（通信与信息系统专业论文）tdlte系统切换的协议实现与测试.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( e r e ) 系统的 研究和标准化工作。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 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。同时，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， 所以本文研究的是t d l t e 系统。 l t e 系统包含了终端设备、无线接入网和核心网，切换是通信最重要、最复 杂的流程之一。切换功能的效果和完备性直接影响到为用户提供的服务质量。 t d l t e 系统切换流程的设计与测试是本文的重点研究，论文首先阐述 t d l t e 系统和切换的发展，指出研究本课题的意义。其次，重点研究了l t e 系统 框架，并对切换流程涉及的各个接口和各子层，特别对r r c 子层的功能和状态转 移进行了系统的研究，这些研究对切换流程的设计是不可缺少的内容。接着是本 文对切换流程包括r r c 各个子状态和接口原语的设计，以及切换测量、判决、执 行和各个异常情况的分析，也就是本文的第三章。最后通过使用t t c n 测试工具 对所设计的流程进行一致性测试，来验证切换流程设计的正确性。包括测试方法 的介绍，测试模型的设计，构造测试例的过程，如何验证测试例正常、异常情况 等。并通过l o g 和m s c 图验证测试接口和流程设计是否合理，开发代码是否正 确，达到协议一致性测试目的。 关键词：t d l t e ，切换，r r c 子层，t t c n ，测试 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a e 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 d 晰t h 3 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 n ：h i g hd a t ar a t e ，p a c k e td 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 t et e c h n o l o g yc a l l f u l l ys u p p o r tt h ee x i s t i n g3gs e r v i c e s ，w h i c hg r e a t l yi m p r o v et h eu s e re x p e r i e n c eo f m o b i l ec o m m u n i c a t i o ns e r v i c e s l t es y s t e mh a sat d dm o d ea n df d dm o d e l t e t 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 es t m c t u r e ，t h ep h y r s i c a l l 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 ，s ot h i sa r t i c l ei st h es t u d yo f t d l t es y s t e m s m o b i l ec o m m u n i c a t i o ni n v o l v e sc o m m u n i c a t i o n sa m o n gn e t w o r kn o d e ss u c h 弱 u e ，r a na n dc n h a n d o v e rp r o c e d u r ei so n eo ft h em o s tc o m p l i c a t e da n di m p o r t a n t p r o c e d u r e si nt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k t h ei n t e g r i t ya n de f f i c i e n c yo f h a n d o v e rc a na 仃- e c tt h eq o s s u p p l i e dt ou s e r sd i r e c t l y t m sp a p e rf o c u s e so nr e s e a r c h i n gi m p l e m e n t a t i o na n dt e s t i n go fh a n d o v e rp r o c e s s i nt d - l t es y s t e m f i r s t l y , i td e s c r i b e sd e v e l o p m e n to f t d l t es y s t e ma n dh a n d o v e r , w h i c hp o i n t e do u tt h es i g n i f i c a n c eo fs t u d y i n gt h es u b j e c t b e s i d e s ，t h er e s e a r c hf o c u s e s o nt h ef r a m e w o r ko fl t e s y s t e m t h e nt h eh a n d o v e rp r o c e s s e so fe a c