（信号与信息处理专业论文）tdfemtocell无线资源控制层技术研究与实现.pdf

重庆邮大学硕士论文 摘要 摘要 目前常用的第三代移动通信技术，因其自身特性制约，在密集市区室内信号覆 盖方面，质量难以达到高速数据业务的需求。因此，适合于t d s c d m a 制式室内 深度覆盖的毫微微蜂窝基站技术( t d f e m t o c e l l ) ，成为无线通信领域主要的发展 趋势之一。 本文首先通过对3 g p p 发布的r r c 层协议标准进行深入分析和研究，掌握了 t d f e m t o c e l l 屺层的功能以及i u 过程。在熟悉了砌屺层技术的基础上，根 据t d f e m t o e e l lr r c 层子系统的功能需求，针对r r c 层事务性、并行性和实时性 的特点，给出了t d f e m t o c e l l 协议栈软件r r c 子系统的设计和实现方案。该方案 满足系统要求，能对r r c 子系统和整个t d f e m t o c e l l 协议栈进行有效的管理，目 前已平稳运行于整个t d f e m t o e e l l 系统中，并已投入商用。在r r c 子系统的整体 设计方案之下，本文给出了r r c 子系统核心模块：决策控制模块、核心数据管理 子系统的详细设计方案及实现方法，并通过单元测试验证模块运行的一致性和可 靠性。本文所给出的决策控制模块的设计方案，已撰写为专利 一 影 r b 连接释放过程已完 成，重置状态标记 r r c s t a t e f l a g 为0 将该l i e 在状态表1 中所对应状态改 为r r c e s t a b l i s 脏d 结束 彩 i m 链接建立成功 信令 墨主竺堡 r b 连接建立过程己完 成，重置状态标记 r r e s t m e f l a g 为0 将该u e 在状态表1 装所 对应状态改为i 氓c e s t a b l i s h e d r b 图4 6 决策控制模块设置上行信令所对应的状态表1 及状态标记中的信息 3 1 ) 若信令类型属于表4 1 所示状态转移表l ，则如图4 6 所示，修改无线资 源状态标记r r c s t a t e f l a g 信息： 3 1 1 ) 若为上行r r c 连接释放回复信令，则设置无线资源状态标记为 r r c s t a t e f l a g 为o ；若为r r c 连接释放成功信令，将状态转移表1 中的r r c 状态 改为r r ci d l e 若为失败信令，r r c 状态不变，结束过程。 3 1 2 ) 若为上行r b 连接释放回复信令，则设置无线资源状态标记r r c s t a t e f l a g 为0 ；若为r b 释放成功信令，则将状态转移表l 中的r r c 状态改为r r c e s ，i = f 蛔：l i s h e d ，否则，r r c 状态不变，过程结束。 3 1 3 ) 若为上行r b 连接建立成功信令，则设置无线资源状态标记r r c s t a t e f l a g 为0 ，若为上行r r c 连接释放成功信令，将状态转移表l 中的r r c 状态改为 r r ce s t a b l i s h e dr b ，否则，r r c 状态不变，过程结束。 3 2 ) 若信令类型属于状态转移表2 ，如图4 6 所示，此处为上行信令，因此设 置信令收发标记t r a i ln a g 为1 0 。 3 3 ) 转入步骤4 。 重庆邮电大学硕士论文 第四章决策控制模块的设计与实现 4 2 4 决策控制模块性能优点 与现有决策控制技术相比，本决策控制模块具有如下技术效果： 针对t d f e m t o c e l l 毫微微基站r r c 层控制面大量信令交互的情况，满足了系 统对信令交互业务实时性的严格要求，对r r c 事件并行性的要求，同时节约了系 统资源与无线资源，避免无效的信令交互。该决策控制模块设计方案主要存在以 下四个优点： l 、在信令交互的及时性方面，通过两张记录u e 无线资源分配情况的状态转 移表，决策控制模块可以快速确定对该事件的处理方式。准确简洁，避免了无效 信令的发送，节约了系统资源。 2 、在信令交互连续性方面，采用了无线资源状态标记r r c s t a t e f l a g 和信令收 发标记t r a nf l a g ，记录了由多条信令组成的r r c 事件的进展的情况。使决策控制 模块具有了记忆功能，保证了信令交互过程的连续性，提高了系统的检错率。 3 、决策控制模块具有可扩展性。对于新增类型的信令，只需在状态转移表中 添加该类信令条目即可。信令收发标记t r a nf l a g 目前可支持最多3 2 条信令的同时 交互，且具有很好的扩容性，如果以后信令类型多于3 2 条，只需增加信令收发标 记的位数即可。 