（通信与信息系统专业论文）ltetdd终端mac层研究与实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 。摘要 随着3 g 移动通信系统逐步成熟，3 g p p 早已开始了对其长期演进( l t e ) 系统的 研究和标准化的工作。与3 g 相比，l t e 更具技术优势，具体体现在：高数据速率， 分组传送，延迟降低，广域覆盖和向下兼容。l t e 不仅能够大幅度提升现有3 g 技 术的性能，还可以在与w i m a x 技术的竞争中占据性能上的优势。同时，l t e 技术 可以完全支持现有3 g 业务，极大提升用户对移动通信业务的体验。l t e 系统有t d d 模式和f d d 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。而为了推动移动通信技术的进一步发展，科技部在2 0 0 9 年启动 了”新一代无线宽带通信网”国家科技专项，l t e 是其中的重要组成部分。 测试仪表是l t e 研发和产业化的重要组成部分，基站e n o d c b 和终端l i e 的研 究开发需要测试仪表支持。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 终端m a c 层的流程实现。首先在第 二章整体上描述了终端协议栈架构，介绍了m a c 层与其他各层之间的联系。然后 根据对m a c 层协议的研究在第三章详细分析了m a c 层功能以及数据处理流程。 通过与层3 以及物理层开发人员的交流将m a c 流程大致分为：小区选择，随机接 入，连接建立。并根据这3 个流程将m a c 划分为以下几个状态：空状态，空闲状 态，接入状态以及连接状态。然后以此为基础在第四章设计了m a c 层与其他各层 的接口，再根据接口详细设计了m a c 的上述三个流程以及异常处理流程。并根据 流程以及接口开发代码。在第五章研究了基于s d l 和t r c n 的m a c 子层仿真实体 的实现，详细描述了基于s d l 语言的m a c 子层流程设计以及实现。并在第六章对 下一步的研究方向进行了阐述。 关键词：l t e t d d ，m a c ，小区选择，随机接入，连接建立 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 w i t ht h eg r a d u a lm a t u r i t yo 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 sb e g u n t 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 dw i t h3 4 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 d e m b o d i e di n ：h i g l ld a t ar a t e ，p a c k e td e l i v e r y , d e l a y r 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 yl t ew i l ln o to n l yg r e a t l y e n h a n c et h ep e r f o r m a 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 nc o m p e t ew i t ht h e w i m a xt e c h n o l o g yi n g a i n i n gp e r f o r m a c ea d v a n t a g e s a tt h es a m et i m e ，l t e t 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 dm o d ea n d f d dm o d e l t et d dh a si t so w n u 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 l a m es 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 , c t c s ot h i sa r t i c l ei st h e s t u d yo fl t e - t d ds y s t e m s i no r d e rt op 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 e c 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 dt 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 n w 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 n2 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 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 a l i z a t i o n , b a s es t a t i o ne n o d e b a n dt 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 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 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 ni nl a b o r t a r y , 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 