hi n t e r f a c ea n d s u b l a y e r sh a v eb e e nr e s e a r c h e d ，e s p e c i a l l yt h ef u n c t i o na n dt h es t a t e st r a n s i t i o no f r r cs u b - l a y e r t h e s er e s e a r c h e sa r ev e r yi m p o r t a n tf o rt h ed e s i g no fh a n d o v e r p r o c e s s e s i nt h ec h a p t e rt h r e e ，t h eh a n d o v e rp r o c e s s e si n c l u d i n gt h er r cs u b s t a t e s ， i n t e r f a c e sp r i m i t i v et h e nt h eh a n d o v e rm e a s u r e m e n t ，d e c i s i o n , i m p l e m e n t a t i o na n dt h e e x c e p t i o n a ls i t u a t i o na l ed e s i g n e d f i n a l l y , d u et ou s i n gt t c nt e s t i n gt o o l s ，d e s i g n e d h a n d o v e rp r o c e s s e sa r ed o n ec o n f o r m a n c et e s t i n gt ov e r i f yt h ec o r r e c t n e s so fh a n d o v e r p r o c e s s e s i n c l u d i n gt h ei n t r o d u c t i o no fp r o t o c o lt e s tm e t h o d ，t h ed e s i g no ft e s tm o d e l ， t h ep r o c e s so fc o n s t r u c t i n gt h et e s te a s e s ，a n dt h em e t h o dt ov e r i f yt h et e s tc a s e so f n o r m a la n da b n o r m a ls i t u a t i o n t h e nb yd e t e c t i n go fl o ga n dm s c ，t h ei n t e r f a c ea n d p r o c e d u r ea r ev a l i d a t e dw h e t h e ri ti sr e a s o n a b l e ，a l s ot h ec o d ei sv a l i d a t e dw h e t h e ri ti s c o r r e c t t h ep u r p o s eo fp r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s ti sa c h i e v e d k e yw o r d s ：t d - l t e ，h a n d o v e r , r r cs u b l a y e r , t t c n ，t e s t i n g 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 3 g 3 g p p a m a m b r a s a s n 1 a s p b c h c r n t i c c c h c m a s c n d c c h d c h d l d r x e n o d e b e u t r a n e d g e e p c e r a b e t s i e t w s f d d g p r s g s m h s p a 缩略表 3 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 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e e t a c k n o w l e d g e dm o d e a g g r e g a t em a x i m u mb i tr a t e a c c e s ss t r a t u m a b s t r a c ts y n t a xn o t a t i o n o n e a b s t r a c ts e r v i c ep r i m i t i v e s b r o a d c a s tc o n t r o lc h a n n e l c e l lr n t i c o m m o nc o n t r o lc h a n n e l c o m m e r c i a lm o b i l ea l e r ts e r v i c e c o r en e t w o r k 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 dc h a n n e l d o w n l i n k d i s c o n t i n u o u sr e c e p t i o n e v o l v e dn o d eb e v l o v e du t ra n e n h a n c ed a t