f p h y p h i c h p o p r a c h p r n t i q o s r a c h r a r r a r n t i r b r l c r n c r n l l r r c r 订 s d u s i s i b l s r b 0 s i 出1 t d d t d s c d m a t m t t c n r n u e u l g r a n t u l s c h w c d m a 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 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 n i t p a g i n gf r a m e p h y s i c a ll a y e r p h y s i e a lh y b r i dh r qi n d i c a t o rc h a n n e l p a g i n go c c a s i o n 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 a g i n gr n t i q u a l i t yo fs e r v i c e r a n d o ma c c e s sc h a n n e l r a n d o ma c c e s sr e s p o n s e r a n d o ma c c e s sr n t i r a d i ob e a r e r 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 k 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 o u n dt r i pt i m e s e r v i c ed a t au n i t s y s t e mi n f o r m a t i o n s y s t e mi n f o r m a t i o nb l o c k l s i g n a l l i n gr a d i ob e a r e r0 s i g n a l l i n gr a d i ob e a r e r l t i m ed i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o ns y n c h r o n o u sc d m a t r a n s p a r e n tm o d e 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 t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l u s e re q u i p m e n t u p l i n kg r a n t u p l i n ks h a r e dc h a n n e l w i d e b a n dc d m a v i i i 寻呼控制信道 寻呼信道 物理下行控制信道 分组数据单元 寻呼帧 物理层 物理r a r q 指示信道 寻呼场合 物理随机接入信道 寻呼r n t i 服务质量 随机接入信道 随机接入响应 随机接入r n t i 无线承载 无线链路控制 无线网络控制器 无线网络临时标识 无线资源控制 环回时间 业务数据单元 系统信息 系统信息块1 信令无线承载0 信令无线承载1 时分双工 时分同步码分多址 透明模式 协议测试规格语言 发送时间间隔 用户设备 上行授权 下行共享信道 宽带c d m a 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着产业化与信息化的迅猛发展，l t e ( t d l 1 飞) 作为3 9 g 的全球标准，也 是中国自主研发的一个通信制式，逐步登上世界的舞台。由于o f d m 和m i m o 作 为其无线通信网络演进的唯一标准，所以l t e 系统能积极改良小区边缘用户的满 意度，极大提高小区容量及降低系统延迟的性能。它将会作为一种新型的使用标 准在未来的通信行业中被广泛采用。 