（通信与信息系统专业论文）基于windows+cenet的手机侧wcdma协议栈mac层协议研究与实现.pdf

中文摘要 由全球1 0 0 多家电话公司和通信设备制造商组成的通用移动电信系统论坛 近日发布的研究报告预测，到2 0 1 0 年，全球移动电话业的收入将达l 万亿美元， 其中6 0 来自第三代移动电话服务。从2 g 、2 5 g 通信系统到3 g 系统的转变需 要平滑过渡和升级，所以，从目前占全球8 0 移动通信市场的g s m 标准过渡而 来的w c d m a 标准将很有可能成为3 g 的主流标准。 本文的研究目标是基于嵌入式操作系统w i n d o w sc e n e t 开发与实现手机 侧w c d m a 协议栈的m a c 层协议，属于w c d m a 终端核心软件的研究。由于 目前可以借鉴的3 g 终端软件的开发资料非常少，因此本课题只能根据3 g p p 发 布的标准，独自提出m a c 层协议软件的实现方案、框架结构和具体的开发流程。 本文首先介绍了开发中用到的基本技术，即w c d m a 的m a c 层协议和设 计中使用的操作系统平台w i n d o w sc e n e t ；然后详细论述了协议软件的设计方 案与编程实现方法；最后描述了开发代码的测试方法，并给出了测试结果。 本文完成的主要工作包括m a c 层三大实体m a c b 、m a c c s h 和m a c d 的协议软件设计、实现及测试。具体来说，先实现了m a c b 和m a c - c s h 实体 中的所有功能子模块，包括加上读取u ei d 、t c t fm u x 复用、调度，优先级安 排、t f 选择等，接着完成了m a c - d 实体中除加密和解密外的其它子模块；然后 使用消息队列和外部变量等实现了m a c 层与其它各层的接口模块，并结合消息 队列和线程实现了一个简易定时器来满足协议中的延时要求；在实现的最后阶 段，编写了不同信道上的数据包处理过程，在过程中调用已完成的功能子模块来 实现协议中所要求的公共信令传输、专用信令传输、语音业务和部分p s 域数据 业务传输等基本功能。在开发完成所有的协议代码之后，从测试文档中总结出典 型的测试用例，对各个信道处理过程进行了调试。 经过对所开发的协议代码的详细测试证明，本文提出的m a c 层协议设计和 实现方法能够实现规范要求的主要功能，达到了预期的目标。 关键词：w c d m a 标准m a cw i n d o w sc e n e t 软件开发 a b s t r a c t t h ef o r u mm a d eu po fm o r et h a n1 0 0p h o n ec o m p a n i e sa n dm a n u f a c t u r e r so f c o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t sp r e d i c t st h a tt h et o t a lr e v e n u ef r o mg l o b a lm o b i l ep h o n e o p e r a t i o nw i l lr e a c h1 , 0 0 0b i l l i o nd o l l a r s ，6 0 o fw h i c hw i l l o w et o3 gm o b i l e s e r v i c e f r o m2 0 , 2 5 gs y s t e mt o3 gs y s t e m 。s m o o t ht r a n s i t i o na n du p g r a d ei sn e e d e d s ow c d m aw i l lp r o b a b l yb e c o m et h ed o m i n a t i n gs t a n d a r db e c a u s ei ti st r a n s i t e d f r o mg s m w h i c ht a k e su p8 0 o f m a r k e to f m o b i l ec o m m u n i c a t i o np r e s e n t l y t h e a i mi nt h i sp a p e ri st od e v e l o ps u t t w a r eo fm a cl a y e ro fw c d m ap r o t o c o l s t a c ko i lu e ，b a s e do ne m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e mw i n d o w sc e n e t , w h i c hb e l o n g s t oc o r es o f t w a r eo fw c d m at e r m i n a l s t h ew o r ki sc h a l l e n g i n gs i n c ei td e a l sw i t h c o r et e c h n i q u e sa n dr e f e r e n c em a t e r i a l sa r ev e r ys