dt e r m i a n lm a c l a y e r sp r o c e s s f i r s t ，i nt h es e c o n dc h a p t e rd e s c r i b e st h eo v e r a l ls t r u c t u r eo ft h et e r m i n a l p r o t o c o ls t a c k , i n t r o d u c e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm a c a n do t h e rl a y e r s t h e nb a s e do n t h es t u d yo fm a c l a y e rp r o t o c o l ，a n a l y z em a cl a y e rf u n c t i o n a l i t ya n dd a t ap r o c e s s i n g i nc h a p t e rl i i b yc o m m u n i c a t i n g 、) l ，i t l ll a y e r3a n dp h y s i c a ll a y e r sr e s e a r c h e r s ，m a c p r o c e s sc a nb ed i v i d e di n t oc e l ls e l e c t i o n ，r a n d o ma c c e s s ，c o n n e c t i o ne s t a b l i s h m e n t i n a c c o r d a n c ew i mt h e s et h r e ep r o c e s s e sm a ci sd i v i d e di n t ot h ef o l l o w i n gs t a t e s ：n u l ls t a t e ， i d l es t a t e ，a c c e s ss t a t ea n dc o n n e c t i o ns t a t e s b a s e do nt h ef o u rs t a t e s ，d e s i g n e st h e i n t e r f a c eb e t w e e nm a ca n do t h e rl a y e r s ，a n dd e s i g n e st h ee x c e p t i o nh a n d l i n gp r o c e s s e s a n dt h r e ep r o c e s s e sm e n t i o n e da b o v ea c c o r d i n gt ot h ei n t e r f a c e t h e nd e v e l o p sc o d e a c c o r d i n gt h ep r o c e s sa n di n t e r f a c e i nt h ef i f t hc h a p t e ri m p l e m e n t st h em a cs u b - l a y e r s s i m u l a t i o ne n t i t ya c c o r d i n gt os d la n dt t c n ，a n dd e s c r i b e sp r o c e s s e sd e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o nb a s e do nt h es d ll a n g u a g e i nc h a p t e rv it h ef u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o n s a r ed e s c r i b e d k e yw o r d s ：m - t d d ，m a c ，c e l ls e l e c t i o n , r a n d o ma c c e s s ，c o n n e c t i o ne s t a b l i s h m e n t 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 3 g p p 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 a i e i 兀r a n e p c e n o d e b f d d r t a _ r q h i 冲d h s p a l 1 l 2 l 3 l t e n a s n d i 缩略表 硼：l i 】旧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 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 d 、v h 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 d i cr e d u n d a n c yc h e e c e l l r n t s 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 t r o lc h a n n e l d e d i c a t e dt m 伍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 ig hr a t e p a c k e td a t a h ig hs 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 i l l 【l 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 第三代合作项目 