为了跟上信息产业化的步伐，各大高校及研究所都在努力的研究该先进的通 信体系，使l t e 系统早日应用于实际的通信系统中。本文主要基于重庆邮电大学 的国家科技重大专项中的子项目“t d l t e 无线综合测试仪表开发。综合测 试仪，在l t e 通信系统中，它相当于基站即网络端，与用户端u e 直接通讯。在 整个通信过程中，综合测试仪的主要任务是对终端各项指标的测量。测量的对象 有终端射频指标，最大及最小功率，频带干扰，误差向量幅度，误码率，误比特 率等。在项目的开始阶段，通过大量英文协议的阅读，对协议进行理解与整合， 从而完成前期的理解研究过程。本文主要基于协议栈的相关协议来写的，有 t s 3 6 3 2 1 、t s 3 6 3 3 1 、t s 3 6 3 0 0 等协议。为了保持论文的可读性及前沿性，文章 都是参照英文协议的最新版本来写。本文主要基于在项目过程中遇到的问题进行 的个人分析、设计、编码及s d l 实现直至t t c n 测试结果。 1 2l t e 系统的特点及主要目标 l t e 系统要想成为先进的、新型的通信系统，必须具备自身的优点以及特点。 在中国l t e 对应的计划称作b 3 g ，“8 6 3 计划中与b 3 g 相对应的f u t u r e 计划 用来发展b 3 g ，参加到l t e 的发展工作中来。截止到2 0 11 年，4 g 的研发在中国 已经有近9 个年头，中国数十所大学、企业和研究所参与其中。f u t u r e 计划具 体实施时间如下：第一阶段，2 0 0 1 2 0 0 3 年，关键技术的攻克；第二阶段，2 0 0 3 2 0 0 6 年，系统与实际应用的演示；第三阶段，2 0 0 6 2 0 1 0 年，外场试验和商业使用【l j 。 为了实现l t e 系统高速率、低时延及数据包优化的总体目标，本文对l t e 进 行了详尽而细致的研究，在研究之前先了解l t e 系统要达到的技术目标。 具有比较高的通信数据传输数率：上行峰值速率提升到5 0 m b p s 、下行提升 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 到1 0 0 m b p s ： 小区边界的比特率比第三代通信系统有所提高； 频谱利用率有进一步的提高，相当于3 g p pr 6 的2 - 4 倍； 相对较灵活带宽范围，能够支持1 2 5 2 0 m h z 带宽； 较低的延迟时间，控制平面的延迟小于l o o m s ，用户平面的单向延迟小于 5 m s ； 支持现有的3 g p p 及非3 g p p 通信系统； 采用分组交换作为主要的交换方式； q o s 认证，通过非常严格的系统设计及q o s 认证机制，来确保实时业务的 服务质量 2 1 。 1 3l t e 系统热点问题及关键技术 l t e 系统是在第三代移动通信技术上发展起来的。可见，第三代通信系统也 是有其自身优点的。在固定网络上，第三代通信系统的数据流已经超过了语音流， 且以指数趋势进行增长，相比之下，语音流的增值显得平慢；在移动设备上，数 据流会迅速超过语音流，是因为电话、娱乐及计算机大都进入了数字化领域，并 且正在快速地融合到一起，体现着三网合一的大趋势。t d s c d m a 移动通信系统 标准是由中国提出的，并被i t u 采纳的第三代移动通信标准，它的关键技术有： 智能天线、时分双工、联合检测、上行同步、分配动态信道及接力切换等，这些 技术使第三代通信系统的容量、性能得到相当大地提升；虽然第三代移动通信比 第二代有着质的飞跃，但是还不能满足人们对通信技术日益增长的需求1 3 】。第三代 移动通信对无线多媒体业务的提供能力及质量仍无法满足人们参与网络、享受网 络生活的需求，并且网络的智能化仍有待提高，进而对l t e 通信系统的研究就更 加重要。 l t e 是t d s c d m a 向4 g 平滑过渡的一个技术，它较第三代通信系统先进的 技术有o f d m 技术，智能天线和m i m o 技术，e m b m s 技术。下面对这些主要的 技术进行简单的介绍。 o f d m ，正交频分复用，该技术是先把高速串行的数据进行分组，分成并行低 速数据，在频率间隔相等的子载波上传输这些并行速数据，对子载波的频率间隔 进行设置，达到各个子载波之间频谱相互重叠的目的，并且保证子载波两两正交， 从而有效的提高频谱利用率，该频谱使用率基本能达到1 0 0 ；所以该系统很容易 通过不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输数据1 4 1 。 