c a r c e i nt h i sp a p e r , r e l e v a n tt h e o r i e sa r ef i r s t l yi n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gm a cp r o t o c o l a n dw i n d o w sc e n e t s e c o n d l yi ti n t r o d u c e sd e s i g na n dr e a l i z a t i o no fs o f t w a r ei n d e t a i l l a s t l y , t e s t i n go f s o f t w a r ei si n t r o d u c e da n dp a r to f r e s u l t sa r eg i v e n o u t t h ew o r kf i n i s h e di nt h i sp a p e ri n c l u d e sd e s i g n , r e a l i z a t i o na n dt e s t i n go f s o f t w a r eo fm a cp r o t o c 0 1 i nd e t a i l a l ls u b - m o d u l e si nm a c - ba n dm a c - e l s h e n t i t i e s , w h i c hi n c l u d e sa d d i n g r e a d i n gu ei d ，t c l l pm u x ，s c h e d u l i n g p r i o r i t y h a n d l i n ge t c ，a n dm o d u l e si nm a c - de x c e p tc i p h e r i n g d e c i p h e r i n ga r ef i r s t l yr e a l i z e d s e c o n d l yi n t e r f a c em o d u l e sb e t w e e nm a c a n do t h e rl a y e r sa n das i m p l et i m e ra r e w o r k e do u t ，u s i n gm e s s a g eq u e u e sa n dt h r e a de t c f i n a l l y ，p r o c e s s i n gp r o g r a m so f d a t ao na l lc h a n n e l sa l ec o d e d t h ep r o c e s s i n gp r o g r a m sc a l la b o v es u b m o d u l e st o r e a l i z et r a n s f e ro fc o m m o na n dd e d i c a t e ds i g n a l i n g ，s p e e c ht r a f f i ca n ds o m ep a c k e t t r a f f i ci np sw h i c ha r eb a s i cr e q u i r e df u n c t i o n si nw c d m as p e c i f i c a t i o n a f t e ra l l c o d i n gw o r kh a sb e e nf i n i s h e d ，t h ew h o l es o f t w a r ei ss t r i c t l yt e s t e da c c o r d i n gt o t y p i c a le x a m p l e sc o n c l u d e df r o mt h et e s t i n gf i l e s a f t e rd e t a i l e dt e s t i n gw o r k ，i ti sp r o v e dt h a tt h es c h e m eo fr e a l i z a t i o no fm a c p r o t o c o li nt h i sp a p e rc a nf i n i s hm a i nf u n c t i o n sr e q u i r e di nt h es p e c i f i c a t i o n s ot h e e x p e c t a n ta i mi nt h i sp a p e rh a sb e e nm a c h e d k e yw o r d s ：w c d m as t a n d a r d ，m a c ，w i n d o w sc e n e t ，s o f t w a r e d e v e l o p m e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘盗盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：铂葡 