ar a t e sf o rt h eg s m e v o l u t i o n e v o l v e dp a c k e tc o r en e t w o r k e u t ra nr a d i oa c c e s sb e a r e r e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d s i n s t i t u t 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 f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e 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 h i g l ls p e e dp a c k e ta c c e s s v 第3 代移动通信 第3 代合作项目 确认模式 最大比特率 接入层 抽象语法符号 抽象服务原语 广播控制信道 小区无线网络临时标识符 公共控制信道 商业移动警报服务 核心网 专用控制信道 专用信道 下行链路 不连续接收 演进型n o d eb 演进型u t r a n 全球移动通信系统演进的增 强数据速率 演进型分组核心网 e u t 气n 无线接入承载 欧洲电信化标准协会 地震海啸预警系统 频分双工 通用分组无线业务 全球移动通信系统 高速分组接入 重庆邮电大学硕士论文缩略表 i m s i 砌t l 1 l 2 l 3 l t e m a c m b m s m m e m s c n a s o f d m o p e x p g w p c h p c o p d c p p d u p i c h p l m n p w s q o s r a c h r a b r a t i m r l c r n t i r r c r s r p r s r q r s s i s g w i n t e r n a t i o n a lm o b i l es u b s c r i b e ri d e n t i t y i m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s t 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 r3 ( n e t w o r kl a y e r ) 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 o b i l i t ym a n a g e m e n te n t i t y 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 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 o p e r a t i n ge x p e n d i t u r e p d n g a t e w a y p a g i n gc h a n n e l 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 a c k e td a t ec o n v e r g e n c ep r o t o c o l p r o t o c o ld a t au i l i t p a g ei n d i c a t o rc h a n n e l p u b l i cl a n dm o b i l en e t w o r k p u b l i cw a n n i n gs y s t e m 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 d i oa c c e s sb e a r e r r a d i oa c c e s st e c h n o l o g y 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 kt e m p o r a r yi d e n t i t y r a d i or e s o u r c ec o n t r o l r e f e r e n c es i g n a lr e c e i v e dp o w e r r e f e r e n c es i g n a lr e c e i v e dq u a l i t y r e c e i v e ds i g n a ls t r e n g t hi n d i c a t i o n s e r v i n gg a t e w a y v i 国际移动用户识别码 被测实体 第一层( 物理层) 第二层( 数据链路层) 第三层( 网络层) 长期演进 媒质接入控制 多播广播业务 移动性管理实体 消息序列图 非接入层 正交频分复用 运营成本 p d n 网关 寻呼信道 控制观察点 分组数据汇聚协议 协议数据单元 寻呼指示信道 公共陆地移动网络 公共预警系统 服务质量 随机接入信道 无线接入承载 无线接入技术 无线承载 无线链路控制 无线网络临时标识 无线资源控制 参考信号接收功率 参考信号接收质量 接收信号强度指示 服务网关 重庆邮电大学硕士论文缩略表 s a p s c f d m a s d l s f n s i s i b t d s c d 【a t d d t m t t c n u e u l s c h u m u m b u m t s u t r a n w c d m a w i m a x x 2 c x 2 u s e r v i