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 m i m o ，多输入多输出，是无线通信领域对智能天线技术的一项重大突破，对 于多径无线信道来讲的，该系统在发送端及接收端都会采用多天线及多信道的方 式，这样以来，就能达到较高的通信容量及频谱利用率；m i m o 技术在逐渐增加 带宽的情况下，系统的容量和频谱利用率就会成倍的提高，如若o f d m 技术与 m i m o 技术相结合，那就更体现了下一代通信网发展的趋势；比如，在瑞利衰落 存在的情况下，o f d m 系统可以通过m i m o 技术提高系统容量【5 j 。 e m b m s ，增强型m b m s ，它也是支持多播广播业务的。在单独的下行载波 部署的移动电视系统中，能够支持增强的i p 多媒体子系统及核心网；e m b m s 还 能为高速率的多媒体数据传输提供较好的服务，鉴于l t e 系统大大的提高了它的 物理层的能力，尤其是传输能力，并且降低了系统的复杂度，故e m b m s 技术就 在现有的广播多播技术的基础上进行了部分功能的改进i o j 。 1 4l t e 系统架构 1 4 1l t e 系统总体架构 m m e ，s g w i m m e ，s g w ? 图1 1l t e 系统总体架构 图1 1 是l t e 系统总体架构图，从图中可以看出e n b 相互之间是通过x 2 接 口进行通信的，x 2 接口主要负责移动性管理、负载管理、本接口的建立和重启、 错误处理。e n b 通过s 1 接口与e p c 进行通信，s l 的主要功能是非接入层的传输、 寻呼、上下文管理、切换、位置报告、预警及过载功能。在l t e 系统中，没有r n c 这一在3 g 系统中使用的网关，故在l t e 系统中r n c 的功能是直接赋予给e n b 。 a删ue 渤 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 所以l t e 在网络架构上能够明显的体现出它的优势，减少了基站先于r n c 通信再 与其它基站进行通信的繁琐过程。对于通信过程的流畅性提高及通信时间的减少 是很有利的。 e n b 的功能的好坏直接关系到用户端的使用情况，研究e n b 对l t e 系统是至 关重要的。e n b 能实现的具体功能有：无线资源承载控制，无线接入控制，连接 移动性控制，u e 上行及下行的动态资源分配；i p 头压缩和用户数据流加密；u e 与e n b 连接期间，选择m m e ，当无路由信息时，可以根据e n b 提供的信息来间 接指定到达m m e 的路径；传输路由用户平面数据到达服务网关；调度和传输寻呼 及广播消息；进行测量和测量报告的配置；调度和传送e t w s 消息 7 1 。 1 4 2l t e 系统用户平面及控制平面协议栈 图1 2l t e 系统用户平面协议栈 图1 3 控制平面协议栈 l t e 系统的协议栈分为用户平面和控制平面两个部分，图1 2 和图1 3 分别是 用户平面和控制平面的协议栈。用户平面主要负责分组数据的传输；控制平面主 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。在l t e 通信系统中p d c p 子层主要进行算法和完整性保护；r l c 与m a c 执 4 巨 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 行调度、a r q 与孔6 姻：r r c 的任务是广播、寻呼、r r c 连接管理、r b 控制、 移动性管理功能、u e 测量报告和控制【8 】。 1 5 论文内容及结构 内容安排如下： 第一章主要介绍了文章的研究背景及意义，整体的介绍m 系统架构。 第二章对m a c 子层的结构及主要作用进行介绍，将主要在m a c 完成的d i ：l x 及随机接入技术进行深入研究。 第三章对l t e 系统中m a c 层在空闲及接入通信过程中使用的原语、状态转 换进行详细设计。 第四章对空闲及接入状态下的流程进行设计，用仿真工具s d l 对m a c 空闲 及接入过程进行仿真并分析结果。 