签字日期：渺6 年二月“日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫盗盘茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨壅盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：钧i 两 导师签名： 签字日期：2 ，诌年1 1 - 月菇日签字日期： 依带辛 砧j 月彩日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 13 g p p 与w c d m a 标准化状况 1 1 13 g p p 的建立 3 g p p 是为了保证各个厂商制造的3 ( 3 设备能互联互通和兼容而制定通用 w c d m a 标准的专门论坛，其英文名是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 c t 。参与 该论坛的标准化组织包括a r i b ( 日本) 、e t s i ( 欧洲) 、t 1 a ( 韩国) 和t i p i ( 美国) ，隶属于各标准化组织的公司、制造商和运营商同时也是3 g p p 的成员。 1 9 9 9 年下半年，c w t s ( 中国无线通信标准研究组) 也加入到3 g p p 中，并 贡献了t d s c d m a 标准。另外，3 g p p 还包括一些市场代表成员，包括g s m 协 会、u m t s 论坛、全球移动供应商协会、i p v 6 论坛和通用无线联盟u w c c 。 3 g p p 正式的工作开始于1 9 9 8 年底，细致的技术工作则开始于1 9 9 9 年初， 目标是制定通用规范的第一个版本，即r 9 9 版本，这个版本于1 9 9 9 年底完成。 在3 g p p 组织中，共有四个不同的技术规范组( t s g ) ，它们分别是： 无线接入网( r a n ) t s g ； 核心网t s g ； 业务和系统t s g ； 终端t s ( 3 。 在这四个组中，与w c d m a 技术关系最大的是无线接入网t s o ，这个t s g 又被划分为四个不同的工作组【l 】，如图1 1 所示。 图1 1 无线接入网t s ( 3 组织结构图 无线接入网t s g 负责制定u t r a 空中接口技术规范的r 9 9 版本。在1 9 9 9 年上半年，来自不同组织的提议被合并成一个单一标准，下半年又被用来最后确 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 定3 g p p 第一个u t r a 完整版r 9 9 发布版。 2 0 0 0 年期间，关于g s m 的演进、g p r s 和e d g e 的进一步工作从e t s i 和 其他论坛移交给了3 g p p 。为此，3 g p p 建立了一个新的t s g ，即t s gg e r a n ( g s me d g e 无线接入网络) 。 1 1 23 g p p 中的w c d m a 标准化进程 在3 g p p 中，w c d m a 分为两种制式，即u t r af d d 和u n 渔t d d 。第一 种制式代表频分双工，第二种制式代表时分双工。我国提出的t d s c d m a 是 u t r at d d 制式的一个特殊模式。 3 g p p 目前已经有两个较成熟的版本，即r 9 9 和i h 版本1 2 】，而且都在不断地 更新和发展。其中r 9 9 是目前最成熟、最稳定的版本。r 9 9 的特点是采用基于 g s m ，g p r s 的核心网络，并引入了新的w c d m a 和c d m at d d 的无线接入网 络( m n ) 。r 9 9 于2 0 0 0 年3 月在3 g p p 正式通过，此后每三个月更新一次。2 0 0 1 年3 月通过的r 9 9 版本曾经被视为商用版本，它的更新版本向后兼容。但是在 同年6 月通过的r 9 9 版本与3 月版本相比又有5 6 6 个c r ( e h a n g er e q u e s t ) ，同年 9 月在北京召开的3 g p p 会议通过了r 9 9 最新版本。此次会议特别强调不应再对 r 9 9 版本的实质内容进行修改，否则将严重影响产品的商用化时间。 版本的不断更新是困扰运营商和厂家的一大难题，也是影响3 g 商用化进程 的一个重要的和根本性问题之一。虽然业界普遍认为r 9 9 是一个成熟的版本且 将被大规模商用，但对采用r 9 9 哪个月的版本没有统一的说法，业界对2 0 0 1 年 3 月或6 月版本比较看好。 r 4 版本是2 0 0 1 年3 月首次发布的。它的主要特征是在w c d m a 标准中补 充增加了由我国提交的t d s c d m a 技术。在我国信息产业部的直接支持和领导 下，无线通信标准研究组从1 9 9 9 年开始努力工作，终于排除各种阻力，使得 t d s c d m a 一步步成为3 g p p 完整规范的一部分。r 4 版本在核心网部分的改进 主要是在电路域将承载与控制分开，可以实现对多媒体业务的更好控制，这也是 迈向全i p 的第一步。