c ea c c e s sp o i n t s i g n a lc a r r i e rf d m a 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 s y s t e mf r a m en u m b e r 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 t i m ed i v i s i o n - s y n c h r o n o u sc d m 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 e 乃潞ea n d 乃6 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 ks h a r e dc h a n n e l u n a c k n o w l e d g e dm o d e u l t r am o b i l eb r o a d b a n d 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 l l 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 s n e t w o r k w i d e b a n dc o d ed i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o - w a v ea c c e s s x 2 一c o n t r o lp l a n e x 2 一u s e rp l a n e v i i 业务接入点 单载波f d m a 规范描述语言 系统帧号 系统信息 系统信息块 时分同步码分多址 时分双工 透明模式 协议测试规格语言 非确认模式 上行共享信道 非确认模式 超移动宽带 全球移动通信系统 u m t s 陆地无线接入网 宽带码分多址接入 全球微波互连接入 x 2 接口控制平面 x 2 接口用户平面 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 目前，移动通信无线技术演进的路径主要有三条：一是w c d m a t d s c d m a 从h s p a 演进到h s p a + ，进而到m ；二是c d m a 2 0 0 0 从e v - d or e v 0 r e v a r e v b ， 最终到u m b ；三是8 0 2 1 6 m 的w i m a x 路线。这其中l t e 拥有最多的支持者。 其实随着3 g 移动通信系统逐步成熟，3 g p p 早已经开始了其长期演进( l t e ) 系统的研究和制定标准的工作。l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ，长期演进) 项目是3 g 的 演进，始于2 0 0 4 年3 g p p 的多伦多会议。l t e 并非人们普遍误解的4 g 技术，而 是3 g 与4 g 技术之间的一个过渡，既3 9 g 的全球标准，它改进并增强了3 g 的空中 接入技术，并采用o f d m 和m i m o 作为核心技术的“准4 g ”技术。它以降低运营 商投资和运营成本，为用户提供更多的服务内容和提供更好的服务质量为目标。 目前全球的移动通信产业对l t e 是寄予了厚望，期望这一技术能够增强移动通信 产业持续发展的能力。 l t e 能提供比以往所有移动通信系统更高的数据传输率，它支持各种数据的 传输，整合了广域网覆盖，并提供对移动设备的无缝连接。l t e 的性能目标有： 在2 0 m h z 频谱带宽能提供下行1 0 0 m b p s ，上行5 0 m b p s 的峰值速率；提高小区容 量；改善小区边缘用户性能；支持1 0 0 k m 半径的小区覆盖；降低了系统延迟，用 户面单向传输时延低于5 m s ，控制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转移时问小于l o o m s ；在移动性方面优化0 1 5 k m h 低速 移动性，实现1 5 1 2 0 k m h 中速移动较高的性能，在1 2 0 3 5 0 k m h 下能够保持蜂窝 网络的移动性，能够为3 5 0 k m h 高速移动的用户提供大于1 0 0 k b i f f s 的接入服务； 支持对称或非对称频谱，并可以灵活配置1 4 m h z 到2 0 m h z 多种带宽【l 】；在切换 方面，目前l t e 系统可以在典型的场景下实现3 0 m s 的用户面中断间隙( 上行和下 行) 。与前一代移动通信系统相比，l t e 的频谱利用率有了显著提高，并采用了扁 平化无线网络架构来简化操作和降低成本。 1 2t d l t e 的现状与发展 众所周知，t d s c d m a 已经作为中国移动的第三代移动通信标准向公众进行 试商用。但与最高速率可达到5 4 m b i t s 和7 5 m b i t s 的w i f i 和w i m a x 网络相 比，t d s c d m a 的标准速率为3 8 4 k b i t s ，最高也只有2 m b i t s 的速率【2 】，对于数据 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 需求不断高速增长的今天，显然并不具有吸引力。为了提高3 g 的竞争力，3 g p p 等标 准化组织先后提出了h s d p a 、h s u p a 等在提高3 g 数据传输速率的标准，然后又 提出了l t e 标准。