第五章对本人研究内容进行总结并提出进一步计划。 5 重庆邮电大学硕士论文第二章m a c 层d r x 及随机接入的研究 第二章m a c 层d r x 及随机接入的研究 2 1m a c 层协议 2 1 1m a c 层的结构及功能 l t e 系统包括两个m a c 实体，在3 6 3 2 1 中给出了具体的介绍及定义。一个 在l t e 系统的u e 端，另一个在e n b 端，两处m a c 实体执行功能是不同的，但 两端的m a c 实体在各自的系统中所处的位置是相同的。m a c 实体所处的m a c 层上与r l c 层相连，下与物理层连接。图2 1 给出了c n b 端m a c 实体的结构， 在实体结构图中可以看出m a c 实体的结构及部分功能。 r l c ( r a d i ol i n kc o n t r o l ，无线链路控制) p c c hb c c hc c c hd c c hd t c h m a c - c o n f r o i i i 上 一 t i ( d e - ) m u l t i p l e x i n g 控制 if h a r q 【； 随机接入控制l i 、上 t 一 t p c h b c hd l - s c hu l s c h 物理层 图2 1e h b 端m a c 层实体结构图 与t d s c d m a 系统不同的是，l t e 系统中m a c 模块不仅需实现媒体接入控 制层的基本功能，还需实现物理层的部分功能。c n b 端m a c 模块主要实现的功能 如下所示： 逻辑信道与传输信道的映射：完成p h y 层物理信道与m a c 层逻辑信道等 不同信道之间的映射。 复用：r l c 的p d u 经过一个或多个不同的逻辑信道到达m a c 层，形成 m a c 层的s d u ，m a c 层将s d u 进行复用，然后通过传输信道把这些传输块传到 物理层。 解复用：m a c 层将从物理层传过来的传输块，然后解复用成r l c 层的p d u ， 此次也是通过传输信道传输的。 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章m a c 层d r x 及随机接入的研究 调度信息上报：当m a c 收到高层r r c 的调度信息，就会进行调度，并将 调度信息上报。 通过h a r q 纠正错误：在t d s c d m a 通信系统中m a c 层不具备此功能， 但是t d s c d m a 系统中的m a c 层具有加密，业务流量测量等功能。 通过动态调度在u e 之间进行优先级操作：若同时有多个u e 要求进行与网 络连接，此时就要进行随机接入，u e 之间通过竞争来决定到底是哪一个u e 与网 络进行连接，优先级的操作主要在m a c 层完成。 同一个u e 的不同逻辑信道之间的优先级操作：由于处于m a c 层信道主要 是逻辑信道，同时有多个逻辑信道要在r l c 层与m a c 层之间传输数据时，m a c 层就会根据优先级进行操作1 9 j 。 2 1 2m a c 层的信道结构 m a c 层主要的功能是信道映射，在l t e 系统中m a c 层所涉及的信道内容有： 逻辑信道、传输信道和逻辑信道与传输信道之间的映射。传输信道是m a c 层与物 理层的业务接入点，逻辑信道是m a c 层与r l c 层的业务接入点。控制逻辑信道 及传输信道也是m a c 层的主要任务之一，逻辑信道及传输信道的映射关系如图 2 2 所示。 b c c hc c c hd c c hd t c h 一 下行逻辑信道 下行传输信道 图2 2 下行信道映射 信道正常运行是m a c 顺利工作的基本前提，每个信道在l t e 系统运行的过 程中都会发挥它的优势。e n b 向u e 发送数据并不都是同类的，故e n b 要把发送 数据及参数分类，在不同的下行信道中发送这些数据及参数。对下行信道进行系 统的了解不仅对e n b 发送数据有着至关重要的作用，而且可以利用信道的作用对 l t e 系统进行更细致的研究。表2 1 详尽的介绍了各个下行信道及作用。 7 一甲l嗍 重庆邮电大学硕士论文 第二章m a c 层d r x 及随机接入的研究 表2 1l t e 系统下行信道 广播信道，该信道有一个根据协议提供的固定的传输模式，可用 b c h 在b c c h 逻辑信道上传送信息。 