r 4 版本中的核心网部分将m s c 分离为m g w ( m e d i a g a t e w a y ) 和m s cs e r v e r ，这与3 g p p 2 对核心网的改进保持了同步。r 4 的制定对3 g 增强技术取得了较好的成果，针对无线接1 2 1 提出了支持上行速率为8 m b p s 的 h s d p a ( h i i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e t a c c e s s ) 技术的概念。 3 g p p 的r 5 版本于2 0 0 2 年上半年完成，2 0 0 2 年3 月首次发布，是全l p 的 第一个版本。r 5 版本的核心网部分结构上发生了较大的变化，引入了i p 多媒体 子系统。r 5 版本的另外一个主要增强是在无线接口引入了支持下行速率为 1 0 m b p s 的h s d p a 技术。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 3 g p p 制定的规范是按系列进行分类的，每个系列都有自己的主题，总的来 说可分为三大类：3 g g s mr 9 9 版本及以后的系列、g s mr 4 版本及以后的系列、 g s mr 4 版本及以前的系列。其中，只有第一类标准与3 g 有关，主要的规范如 表1 1 所示。 表1 13 g g s mr 9 9 版本及以后的各系列标准 各系列主题 3 g g s mr 9 9 版本及以后系列 要求 2 1 系列 业务方面2 2 系列 技术实现2 3 系列 信令协议从用户设备到网络2 4 系列 无线方面2 5 系列 c o d e c2 6 系列 信令协议r s s c n2 7 系列 信令协议与固定网络间2 8 系列 程序管理 2 9 系列 用户识别模块( s i m u s i m ) ，i c 卡。测试规范3 0 系列 o a m ( 操作维护管理) 和收费3 l 系列 安全方面3 2 系列 u e 和( u ) s i m 测试规范 3 3 系列 安全算法3 4 系列 1 2w c d m a 及其它制式终端的发展状况 在3 g 的发展过程中，终端曾因数量少、价格高、待机时间短、操作复杂以 及对3 g 业务的支持能力不足等技术问题被业界认为是3 g 发展的瓶颈。目前， 这些技术问题都得到了一定程度的解决。各种制式的终端呈现出以下特点： c d m a 2 0 0 0 终端商用化程度最高，短期内发展缓慢。c d m a 厂商推出的 c d m a i x 手机，从网络技术、功能、配置及应用等方面来看，已类似于 c d m a 2 0 0 0 1 x 手机。将来技术发展主要体现在产品频率的改进上，以便能适应 c d m a 2 0 0 0 1 x 网络要求的频段。而目前产品频段升级技术早已达到商用化的程 度。在中国市场上，c d m a 2 0 0 0 1 x 的终端技术最为成熟、商用化程度最高、参 与的竞争者最多。 核心芯片研发取得进展，t d s c d m a 终端处于起步阶段。国内外众多设备 厂商已开始积极地参与t d - - s c d m a 终端手机的研发工作，并取得一定的成效。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 但是，目前有些厂商的t d - - s c d m a 手机仍采用的是通用芯片，基于t d s c d m a 专用芯片的手机还处于研发阶段，距离实际的商用还有一段距离，但 2 0 0 4 年t d - - s c d m a 终端手机研发已取得很大进展，t d - - s c d m a 终端处于起 步阶段。 w c d m a 商业化进程加快，有技术实力的国内厂商开始发力。在国内，2 0 0 1 年已在实验室开展了w c d m a 3 g 终端的测试，2 0 0 2 至2 0 0 3 年又进行了w c d m a 补充第一阶段的测试，2 0 0 4 年进行了w c d m a 第二阶段测试。在2 0 0 4 年第二 阶段测试中，1 7 款w c d m a 终端参加测试，数量明显增多。第二阶段测试结果 表明，w c d m a 终端功能日趋完善，基本业务( 语音业务) 表现较好，但是增值业 务有待加强；其射频已相对稳定，耗电情况与2 g 相差不大、电池容量不断扩大。 与c d m a 2 0 0 0 终端相比，w c d m a 终端在技术、成本、功能、价格和应用 方面还有一些限制，因而，其成熟度和商用化程度要低于c d m a 2 0 0 0 终端。但 是，2 0 0 4 年w c d m a 终端的技术瓶颈，如体积、待机与通话时间、网间切换等 问题都得到了明显的改善，其产品价格也有了明显的降低。随着2 0 0 1 年6 月推 出r 4 版本的w c d m a 标准，w c d m a 标准不稳定和不完善的局面有所改善， w c d m a 商业化进程加快，2 0 0 4 年w c d m a 终端的发展开始步入快车道。 截至2 0 0 5 年7 月底，全球面市的终端c d m a 2 0 0 0 有8 5 0 多款，其中包括1 2 个品牌的1 5 3 款e v d o 手机和1 0 款数据卡。此外，2 6 个品牌的1 7 9 款w c d m a 终端已经上市，3 g 终端数量发展趋势良好。 