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i 心j 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 重庆邮电大学硕士论文缩略表 n o d e b n g m n m a c m b m s m c c h m m 眦 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 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 r n t i r b i 眦 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 r l 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 n it 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 fs 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 sr n t i r a d i ob e a t 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 ore 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 v i 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rn 1 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 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 s a e s a p s d u t t c n t t i t d d 硼 u e 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 e r v i c ed a t au n i t t r e ea x l 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 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 i l 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 i l s s y s t e m u n a c k n o w l e d g e dm o d e v i i 系统架构演进 服务接入点 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 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 3 g p p 启动l t e 项目的表面原因是应对w i m a x 标准的市场竞争，但其深层次原因是 移动通信与宽带无线接入( b r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s ，b w a ) 技术的融合，也就是宽 带接入移动化 。 其中宽带无线接入经历了固定局域接入，城域接入，广域移动接入三个历程， 体现了“宽带移动接入化 的趋势，为以因特网为代表的信息技术产业向移动通信 领域渗透带来了新的机遇，同时也对传统移动通信产业形成了竞争。而与此同时， 移动通信技术也向能够提供更高的数据率发展，3 g p p 标准和3 g p p 2 标准分别向h s p a 和h r p d 演进，标志着3 g p p 和3 g p p 2 在坚持蜂窝移动能力的同时，日益重视低速局 域场景下的接入能力。这种“移动通信宽带化趋势，为蜂窝移动通信产业从传统 话音业务拓展到宽带数据业务领域提供了契机。“宽带接入移动化 趋势表现为： 由大宽带向可变宽带演变；由固定接入向支持中低速移动演变；由孤立的热点覆盖 向支持切换的多小区组网演变；由数据业务向同时支持话音业务演变。“移动通信 化”表现为：由5 m h z 以下带宽向2 0 m h z 带宽演变；由注重高速移动向低速移动优化 演变；由电路交换分组交换并重向全分组领域演变；终端形态由以移动终端为主向 便携，移动终端并重演变。 正是基于通信产业对“移动通信宽带化 的认识和应对“宽带接入移动化 挑 战的需要，3 g p p 开始了“长期演进”的进程。2 0 0 8 年，为了推动我国移动通信事业 的跨越式发展，提升在该领域的竞争力和创新力，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。在专项中除了进一步支持我国自主标准t d - s c d l v i a 的发展外，其下一代演进l t e t i ) d 的研发和产业化也是专项支持的重要内容之一。 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。本文在重大专项的子项目“t d l t e 无线综合测试仪表开发刀 的支撑下进行了研究，希望能给项目开发提供有意义的参考。 1 2l t e 技术特点 n g m n 从运营商的角度对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 6 宽带无线业务提供手段。因此，l t e 系统的设计主要考虑如下几个总体目标1 1 。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 ( 1 ) 降低每比特成本。 ( 2 ) 扩展业务的提供能力，以更低降低成本，更佳的用户体验提供更多的业务 ( 3 ) 灵活使用现有和新的频段 ( 4 ) 简化结构，开放接口。 ( 5 ) 实现合理的终端功耗 同时，鉴于原有的u m t s 标准中较多的选项给设备研发带来的困难，3 g p p 也希望 借助l t e 这一契机尽可能删除选项的数量。