下行共享信道，是用于l t e 的下行数据传输的一种传输信道。它 下行 支持l t e 的功能有：在时间和频率域的动态速率匹配，信道依赖性调 d l s c h 度，混合a r q 以及空分复用。同时它也支持d r x 以降低移动终端电 传输 源消耗，支持永远在线，这同h s p a 中的c p c 机制一样，d l s c h 的 信道 t t i 为l m s 。 寻呼信道，用于在p c c h 逻辑信道上的寻呼信息的传输，p c h 支 下 p c h 持非连续接收，使移动终端在预先确定的时间段唤醒，而其它时间处 于睡眠状态以节约能耗。 行 广播控制信道，用于系统控制信息在一个小区中从网络到移动终 信 b c c h 端的传输，在接入系统之前，一个移动终端需要读取b c c h 上传输的 道 信息来找出系统是怎样配置的，如系统带宽。 p c c h 寻呼控制信道，用于寻呼小区中不被网络所识别的移动终端，寻 下行 呼信息需要被传送到多个小区。 公共控制信道，是一种“一点对多点”的双向控制信道，其用在 逻辑 c c c h 呼叫接续阶段，传输链路连接所需要的控制信令与信息。 信道 专用控制信道，用于进出移动终端的控制信息的传输，传输专用 d c c h控制消息的双向信道，这个信道用于移动终端的个人配置，如不同的 切换信息。 m t c h 多播业务信道，用于m b m s 服务的下行信道的传输。 2 2 非连续性接收的研究 在第三代无线通信系统，采用的省电方式一般为减少u e 的注册次数p 0 。 t d s c d m a 中u e 在移动过程中需要向所在的n o d e b 报告自己所在的位置、i d 状态和其它基本特征，此过程提醒n o d e b 如何找到u e ，频繁的注册使u e 和n o d e b 功耗都增加了。可见，u e 减少注册次数能够很有效的降低自身损耗，但只对不动 或者标称的u e 有效。移动通信设备大都是处于移动状态，很少有固定不动的。移 动用户从驻留小区移动到目标小区，为了保证用户在减少注册的情况下正常使用， 重庆邮电大学硕士论文第二章m a c 层d r x 及随机接入的研究 n o d e b 就要增加用来寻呼的接入资源，从而增重了网络的负担。为了减少功耗， 更好的节省资源，l t e 系统采用了非连续接收的机制。在该机制下，u e 不是一直 在监听p d c c h 信道，而是在设定的周期内间断的监听，减少了u e 在不接收信号 时的损耗。这种机制更低碳，更环保，既没有增加e n b 的负担，也减少了u e 的 功耗【l 。接下来就给大家介绍一下l t e 系统中的d r x 机制。 l t e 系统中的d r x 有两种情形：i d l ed r x ( 空闲状态下的非连续接收机制) 与a c t i v id r x ( 连接状态下的非连续接收机制) 1 2 】。u e 选择好合适的小区后， 就进入到正常的驻留状态，在没有收到寻呼或者高层发起的呼叫之前，u e 一直处 于空闲状态。在空闲状态下，u e 不与任何的物理信道相连，无通信，无需数据传 输，此时u e 的主要任务是监听寻呼与广播信道。也就是说u e 在空闲状态下的功 耗主要来自于监听寻呼及广播信道。在空闲状态下只要设定了u e 不连续接收寻呼 的周期，不仅能够使u e 准时接收到网络端的寻呼而且能够达到省电的目的，这就 是i d l ed r x 。当u e 需要数据传输，必须处于连接状态。在连接状态下进行d r x ， 并不要求u e 回到空闲状态，直接在该状态下进行优化资源配置，同样达到省电的 目的，这就是a c t i v id r x 。a c t id r x 采用的是d r x 周期与定时器结合的 机制来实现省电。后面章节将详细介绍这两种状态下的省电机制。 2 3 空闲模式下的d r x 机制 在空闲状态下，采用的是空闲模式下的d r x 机制，即周期固定的d r x 工作 机制，对p d c c h 的监视采用d r x 方式，空闲模式下的d r x 工作模式如图2 3 所示。在图中明确的显示出d r x 周期包含激活期和休眠期。在空闲模式下，u e 只进行寻呼信道与广播信道的监听，若寻呼时刻p o 到来时，即有e n b 发起的寻 呼到来时，u e 就开始监视p d c c h ，从而进入空闲模式下的激活期。