4 、决策控制模块可以支持t d f e m t o c e l l 好微微基站同时与多个u e 并行信令 交互，以及每个l i e 与基站之间并行的多条信令交互，可以很好的满足多u e 与一 个t d f e m t o c e l l 基站之间同时交互多条信令的要求。 4 2 5 决策控制模块的测试 1 软件开发与测试环境 软件系统：t d f e m t o e e l l 用户设备端r r c 子系统 开发环境：开发工具：v h n - 6 3 8 2 编程语言：c 语言 支持库：g l i b c 2 3 4 编译器：g c c 3 4 4 调试器：g d b 2 6 操作系统：目标模块所运行的操作系统 l i n u x r e l e a s e ：c e n t o s 测试环境：运行平台：p c l i n u x c p u 类型：p 4 1 4 g 内存大小：5 1 2 m 3 7 重庆邮电大学硕士论文第四章决策控制模块的设计与实现 2 连接管理功能测试 ( 1 ) 功能描述 决策控制模块负责实时监测r r c 事件的到来，包括上层请求、下层报告和收 到的对端r r c 消息，并对这些时间进行处理，触发相应的r r c 过程。 ( 2 ) 测试方法 如表4 3 所示在不同的场景下构造不同的砒蛇事件输入该模块，观察该模块 是否触发了相应的过程。 表4 3 决策控制模块测试用例 r r c 事件u e 状态预期结果测试结果 上行r r c 连r r ci d l e将连接建立请求递交给上层将连接建立请求递交给上层 接建立请求 信令 下行r r c 连 r r c i d l e 发起r r c 连接建立过程，发发起r r c 连接建立过程，发 接建立消息送下行r r c 连接建立信令送r r c 连接建立信令 上行r r c 连 r r c i d l e 将连接建立完成消息递交上将连接建立完成消息递交上 接建立完成层，改变u e 状态为层，改变u e 状态为 信令 r r c e s t a b l i s h e d r r ce s t a b l i s h e d 下行r r c 连 r r c e s t a b 发起r r c 连接释放过程发起r r c 连接释放过程，通 接释放消息l i s h e d ( c c c h ) ，通知上层，改变u e知上层，改变u e 状态为 ( c c c h )状态为r r c i d l e r r ci d l e 下行砌屺连 r r c e s t a b 发送下行r r c 连接释放信发送下行r r c 连接释放信 接释放消息l i s h e d令，记录发送情况为已发送令，记录发送情况为已发送 ( d c c h ) 上行r r c 连 r r c _ e s t a b 发起r r c 连接释放过程发起r r c 连接释放过程 接释放完成 l i s h e d ( d c c h 0 ，通知上层，重置发0 3 c c f 0 ，通知上层，改变u e 信令( d c c h )送情况，改变u e 状态为 状态为鼬汇i d l e r r c i d l e 下行r b 连接 r r c e s t a b 发起无线承载建立过程，发送发起无线承载建立过程，发送 建立消息l i s h e d下行r b 连接建立信令下行r b 连接建立信令 上行r b 连接 r r c _ e s t a b将r b 连接建立完成消息递交 将r b 连接建立完成消息递交 建立完成信 l i s h e d上层，改变u e 状态为上层，改变u e 状态为 令r r ce s t a b l i s h e dr br r c e s t a b l i s h e d r b 上行r b 连接 r r c e s t a b 保持原状态不变，重置发送情保持原状态不变，告知上层 建立失败信l i s h e d况标记，告知上层 重庆邮电大学硕士论文 第四章决策控制模块的设计与实现 令 下行r b 连接 r r c e s t a b 发送下行r b 连接释放信令，发送下行r b 连接释放信令， 释放消息l i s h e dr b记录发送情况为已发送记录发送情况为已发送 上行r b 连接 r r c e s t a b 发起r b 连接释放过程，重置发起r b 连接释放过程，改变 释放完成消 l i s h e d r b 发送情况，改变u e 状态为 u e 状态为 息 r r c e s t a b l i s h e dr r c e s t a b l i s h e d 上行r b 连接 r r c _ e s t a b保持原状态不变，重置发送情 保持原状态不变，重置发送情 释放失败消 m s h e d _ p b 况标记，告知上层 况，告知上层 息 下行安全模 r r c e s t a b 发送下行安全模式信令，记录发起安全模式过程，记录发送 式命令消息 l i s h e d r b 发送情况为已发送情况为已发送 