综观全球3 g 市场发展呈现以下几个特点：w c d m a 产业链加速步入成熟， c d m a 2 0 0 0 保持稳步演进，t d - s c d m a 机遇与挑战并存，日韩继续保持国际领 先地位，欧美加速在3 g 上形成国际竞争力，以印度为代表的部分新兴国家正加 速3 g 进程。 1 3 本文的主要贡献 本文以手机侧w c d m a 标准的m a c 协议研究与实现为目的，协议栈的软 件开发无疑是终端开发中最为重要的一部分，属于核心技术，可以参考的资料极 其缺乏，无源代码可以借鉴。在这种情况下，开发的所有原始资料只是3 ( 3 p p 的 w c d m a 规范描述文档以及微软的w i n d o w sc e n e t 操作系统平台。 在整个协议的实现过程中，首先需要详细地解读m a c 层协议文档，并参考 其它各层及测试文档，对该层的细节内容进行深入的了解和研究。然后必须掌握 w i n d o w sc e n e t 操作系统的有关知识以及集成开发环境p l a t f o r mb u i l d e r 的使 用方法，了解系统的内存管理和进程、线程、消息队列等开发中可能用到的a p i 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 函数。 在熟悉这些内容之后，本文提出了m a c 层协议的实现方案，包括与r r c 、 r l c 和物理层之间的接口连接、m a c 层的总体实现框架、各个功能子模块内部 算法分析与安排、关联模块之间的接口处理以及定时器安排等。其中，对与上、 下层间的接口出于不同考虑而采用了不同的方案，与上层间的接口采用简化接口 访问机制，采用了消息队列：与下层间的接口为了节省系统资源没有再用消息队 列，而是直接采用过程调用进行处理。对各模块算法的安排主要考虑的是在实现 协议规定的模块功能基础上，尽量简化实现方法。定时器的设计采用了消息队列 来完成线程间的通信。 最后本文完成了协议的代码编写和调试，即先对所有模块进行编码实现，然 后按测试文档中的测试用例对代码进行了完整而全面的测试。到目前为止，已经 完成了主要部分的代码编码与测试工作，达到了预期的目标。 天津大学硕士学位论文第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 2 1m a c 层在w c d m a 空中接口协议栈中的位置 u m t s 在空中接口协议f 3 l 上采用w c d m a 无线传输技术，分三个协议层：l 1 ， l 2 和l 3 ，分别对应于o s i 参考模型的物理层、数据链路层和网络层。其中l 2 又被分为媒体控制协议m a c 、无线链路控制协议r l c 、分组数据集中协议 p d c p 5 】和广播多播控制协议b m c l 6 。l 3 和l 2 又分为用户平面和控制平面两部 分，其中p d c p 和b m c 仅存在于用户平面，而r r c 仅存在于控制平面，如图 2 1 所示。 鱼母e 事冷 一9 咚凳冷一一丽汹茄一 c - p l n n es i g n a l l i n g u + p l a n er e f o r m a t i o n 图2 1 空中接口协议结构 物理层通过传输信道向m a c 层提供业务，它决定了传输数据的具体方式。 m a c 层通过逻辑信道将业务提供给r l c 层，逻辑信道的特征由发送数据的类型 天津大学硕士学位论文第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 决定。接下来，r l c 通过业务接入点( s a p ) 为高层提供业务，该业务接入点用 来描述r l c 层如何处理数据分组。无论是控制平面的信令，还是用户平面的功 能实体均需要使用r l c 层，r l c 层为控制平面提供信令的无线承载，同时为用 户平面提供无线承载。从图2 1 中还可以看出，在r r c 与r l c 之间、r r c 与 m a c 之间、l 冰c 与物理层之间都有一个控制接口，这些控制接口使得r r c 可 以控制底层实体配置。l 3 的第二个子层提供“重复避免”功能，终止于c n ，但属 于接入层，可以提供接入层业务给非接入层 7 1 ，不过主要用于跨r n s ( 无线网络 基站) 的移动性过程。移动性管理m m 和呼叫控制c c 等属于非接入层功能。 2 2f d d 模式的m a c 层协议介绍 2 2 1m a c 协议结构及组成 m a c 协议是由m a c 层实体组成 4 1 。共有三种m a c 实体，即m a c b 实体、 m a c - c s h 实体以及m a c b c c hm a cl o i l i r o l 图2 2 u e 侧的m a c 体系结构 m a c b 实体负责处理传输信道中的广播信道b c h ；m a c - c s h 实体负责处 理传输信道中的寻呼信道p c h 、前向接入信道f a c h 、随机接入信道r a c h 、公 共分组信道c p c h 以及下行链路共享信道d s c h ；m a c - d 实体负责处理传输信 道中的专用传输信道d c h 。