在整个激活 期u e 都要监视p d c c h ，在d r x 激活期结束后u e 再次进入休眠状态。u e 由激 活期进入到休眠期有两种情况，一种是寻呼时刻的到来，另外一种是寻呼周期激 活期结束。所以，l i e 想要在空闲状态下使用d r x 周期，只需监控每个d r x 周期 的p o ，就能进行d r x 周期的监控。 图2 3d r x 周期 9 重庆邮电大学硕士论文第二章m a c 层d r x 及随机接入的研究 在l t e 系统中，u e 开机后将会按照默认的d r x 周期配置进行周期循环。在 寻呼时刻到来时用p r n t i 对p d c c h 进行扰码，以便解出d r x 周期的相关数据。 并不是每个帧都是寻呼帧，它们满足式( 2 1 ) 时才是寻呼帧； s n f r o o d t = ( t d i v n ) 牛( u e i d m o d n ) 式( 2 1 ) 此时为p f 即寻呼帧，p f 表示包含一个或多个p o 的无线帧。 p o 满足式( 2 2 ) 时，则该p o 为寻呼时刻： i8 = f l o o r ( u ei d n ) m o d n s 式( 2 2 ) is 表示在寻呼帧中，寻呼帧开始时刻的第几子帧。公式中用到的d r x 参数 是由e n b 配置的，通过系统信息发送到u e 端，u e 进行存储及使用。若l y e 移动 到相邻小区，其驻留小区则会改变，此时存储的d r x 参数值也会进行更新。公式 中用到的参数：t 表示d r x 的周期，在系统信息中会给出，如果d r x 周期没有 被高层配置，将会采用默认值，如刚开机或小区驻留状态；n = m i n ( t ，n b ) ， n s = m a x ( 1 ，n s a ) ，l a b ：4 t ，2 t ，t ，t 2 ，t 4 ，t 8 ，t 1 6 ，t 3 2 ：u e i d = i m s ir o o d 1 0 2 4 ，i m s i 为u e 自身所配置【l 引。 2 4 连接模式下的d r x 机制 由于连接模式下u e 需要进行数据通信，故连接模式下的d r x 工作机制与空闲 模式下的d r x t 作机制是有差异的，连接模式下采用的是d r x 周期与定时器相结 合的工作模式。e n b 也会保持与u e 相同的d r x 工作机制，通过寻呼消息时刻了解 u e 是处于激活期还是休眠期，这样能够保证在激活期同u e 传输数据。 2 4 1 定时器 在连接模式下d r x 的工作机制中，不仅使用了d r x 周期而且还采用了许多定 时器。这就是连接模式下与空闲模式下的区别。3 6 3 2 1 中对d r x 定时器有详细的描 述，现将文献中d r x 定时器及参数的主要作用总结如表2 2 所示。 表2 2d r x 定时器及主要参数 定时器作用取值范围 o nd u r a t i o nt i m e r 持续时间定时器，该定时器被用在1 个、2 个、3 个、4 个、5 d r x 周期开始时的时刻。该计时器的长个、6 个、8 个、1 0 个、2 0 个、 度是u e 允许监听的p d c c h 连续帧的个 3 0 个、4 0 个、5 0 个、6 0 个、8 0 数。 个、10 0 个或2 0 0 个p d c c h 帧 1 0 重庆邮电大学硕士论文第二章m a c 层d r x 及随机接入的研究 的大小。 d r x - i n a c t i v i t y d r x 静态定时器，u e 收蛩j p d c c h1 个、2 个、3 个、4 个、5 的调度新数据的指示后使用的，即收到个、6 个、8 个、1 0 个、2 0 个、 t i m e r 调度新数据的指示后，u e 允许监听3 0 个，4 0 个、5 0 个、6 0 个、8 0 p d c c h 连续帧的个数。个、1 0 0 个、2 0 0 个、3 0 0 个、 5 0 0 个、7 5 0 个、1 2 8 0 个、1 9 2 0 个或2 5 6 0 个p d c c h 帧的大 小。 d r x - d r x 重传定时器，除了广播进程1 个、2 个、4 个、6 个、8 r e t r a n s m i s s i o n 外，每个下行h a r q 进程都会配置一个 个、1 6 个、2