2 0 0 7 年1 1 月，3 g p pr a n l 会议通过l t et d d 融合帧结构的建 议，同意了l t et d d 的两种帧结构，融合后的l t et d d 帧结构是以t d s c d m a 的帧结构为基础的，这就为t d s c d m a 成功演进到l t e 至4 g 标准奠定了基础。 作为t d s c d m a 的演进技术，t d l t e 已经成为了3 g p p 标准里面唯一基于 t d d 技术的l t e 标准，是对t d s c d m a 原有关键技术的继承和进一步创新，可 以最大限度地利用t d 。s c d m a 现有技术和已有投资。中国政府也明确了t d l t e 作为演进技术的地位，确定二者是相互依存、相互支持的关系，明确成功发展 t d l t e 对于保障以我为主的t d d 技术和产业的可持续发展具有重大意义。国务 院也批准的新一代宽带无线移动通信重大专项，着眼于移动通信技术在我国的中 长期发展目标和计划，是面向2 0 2 0 年的远景规划。而当前t d s c d m a 演进标准 t d l t e ，将是未来几年的实施重点。中国全面启动的t d l t e 项目与国际l t e 产 业基本同步，并已被国际广泛接受，t d l t e 将为中国在引领移动通信产业发展带 来重要的机遇1 3 j 。 l t e 系统定义了频分双工( f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x i n g ，f d d ) 和时分双工 ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n g ，t d d ) 两种方式，但由于无线技术的差异、使用频段的不 同以及各个厂家的利益等因素，l t ef d d 支持的正营更加强大，标准化和产业的 发展都领先于l t et d d 。但是从标准的角度来看，l t et d d 与f d d 模式在技术 规范上存在非常大的共通性和统一性，这共性主要体现在二层和三层结构上，一 层( 物理层) 差异主要体现在帧结构上，其他关键技术都基本一致，包括采用了 相同多址方案、信道编码技术等。l t et d d 与f d d 之间的帧结构设计不同使得其 在信号、信道设计等方面存在差异，并导致其在关键过程实现存在区别。l t et d d 的上下行子帧配置多样，更适合非对称业务。但是多种不同的上下行时隙配置也 造成了h a r q 、s p s 等过程更加复杂，实现更加困难，同时造成了业务时延增加， 使得t d d 对传输时延敏感的业务不具备优势。但是相对u m t s 时代的t d d 和 f d d ，l t e 时代的t d d 和f d d 在协议实现上已逐渐融合，两者差异已大大减少， 这使得l t ef d d 和t d d 网络设备间的共享、共存和f d d t d d 双模终端的设计更 加易于实现1 4 j 。与l t ef d d 相比，l t et d d 具有特有的优势，但也存在一些不足。 l t e t d d 的优势： ( 1 ) 频谱配置 频段资源是无线通信中最宝贵的资源，由于l t et d d 系统无需成对的频率， 可以方便的配置在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，能有效的提高频谱利用率。 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 ( 2 ) 支持非对称业务 在第三代移动通信系统以及未来的移动通信系统中，除了提供语音业务之外， 数据和多媒体业务将成为主要内容，且上网、文件传输和多媒体业务通常具有上 下行不对称特性。l t et d d 系统在支持不对称业务方面具有一定的灵活性。 ( 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。 ( 4 ) 与t d s c d m a 的共存 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。由于u 1 et d d 帧结构基于我国t d s c d m a 的帧结构， 能够方便的实现t d l t e 系统与t d s c d m a 系统的共存和融合。 由于l t et d d 在同一帧中传输上下行两个链路，系统设计更加复杂，对设备 的要求更高，存在一些不足： 1 ) 由于保护间隔的使用降低了频谱的利用率，特别是提供广覆盖的时候，使 用长c p 对频谱资源造成了浪费； 2 ) 使用h a r q 技术时，l t et d d 使用控制信令比l t ef d d 更复杂，且平均 i u t 比l 1 卫f d d 的长8 m s ； 3 ) 由于上下行信道占用同一频道的不同时隙，为了保证上下行帧准确接收， 系统对终端和基站的同步要求很高。 1 3t d l t e 系统切换的研究现状 移动通信包含了终端设备、无线接入网、核心网。切换流程是移动通信中最 重要、最复杂的流程之一，它负责保持终端设备在网络内的持续连接，涉及了多 个网元的信息交互，切换功能的完备性和切换效果直接影响到为用户提供的服务 质量。所谓切换就是在移动过程中，移动台正在进行的通信业务有可能从一个小 区切换到另一小区，从一个载波切换到另一个载波，从一个基站切换到另一个基 站，甚至从一个系统切换到另一个系统。如要保证业务的正常进行，就必须采用 高质量的切换方式保证切换的成功率【5 1 。切换的成功率是衡量一个系统的重要指标 之一。 由于l t e 采用了数据包前转，可以避免切换中的丢包。