如果专用类型的逻辑信道映射到公用传输信道上， m a c d 通过图2 - 2 中所示的功能实体问的连接将数据传送给m a c - c s h 。逻辑信 道到传输信道的映射取决于复用关系，而复用关系是由耻屺层配置的。图2 2 中m a c 控制业务接入点用来将控制信息传送给每个m a c 实体。 天津大学硕士学位论文第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 2 2 1 1u e 侧的m a c - b 实体 m a c - b 实体表示b c h 的控制实体。每个u e 中有一个( 针对当前小区) 或 多个( 针对当前小区和相邻小区) m a c - b 实体。m a c 控制业务接入点用来向 m a c b 传送控制信息。 2 2 1 2u e 侧的m a c - c s h 实体 u e 侧的m a c - c s h 实体构成如图2 - 3 所示。 、 厂弋、 m 4 # lt o m a c m a c - c s h 、 。| 加撒取u 引a ： 。j ；l 。* 。 j j = 鬣妒t 。 t c t f m u x 饔f ： i 调度，优先级处理 ： 1 叽t 嘴择l ； ； a s c 选择幽i p c hd s c hd s c hf a c hf a c hr a c hc p c h ( f d do n l y ) n o t e1 ：调度，优先级处理可用于c p c h n o t e2 ：对于c p c h a s c 选择可用于a p 报头 图2 3 u e 侧的m a c - c s h 实体 t c t fm u x ：该功能表示m a c 报头中t c t f 字段的处理，即在上行链路信 道中插入，而在下行链路信道中去除。t c t fm u x 还表示逻辑信道和传输信道 间的映射。t c t f 字段指明公共逻辑信道类型，或是指明是否使用了专用逻辑信 道。 加上读取u ei d ：该功能为c p c h 和r a c h 上的传输加上u ei d ，而当u e i d 存在对，表明数据是传给该用户的。 u l t f 选择：该功能表示上行链路中存在传输格式选择的可能性。在使用 c p c h 传输的情况下，需要根据c s i c h 信道上的状态信息指明的传输格式有效 性来选择传输格式。 a s c 选择：该功能对于r a c h ，由m a c 层向物理层指明与p d u 相关的a s c ； 天津大学硕士学位论文 第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 对于c p c h ，m a c 也可向物理层指明与p d u 相关的a s c 。这是为了确保与给定 的接入业务类别( a s c ) 相关的r a c h 和c p c h 消息在适当的特征码和时隙中 发送。m a c 层也要应用与指定的a s c 相关的回退参数。当发送r r c c o n n e c t i o nr e q 消息时，由r r c 指定其a s c ；其它情况下由m a c 选择a s c 。 调度优先级处理：该功能用来根据逻辑信道优先级在r a c h 和c p c h 上传 送从m a c d 上接收到的信息。该功能与t f 选择有关。 r l c 层向m a c 层提供r l c p d u ，r l c p d u 要被封装到传输信道上可用的 传输块中去。一个u e 中只有一个m a c c s h 实体。 2 2 1 3u e 侧的m a c - d 实体 u e 侧的m a c - d 实体构成如图2 4 所示。 m a c n t r o l d c c hd t c hd t c h u c hd c h n o t e l o c hd s c h 采月硼艄度机制 一；h 图2 - 4 u e 侧的m a c d 实体 传输信道类型切换：该功能基于r r c 层的决定，执行传输信道的类型切换， 这与无线资源的改变有关。即如果m a c 收到r r c 层的要求，将会在专用逻辑 信道映射到公用还是专用传输信道之间进行切换。 c t m u x ：该功能在几个专用逻辑信道复用到一个传输信道时使用，包含一 个明确的逻辑信道标志。 加密和解密【8 】【9 l ：这两个功能是对透明模式的数据进行加密解密。 上行t f c 选择：该功能根据r r c 配置的传输格式组合集或是传输格式组合 子集来做传输格式或传输格式组合的选择。 - 9 天津大学硕士学位论文第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 m a c d 实体负责将上行链路的专用逻辑信道映射到专用传输信道上或将要 通过公共传输信道传送的数据送给m a c - c s h 。一个专用逻辑信道可以被同时映 射到d c h 和d s c h 上。m a c d 实体与m a c c s h 之间存在着连接。在上行链路 上，通过该连接将数据传送给m a c - c s h ，以便在由m a c - c s h 处理的传输信道 上传送数据；在下行链路上，通过该连接接收来自m a c c s h 处理的传输信道上 的数据。每个l i e 中都有一个m a c - d 实体。 2 2 2 信道结构 传输信道【0 】介于m a c 层和物理层之间，分为公共和专用的两种，是根据 特征数据怎样在无线接口上传输来分类和描述的。 