为了实现l t e 要求的性能，系统架构也不 可避免的会发生改变。 总结起来，为了实现一个高数据率，低延迟，为分组业务优化的系统，需要完 成以下工作。 ( 1 ) 在空中接口物理层方面，支持更加灵活的传输带宽，并且引入新的传输技术和先 进的多天线技术 ( 2 ) 在空中接口层2 层3 方面，优化信令设计 ( 3 ) 在r a n 架构方面，优化r a n 架构并且对r a n 网元之间的功能进行划分。 ( 4 ) 优化r f 设计 1 3l t e 热点问题和关键技术 为了实现l t e 的设计目标【2 】，需要着重在空中接口传输技术和接入网结构上进行 改进。f ll t e 研究展开以来，各个通信设备制造商和运营商经过对多种方案的讨论、 比较和分析，已经初步确定了一些进一步研究的工作假设。在空中接口方面，为了 提供更高的频谱效率和更可靠的传输性能，将采用多种先进的信号处理技术。具体 而言，在下行链路采用能够有效对抗多径衰落、提高频谱效率的o f d m 技术【3 】，采用自 适应链路技术使编码调制参数能够适应无线信道的变化，通过在发端和接收端配置 多个天线，从而提高系统的容量、改善系统性能：而上行链路则采用峰均比较低的分 布式或集中式单载波频分复用提供多址接入：在帧结构和频谱规划上，尽可能与现有 3 g 标准相兼容，以方便终端在不同制式系统中的切换。 在接入网体系结构方面，设计的主要目标是减小时延和复杂度，使得协议能够 有效支持新的物理层传输技术，从而提供更高的用户容量、系统吞吐量和端到端的 服务质量保证。在l t e 中，关键问题是要实现所有业务通过分组域传输并且保证各种 分组业务特别是实时性要求较高的分组业务的服务质量。为此l t e 将提供分离的用户 平面和控制平面，并且取消3 g 标准中原有的专用传输信道，所有业务将通过一个共 享传输信道来承载，因此资源调度将发挥至关重要的作用。同时，更多的功能将从 原有的r n c 实体移植至u n o d eb 中，这样一方面可以减小协议处理带来的时延，另一方 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 面可以使资源的调度等功能的实现更加靠近于空中接口，从而能更为有效地适应无 线链路的变化。 1 4 论文内容安排 ， 第一章：绪论。首先，简要介绍l t e t d d 系统和l t e t d d 的研究现状；其次， 介绍了l t e t d d 热点问题和关键技术。 第二章：l t e 空中接口协议的介绍。对协议总框架以及无线接口协议栈进行了 阐述。 第三章：m a c 子层功能特性以及协议分析，从m a c 层的总体模型展开描述。 详细分析了m a c 层的功能以及数据处理过程，为流程设计做准备 第四章：m a c 子层接口以及流程设计。针对上一章的协议研究，从以下两个 方面进行设计，制定m a c 与其他各层的接口，其次根据接口设计流程。在接口与 流程的基础上开发代码。 第五章：用s d l 仿真实现m a c 功能协议，主要实现了开机小区选择，随机接入， 连接建立功能。并利用s d l 与t t c n 协仿真进行了简单的验证。 第六章：结论及未来工作。总结了本文所做工作，并探讨了进一步的研究方向。 3 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e 空中接口协议分析 第二章l t e 空中接口协议研究 2 ：1 协议设计要求 空中接口指的是终端和接入网之间的接口，一般称为u u 接口。空中接口协议主 要用途是建立，重配置和释放各种无线承载业务的。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。在设计高层时会尽量考虑不 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 2 协议框架 2 2 1 协议总框架 e - u t r a 系统是由e n o d e b 组成，提供了用户平面和控制平面的协议，用户平面包 括p d c p 层，r l c 层，m a c 层；控制平面包括r r c 层。e n o d e b 之间是通过x 2 接口相连。 同时e n o d e b 也通过s 1 接口和e p c 相连。更细地划分，与m m e 相连的接口称为s 1 - m m e 接 1 ：3 ，与s a e 网关相连的接口称# j s l - u 接口( 即用户平面的接口) 。要求s 1 接口可以支持 多个e n o d e b 和多个s a e m m e 之间的连接。e - i j t r a n 的总体架构如图2 1 所示。 图2 1e - u t r a n 总体架构 4 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 空中接口协议分析 e n o d e b 主要功能包括以下几个方面【4 】： ( 1 ) 无线资源管理功能。无线承载控制，无线接纳控制，连接移动性管理，终端的上 下行动态资源分配。 ( 2 ) 用户数据流的i p 头压缩和加密。 ( 3 ) 当终端附着时的m m e 选择。 ( 4 ) 寻呼消息的调度和传输。 ( 5 ) 广播消息的调度和传输。 ( 6 ) 用于移动和调度的测量和测量报告的配置。 m m e 的主要功能包括以下几个方面： ( 1 ) 将寻呼消息分发到e n o d e b 。 ( 2 ) 安全控制。 ( 3 ) 空闲状态下的移动性管理。 ( 4 ) s a e 承载控制。 ( 5 ) 非接入层信令的加密和完整性保护。 s a e 网关功能包括终端移动时的用户平面的转换。 2 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 议栈与u m t s 系统相似( 见图2 2 ) ，主要包括p d c p ，r l c ，m a c 层，主要执行头压缩， 调度，加密等功能【5 1 。 