在上行和下行都没有 采用宏分集合并技术，也就是说，l t e 将不采用软切换，而采用快速小区选择( 即 快速硬切换) 方法，硬切换的特点是“先断后连”，即：移动台首先与当前服务基站 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 断开连接，然后向其他基站发出接入申请，其他基站根据本小区负载情况决定是 否接入此用户【6 】【7 1 。除了系统内的切换，l t e 也正研究不同频率之间和不同系统( 如 其他3 g p p 系统、m a n 系统等) 的切换。 3 g p p 组织一直不断的更新l t e 系统的协议标准，其关于r r c 子层的连接模 式下的切换过程也在不断的更新和优化，这也是本文研究的重点。在移动性方面， l t e 系统中将u e 的状态划分为了r r ci d l e 和r r cc o n n e c t e d 两种，其中 r r ci d l e 状态下对应的移动性行为是小区选择重选，r r cc o n n e c t e d 状态下 对应的移动性行为是切换。与w c d m a 系统中相同，切换的过程主要包括测量、 判决和执行三个过程。 协议是通信网络和分布式系统中各种通信实体之间相互交换信息所必须遵守 的一组规则，是构建网络的基石。在通信网络及系统的发展过程中，协议一直处 于核心的地位。同时随着通信网络技术的发展，协议测试正式成为协议工程越来 越重要的问题。而通信协议的一致性测试是协议测试中的最重要的部分，它的目 的是测试通信协议软件的实现是否与通信协议规范一致。所以t d l t e 系统的切换 过程的协议实现和测试对l t e 系统移动性管理的保证有重要的意义，也是本文研 究的重点。 1 4 本文研究内容及内容安排 第一章：绪论。首先介绍t d l t e 系统发展现状和产生背景；然后对l t et d d 与l t ef d d 进行比较，分析其优缺点；最后阐述t d 。l t e 系统切换流程实现及测 试的研究意义。 第二章：l t e 系统概述及r r c 子层协议简介。首先介绍了l t e 的总体系统架 构，然后对e u t r a n 所涉及到的几个主要接口：s i 、x 2 、u u 加以介绍，随后阐 述l t e 系统接口及空中接口协议栈，在对物理层、m a c 层、r l c 层和p d c p 层 的简要介绍后，对r r c 子层进行比较详细的阐述。这些也是理解切换进程的关键 和基础。 第三章：t d l t e 系统切换流程的设计。本章是本论文的重点之一，首先对切 换研究现状进行了介绍，熟悉传统切换方式和控制方式；接着详细研究了基于x 2 切换和基于s l 切换的过程；然后通过分析切换过程中各个接口及各层交互的消息， 为接下来原语和状态跳转设计提供了必要的信息；最后结合l t e 系统切换过程的 详细设计对不同异常情况的处理流程进行了设计。 第四章：切换过程的协议测试。基于上一章节的设计，本章进行测试验证， 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 也是本文的重点章节。首先介绍一致性测试和测试工具t t c n ，包括测试模型、测 试套结构和测试例的构造过程；其次根据测试例，设计测试平台，测试过程及编 写测试用例；最后运行测试用例，对产生的m s c 图、l o g 进行分析，根据产生的 数据流及流程验证设计的接口、流程和代码的正确性。 第五章：总结及未来工作。对本文进行总结，并探讨未来的研究方向。 5 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统概述及r r c 层协议简介 第二章l t e 系统概述及r r c 层协议简介 2 1l t e 系统框架 l t e 系统在h s p a 与h s p a + i 拘基础上，对网络结构进行了优化，采用了更 加灵活的系统带宽配置，更加先进的空中接口技术。同时，l t e 系统构架演进( s a e ， 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 ) 的前景可以与t d s c d m a ，c d m a ，w c d m a h s p a 和g s m 一起协同工作。 2 1 1l t e 网络架构 l t e 总体系统架构如图2 1 所示【8 】： u u e n b 图2 1l t e 总体系统架构 e - u t r a n 由e n o d e b 构成，e n o d e b 之间透过x 2 来互相传递消息，产生这种 变化的原因在于网络架构中没有了r n c ，原有的树型分支架构被扁平化，每个 e n o d e b 又和演进型分组网( e p c ) 通过s l 接口相连。位于e n o d e b 和移动管理实 6 弋哆 重庆邮电大学硕士论文 第二章l t e 系统概述及r r c 层协议简介 体( m m e ) 服务网关( s e r v i n gg w ) 间的s 1 界面，将s a e l t e 演进系统划分为 无线接入网和核心网【9 】。沿袭了承载( b e a r e r ) 和控制分离的想法，s 1 界面也分为 用户平面和控制平面。其中用户平面界面s 1 u p 将e n o d e b 和服务网关( s e r v i n g g w ) 连接，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧。而控制平面界面s 1 c p 则将e n o d e b 和移动管理实体( m m e ) 相连，主要完成s 1 界面的无线接入承载 ( b e a r e r ) 控制、界面专用的操作维护等功能。 l t e 采用的由e n o d e b 构成的单层结构和空中接口协议有利于简化网络并减小 延迟，实现了低时延，低复杂度和低成本的要求，同时也使得基站须承担更多的无线 资源管理责任，需要更多地和其相邻的基站直接对话，但保证用户在整个网络中 的无缝切换( s e a m l e s sh a n d o v e r ) 。