公共传输信道包括： 随机接入信道r a c h r a c h 是一个上行传输信道，总是在整个小区内进行接收，其特性是带 有冲突检测，并使用开环功率控制。 前向接入信道f a c h f a c h 是一个下行传输信道，在整个小区或小区内某一部分使用波束成 形的天线进行发射，使用慢速功控。 下行链路共享信道d s c h d s c h 是一个被一些u e 共享的下行信道，它与一个或多个下行d c h 相随路。d s c h 在整个小区内发射或者使用波束成形天线在一部分小区 内发射。 公共分组信道c p c h c p c h 是一个上行传输信道，与一个下行链路的专用信道相随路，该专 用信道用于提供上行链路c p c h 的功率控制和c p c h 控制命令，它带 有冲突检测和使用内环功率控制。 广播信道b c h b c h 是一个下行传输信道，用于广播系统或小区特定的信息，总是在 整个小区内发射，并且有一个单独的传输格式 寻呼信道p c h p c h 是一个下行传输信道，总是在整个小区内发送，它的发射与物理 层产生的寻呼指示的发射相随路，以支持有效的体眠模式过程。 专用传输信道仅包括专用信道d c h ，分为上行和下行，是属于一个u e 专用 的传输信道。 逻辑信道介于m a c 层和r l c 层之间。根据m a c 提供的不同类型的数据传 天津大学硕士学位论文 第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 输业务定义了一整套逻辑信道类型。每个逻辑信道类型由其所传输的信息类型所 定义，分为控制信道和业务信道： 控制信道包括： 广播控制信道b c c h b c c h 是广播系统控制信息的下行信道。 寻呼控制信道p c c h p c c h 是传输寻呼信息的下行信道，这个信道在网络不知道u e 的位置 或u e 处于小区连接状态时被使用。 专用控制信道d c c h d c c h 是传输u e 和网络间专用控制信息的点到点双向信道，该信道是 通过r r c 连接建立过程建立起来的。 公共控制信道c c c h c c c h 是传输u e 和网络间控制信息的双向信道，该信道一般是被那些 与网络没有r r c 连接的u e 使用。 业务信道包括： 专用业务信道d t c h d t c h 是属于一个u e 专用的点到点信道，用来传输用户信息，可存在 于上、下行方向。 公共业务信道c t c h c t c h 是一个点到多点的单向信道，用来传输给一组特定l i e 的信息。 逻辑信道到传输信道的映射关系如图2 5 所示。 b c c h p c c h - d c c h c c c h - s h c c h 。c t c h d t c h - s a p s a p s a p s a ps a p s a ps a p b c hp c hc p c hr a c hf a c hu s c hd s c hd c h ( f d dollly)(tdd o n l y ) t r a n s p o r t c h a n l m | s 图2 5 逻辑信道到传输信道的映射情况 图2 5 中双向逻辑信道的映射关系有：c c c h 映射到r a c h f a c h ( 表示上 行c c c h 映射到r a c h ，下行c c c h 到f a c h ) ；d c c h 可映射到r a c h f a c h ， c p c h f a c h r a c h d s c h 或d c h d c h ；d t c h 可映射到r a c h f a c h ， 天津大学硕士学位论文第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 c p c h f a c h r a c h d s c h 或d c h d c h 。 单向逻辑信道的映射关系有：b c c h 映射到b c h 或f a c h ，p c c h 映射到 p c h ，c t c h 映射到f a c h 。 2 2 3m a c 功能及提供给上层的服务 2 2 3 1m a c 提供的业务 数据传输业务：该业务提供m a c 层对等实体间s d u 的非应答模式传 输，不提供任何分段服务。因此，分段和重组功能是由上层实现的； 无线资源和m a c 参数的重分配，该业务是应r r c 的要求执行无线资 源的重分配和m a c 参数的改变，例如u e i d 的改变、t f 或t f c 的改 变、传输信道类型的改变等。 2 2 3 2m a c 层功能 逻辑信道和传输信道之间的映射； 根据瞬时源速率为每个传输信道选择合适的传输格式； 一个u e 数据流之间的优先级处理； 公共传输信道上的u e 标志； 将高层p d u 复用为通过公共传输信道传给物理层的传输块，并将通过 公共传输信道传输的来自物理层的传输块解复用为高层p d u ； 将高层p d u 复用为通过专用传输信道传给物理层的传输块，并将通过 专用传输信道传输的来自物理层的传输块解复用为高层p d u ； 动态传输信道类型切换； 透明r l c 模式的数据加密和解密； i 认c h 传输和c p c h 传输的接入业务等级选择。 