乒i 磊 i 亟 h - + 困 l 亘二h 一+ 卫 l 亟二 斗斗 日 亘二h 斗 巫 ； ：j l j 图2 2 用户平面协议栈 控制平面协议栈如图2 3 所示，主要包括n a s ，r r c ，p d c p ，r l c ，m a c 层，其中 p d c p 。r l c 和m a c 的功能和用户平面的一样。 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e 空中接口协议分析 r r c 协议终止于e n o d e b ，主要实现以下功能： ( 1 ) 广播。 ( 2 ) 寻呼。 ( 3 ) r r c 连接管理。 ( 4 ) r b 控制。 ( 5 ) 移动性方面。 ( 6 ) 终端的测量和测量上报控制。 2 2 3 层i ( l 1 ) 协议框架 物理层为m a c 层和高层提供信息传输的服务。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 。 1 下行传输信道类型 下行传输信道类型主要有以下几种： ( 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，调制编码方式等等：除了m i b 消息在专属的物理信道上传输外，其他的 广播消息( s i b ) 都是在物理共享信道上传输的。 ( 2 ) d l( 下行共享信道) ：使用h a 能够通过各种调制模式，编码，发送功_ s c h r q ； 率来实现链路适应；能够在整个小区内发送；能够使用波束赋形；支持动态或半静 态资源分配；支持终端非连续接收以达到节电目的；支持船m s 业务传输。 ( 3 ) p c h ( 寻呼信道) ：支持终端非连续接收以达到节电目的( 非连续接收周期由网 络配置给终端) ；要求能在整个小区覆盖区域内发送：映射到用于业务或其他动态控 制信道使用的物理资源上。 ( 4 ) m b c h ( 多播信道) ：要求能在整个小区覆盖区域内发送；对于单频点网络支持 多小区的m b m s 传输的合并；使用半静态资源分配。 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 空中接1 3 协议分析 2 上行传输信道类型 上行传输信道类型主要有以下两种。 ( 1 ) u ls c h ( 上行共享信道) 。能够使用波束赋形；有通过调整发射功率，编码和 潜在的调制模式应用链路适应的能力；能够使用姒r q ：动态或半静态资源分配： ( 2 ) r a c h ( 随机接入信道) ：上行，用于指定传输随机接入前导，发射功率等等信 息。 3 传输信道与物理信道的映射 传输信道与物理信道的映射关系如图2 4 和2 5 所示。 b c hm c hp c hd i - s c h 图2 4 下行传输信道与物理信道的映射关系图 图2 5 上行传输信道与物理信道映射关系图 2 2 4 层2 ( l 2 ) 协议框架 层2 主要是由m a c ，r l c 以及p d c p 子层组成的。本节将介绍l 2 的总体框架以及 各个子层的功能。 图2 6 和图2 7 分别给出了下行和上行的层2 框架 7 一 一h甲上嗽 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e 空中接口协议分析 辜聿一一室壹： 网冈圈圈口眦洲掣 j )扣蜥道= f f 事( 。j 、上j 、 7 丫丫丫 调度，优先级处理 u e 复用 u e 复用 il 。 h a r q l h a r q 牛 传输信邋 牛。 c 图2 6 层2 下行架构图 一) ( 、- j r o h c il r o h c l i 安全保护 il 安全保护 l 上 上 i丫丫 ；1 分型1 分鼢阳ic c a 牛串牛丫 调度，优先级处理 复用 i l h a r q 、 上 图2 7 层2 上行架构图 图中层与层之间的链接点成为s a p ，p d c p 向上提供的服务是无线承载，提供 r o h c 功能与安全保护。r l c 与m a c 之间的服务为逻辑信道，m a c 提供逻辑信 道到传输信道的复用与映射。 上行架构与下行架构的区别主要为，下行反映网络侧的情况，处理多个用户； 上行反映终端的情况，只处理一个用户。每个子层实现的功能是相同的。 8 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e 空中接口协议分析 2 2 4 1m a c 层功能介绍 m a c 主要实现与调度和h a r q 相关的功能，具体包括以下内容： 实现逻辑信道映射到传输信道。 分组数据单元的复用与解复用。 调度信息的报告，u e 向e n o d c b 请求传输资源等。 基于h a r q 机制的错误纠正功能。 通过动态调度的方式，处理不同用户的优先级；以及对同一用户的不同 逻辑信道的优先级处理，主要在u e 端实现。 传输格式的选择，通过物理层上报的测量信息，用户能力等，选择相应 的传输格式，从而达到最有效的资源利用。 填充。 m a c 层提供逻辑信道上的数据传输服务。为不同类型的数据传输业务定义了 一系列的逻辑信道类型。每个逻辑信道是根据传输什么样类型的信息来定义的。 2 2 4 2 c 层功能介绍 r l c 功能主要有以下几点： r l c 主要实现与a r q 相关的功能。 对上层p d u 的传输支持a m 模式或者u m 模式。 透明模式数据传输。 通过a r q 机制进行错误修正( c r c 校验由物理层完成) 。 根据传输块大小进行动态分段，分段产生的r l cp d u 不包含任何填充。 重传时对p d u 进行重分段。 重分段的数目没有限制。 同一r b 的多个业务数据单元串接。 顺序传送上层的p d u ( 切换时除外) 重复检测。 底层协议错误检测与恢复。 e n o d e b 和u e 间的流量控制。 s d u 丢弃。 重置。 与现有r l c 实体功能相比，l t e 中的r i 2 主要有如下特点： u m 模式与t m 模式承载的信道较少，功能实现简单。 a m 模式支持r l cs d u 的动态分段，现有系统只支持固定分段。 