名义上l t e 是对3 g 的演进，事实上它是对3 g p p 的整个体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的i p 宽带网结构。 2 1 2e u t r a n 功能划分 s 1 、- ；i 墨墨： 二二- 羔二二! ： 图2 2e u t r a n 和e p c 之间功能的划分 图2 2 描述的是e u t r a n 和e p c 之间的功能划分【8 】，在图形中，深灰色描述 的是逻辑节点，白色方格代表的是控制面实体功能块，浅灰色代表的无线协议层。 各个实体块实现的功能如下： 1 ) e n o d e b 主要的功能： a ) 无线资源管理功能：包括无线承载控制、无线接入控制、移动性管理、 7 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e 系统概述及r r c 层协议简介 对u e 上下行链路的资源动态分配等； b ) 调度和发送寻呼消息； c ) 调度测量和测量报告配置； d ) 调度和发送广播消息； e ) 根据u e 提供的信息，在u e 附着阶段选择一个m m e ； o 用户数据到服务网关的路由； 蓟i p 头压缩和用户平面数据流的加密； h ) 调度和传输p w s ( 包括e t w s 和c m a s ) 消息。 2 ) m m e 功能： a ) 非接入层信令； b ) 非接入层安全性控制； c ) 3 g p p 接入网间，c n 节点之间的移动相关信令传输； d ) 接入层安全性控制； e ) 在切换中，m m e 的选择； f ) 跟踪区列表的管理( u e 在空闲状态和激活状态) ； g ) 鉴权、漫游； h ) 承载管理功能，包括专用承载建立； i ) p d ng w 与s g w 选择； j ) p w s ( 包括e t w s 和c m a s ) 消息传输的支持。 3 ) 服务网关的功能： 幻基站之间切换时，进行本地移动定位； b ) 空闲模式下的下行缓冲和网络的初始化； c ) 3 g p p 间的移动性管理； d ) 在运营商之间交换用户q o s 类别标识( q o s c l a s si d e n t i f i e r ，q c i ) 的有关计 费信息； e ) 上行和下行中进行传输级的分组标识等。 4 ) p g w 具体实现的功能： a ) 对每个用户的包过滤； b ) 合法的监听； 曲u e 的p 地址分配； d ) 标记在传输级的下行包； e ) 上下行服务级计费、门控和速率控制； d 基于最大位速率( a g g r e g a t em a x i m u mb i tr a t e ，a m b r ) 的下行速率的控制 等。 8 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e 系统概述及r r c 层协议简介 2 2l t e 系统接口与协议栈 2 2 1 接口描述 e u t r a n 涉及的主要接口有s i 、x 2 和u u 8 1 ，也是本文涉及的几个重要接口， 切换的形式不同所涉及的接口以及接口间交互的信息也不同。 s 1 接口：连接e u t r a n 与e p c 的接口，也就是m m e s g w 与e n o d e b 之间 的物理及逻辑接口，由用户平面和控制平面组成，这两部分由不同的协议组成。 用户平面协议栈如图2 3 所示，主要是传输e p c 与基站之间的p d u 数据。 u s e rp l a n ep d u s jl 1r g 1 1 p u u d p i p d a t al i n kl a y e r p h y s i c a l l a y e r s 1 a p jl 1r s c t p i p d a t al i n kl a y e r p h y s i e a l l a y e r 图2 3s 1 接口用户面( e n b s g w )图2 4s l 接口控制面( e n b m m e ) 控制面的协议栈如图2 4 所示，传输网络层建立在i p 传输之上，与用户平面 协议栈不同的是控制平面协议栈在口层上面有保证可靠性传输的s c t p 层。每个 s 1 m m e 接口实体都对应一个单一的s c t p ，这对应的标识在s 1 m m e 一般程序 里。s l 接口主要的功能有： 1 ) e r a b 服务管理功能：e n o d e b 与m m e 之间承载的建立、修改和释放等； 2 ) s i 寻呼和n a s 信令传输功能； 3 ) 初始上下文建立与u e 上下文修改； 4 ) m m e 负载平衡与位置报告； 5 ) 在u e 的e c m - c o n n e c t e d 状态下的移动性管理功能：系统间与系统内 切换； 6 ) s i 接口管理功能：错误指示、重置； 9 重庆邮电大学硕士论文第二章l t e 系统概述及r r c 层协议简介 7 ) n a s 节点选择； 8 ) 漫游和区域限制支持； 9 ) p w s ( 包括e t w s 和c m a s ) 消息传输。 x 2 接口也分为用户平面和控制平面。 x 2 用户面接口提供e n b 之间传输的物理和逻辑用户数据，这些p d u s 是没有 被保证传输的。x 2 用户面的协议栈和s l 相同，如图2 5 所示。在u d p i p 上面是 g t p 。u ，在这两层之上是传输网络层，这层承载着p d u s 。 x 2 控制面接口定义了相异e n b 之间的物理和逻辑控制数据，其协议栈如图 2 6 所示。从中可以知道传输网络层中建立在m