2 2 4 层间通信元素：原语 m a c 层与其它层间的交互是从原语的角度描述的，原语表示了m a c 层与 其它层之间信息的逻辑交换。 2 24 1m a c 与物理层问的原语 m a c 层与物理层问的原语1 1 1 1 如表2 1 所示。 天津大学硕士学位论文第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 表2 1m a c 层与物理层间的原语 p a r a m e t e r g e n e r i cn a m e r e q i n d r e s p c n f p h y a c c e s s t r a n s p o r tf o r m a ts u b s e t ， n o td e f i n e da c c e s si n f o r m a t i o n a s cs e l e c t e df o r t r a n s p o r tb l o c ks e tt o b et r a n s m i t t e d ( r a c h ) p h y d a t a t f i ，t r a n s p o r tb l o c kt f l t r a n s p o r t n o td e f i n e d s e t ，c f n c e l l ，p a g i n g b l o c ks e t ，c r c i n d i c a t o r s ( p c h ) c h e c kr e s u l t p h y - c p c h s tt r a n s p o r tf o r m a ts u b s e t n o td e f i n e d t r a n s p o r tf o r m a t a t u s s u b s e t p h y s t a t u sn o td e f i n e de v e n tv a l u en o td e f i n e d p h y - a e e e s s r e q 原语：用来请求接入一个r a c h 或c p c h 传输信道，该原 语应在对等层通信的实际数据被p h y - d a t a 原语传输给物理层之前提交给物理 层。 p h y - a c c e s s c n f 原语：用来证实物理层同步已经建立，也就是说物理层已 经准备好用p h y - d a t a 原语进行数据传输。 p h y - d a t a - r e q 原语：用来请求将通信s d u 传给物理层，该原语在每个传 输信道上的每个1 v r i 内提交一次。 p h y - d a t a - i n d 原语：用来指示从物理层传来的l 2 的s d u ，该原语在每个 传输信道上的每个1 内提交一次。 p h y - c p c hs t a t u s r e q 原语：m a c 层用来请求在c s i c h 上广播的c p c h 状态信息，参数传输格式子集将限制c p c h 状态信息请求到给定c p c h 集中的 一定受限数量的c p c h 信道。 p h y - c p c hs t a t u s c n f 原语：是l l 用来指示在c s i c h 广播的c p c h 状态 信息，状态信息是从u e 能采用的传输格式子集的角度来表示的。该原语只f d d 模式中有。 p h y - s t a t u s i n d 原语：是l l 用来指示给高层某事件已经发生。 参数说明： e v e n tv a l u e ：事件值，包括：已经到达最大传输功率、已经到达允许的传输 功率、平均传输功率低于允许传输功率等。 a c c e s si n f o r m a t i o n ：准备好r a c h 数据传输、收到a i c h 或a p a l c h 上的 负应答、准备好c p c h 数据传输等。 天津大学硕士学位论文 第二章f d d 模式的m a c 协议介绍 t r a n s p o r tb l o c k 1 2 1 ：传输块t b ，就是一个m a cp d u ，是物理层与m a c 交 换的基本单元，给物理层处理，然后物理层给每个t b 加一个c r c 。 t r a n s p o r tb l o c ks e t ：传输块集t b s ，即一组传输块，是物理层与m a c 在同 一传输信道上同时间间隔内交换的。 t r a n s p o r tb l o c ks i z e ：传输块大小，即一个t b 中的比特数，在一个给定的 t b s 中传输块大小总是固定的，也就是说一个t b s 中的所有t b 大小都相同。 t r a n s p o r tb l o c ks e ts i z e ：传输块集大小，即一个t b s 中的比特数。 t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l ：传输时间间隔t 1 1 ，等于一个t b s 被物理层传 输到无线接口上的周期，通常是最小交织周期的整倍数，每个1 中m a c 传输 一个t b s 给物理层。 t r a n s p o r tf o r m a t ：传输格式，定义为一