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 空中接口协议分析 a m 模式支持二次分段，现有系统都支持。 l t e 的r l c 不再支持加密功能。 l t e 的r l c 可能需要支持流量控制功能。 r l cp d u 的结构如图2 8 所示。一 r l cs d unn + ln + 2n + 3 二 二 口口 口 、 、 ， j ： i ； ： ! 、 ， ： ，7 。 j 二 j： ! 二：二：二：i ! j 臣亟 二二二二二二a 融 二二二：= 二】： i 一r l cp d u 一 图2 8r l cp d u 结构 2 2 4 3p d c p 层功能介绍 p d c p 子层的主要功能如下： 头压缩与解压缩，支持一种压缩算法，即r o h c 算法。 用户面数据传输，包括从n a s 接收数据转发给r l c 层，反之亦然。 切换时对上层p d u 的顺序递交。 低层s d u 的重复检测。 用户面数据和控制面数据加密。 与现有系统中的p d c p 相比较，l t e 中的p d c p 有以下特点 压缩算法简单，支持一种。 不支持无损重定位。 要支持加密。 不再需要无损下行r l cp d u 大小的改变。 p d c pp d u 的结构如图2 9 所示。 i 一p d c p p d u 一 图2 9 p d c p p d u 结构 2 2 5 层3 ( l 3 ) 协议框架 层3 协议主要是由r r c 构成【6 】 l o 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 空中接口协议分析 1 r r c 层提供的服务与功能 l t e 系统中，r r c 层提供的服务主要包括以下几种： 广播n a s 层和a s 层的系统消息。 寻呼。 r r c 连接建立，保持和释放，包括临时标识的分配，信令r a ( s r b ) 的配置 ( 低优先级和高优先级s r b ) 。 安全功能。r r c 消息的完整性保护。 点对点无线承载的建立，修改和释放。 移动性管理功能。l i e 测量报告以及为了小区间和r a t 间移动性进行的报 告控制，小区间切换，u e 小区选择和重选以及小区选择和重选控制，e n o d e b 间的通信上下文的传输。 q o s 管理。 u e 测量上报及测量控制。 峪信息的传输。 。 l t e 系统中的层3 研究集中在以下几个议题。 随机接入。 移动性管理。 系统消息广播。 寻呼。 u e 测量及控制。 2 砒汇协议状态以及状态跃迁 在l t e 中保留了r r c 的两种状态：空闲状态和连接状态。 空闲状态( r r c的状态描述如下：idle) n a s 配置u e 特定( u e s p e c i f i c ) 的d r x 。 系统消息广播。 寻呼 小区重选移动性 u e 已经有一个可以在跟踪区域范围内唯一的标识。 在e n o d e b 中没有保存r r c 通信上下文。 连接状态限r cc o n n e c t e d ) 的状态描述如下： u e 有e i t r a n 砒诞连接。 u e 在e - u t r a n 中有通信上下文。 e - u t r a n 知道l i e 属于哪个小区。 网络可以发黼收数据 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 空中接口协议分析 网络控制的移动性。 邻小区测量。 从p d c p r l c m a c 层可看出以下几点 u e 可以发送数据给网络，也可以接收从网络发来的数据。 u e 监听与共享数据信道相关的控制信令信道来查看在共享数据信道上是 否有分配给此u e 的传输。 u e 也要上报信道质量消息和反馈消息给e n o d e b 。 d r x d t x 周期可以根据u e 的活动水平来配置以达到终端节电和提高资源利 用率的目的。这个功能由e n o d e b 进行控制。 与u t r a n 系统中u e 的5 种r r c 状态( 空闲状态，c e l ld c h 状态， c e l lf a c h 状态，c e l lp c h 状态和l i r ap c h 状态) 相比，l t e 系统中的状态数 目大大的减少了。这意味着l t e 系统中r r c 的状态机更为简单，复杂度也有了很 大的改善。 和u t r a n 系统相似，终端开机后，将会从选定的p l m n 中选择一个合适的小 区进行驻留。当u e 驻留在某个小区后，就可以接收系统信息和小区广播信息。通 常u e 第一次开机需要进行注册过程，一方面可以互相认证鉴权，另一方面可以让 网络获得此u e 的一些基本信息。之后u e 可以一直处于空闲状态，直到需要建立 r r c 连接。u e 通过建立r r c 连接才能进入r r cc o n n e c t e d 状态。在 i u c o 】心也c t e d 状态下，u e 可以根据跟网络之间进行数据的交互。当u e 释放 了r r c 连接时，u e 就会从对kc o 旺c t e d 状态跃迁到r r ci d l e 状态。+ 2 3 本章小结 本章简要介绍了协议框架。并且重点介绍了层2 ，层3 协议的功能和相互之间 的联系。最后突出强调了l t e 的优势。 1 2 重庆邮电大学硕士论文第三章m a c 子层功能特性以及协议分析 第三章m a c 子层功能特性以及协议分析 3 1m a c 子层总体模型 m a c 子层与物理层( l 1 ) 之间通信使用传输信道，与无线链路控制层( r l c ) 之间 使用逻辑信道。因此，在m a c 子层将完成逻辑信道与传输信道之间的相互映射， 并根据逻辑信道的资源速率为传输信道选择合适的传输格式。并且实现调度和 h a r q 相关的动能。m a c 层总体结构如图3 1 所示7 】 8 c c hc c c hd c c h p c hb c hd l $ c h u l - s c h 3 2m a c 层功能描述 图3 1m a c 层结构图 m a c 模块需实现协议媒体接入控制层的基本功能，还需实现物理层的部分功