上行安全模 r r c e s t a b 发起安全模式过程，重置发送发起安全模式过程，重置发送 式命令完成 l i s h e d _ r b 情况标记情况 消息 上行安全模r r ce s t a b保持原状态不变，重置发送情保持原状态不变，重置发送情 式命令失败 l i s h e d _ r b 况标记，告知上层况，告知上层 消息 下行r b 重配 r r c e s t a b 发送下行r b 重配置信令，记发送下行i m 重配置信令，记 置消息 l i s h e d r b 录发送情况为已发送录发送情况为已发送 上行r b 重配 r r c e s t a b 发起r b 重配置过程，重置发发起r b 重配置过程，重置发 置完成消息 l i s h e d _ r b送情况标记 送情况标记 上行r b 重配 r r c e s t a b 保持原状态不变，重置发送情保持原状态不变，重置发送情 置失败消息l i s h e d r b 况标记，告知上层况标记，告知上层 下行传输信 r r c e s t a b 发送下行传输信道重配置信发送下行传输信道重配置信 道重配置消 l i s h e d _ r b 令，记录发送情况为已发送令，记录发送情况为已发送 息 下行传输信r r ce s t a b发起传输信道重配置过程，重发起传输信道重配置过程，重 道重配置完 l i s h e d _ r b 置发送情况标记置发送情况标记 成消息 下行传输信 p g ce s t a b保持原状态不变，重置发送情 保持原状态不变，重置发送情 道重配置失r u s h e dm 3况标记，告知上层况标记，告知上层 败消息 ( 3 ) 结果分析 重庆邮电大学硕士论文 第四章决策控制模块的设计与实现 通过测试输出表明，决策控制模块能够处理包括上层事件、下层报告的事件以 及对端发送的r r c 消息，并触发相应的r r c 过程。 4 3 本章小结 本章首先对r r c 决策控制功能进行描述，对现有的r r c 决策控制功能的不足 进行分析，在此基础上给出了满足t d f e m t o e e l l 系统需求的r r c 决策控制模块的 设计方案，归纳总结出该模块的实现机制，详述了处理流程。最后给出了该模块 的测试场景，测试表明，该模块实现了所定义的功能。 该模块的实现方法已撰写为专利 t f c ； t y p e d e fs t r u c t n o d e t y p ei n ； u i n t 8u e _ i d _ t y p e ； u d 汀3 2u - m t i ； i 肿1 6 c - m t i ； r a d i o b e a r m s gr a d i o _ b e a r _ m s g 3 2 ； d i l c h l s tm - 1 c h l s t ； u i n t 8u e _ s t a t e ； 、，0 i d t f c - s u b s e t ； u i n t 8t f c _ n u m ； t f cf f c s m a x _ t f c _ p e r _ u e ； d c h l n f o t a b l ed c h _ i n f o _ t a b l e 3 2 ； d x c h i n f o l s td x c hi n f o _ _ l s t ； u e n o d e ； t y p e d e fl i s t t y p ed 1 l c h l s t ； t y p e d e fd 1 l c h i n f od 1 l c h n o d e ； t y p e d e fs t r u c t u i i n t 8r b _ i d ； d l l e h i n f od ll c hi n f o ； u i l c h i n f ou l l c hi n f o ； r a d i o b e a r m s g ； t y p e d e fs t r u c t n o d e t y p ei n ； v o i d m a e _ e n t i t y _ i n f o _ p ； v o i d p d c p _ e n t i t y _ i n f o _ p ； u i n t 8t r c h _ t y p e ； u i n t 8t r c h _ i d ； u i n t 8r l c _ m o d e ； v o i d d cm o d ei n f o ； 4 5 重庆邮电大学硕士论文 第五章核心数据管理子系统的设计与实现 u i n t 8i c h _ t y p e ； u i n t 8i c h _ n u m ； u i n t 8u _ i c h _ _ i d ； u i n t 8c i c h i d ； l c h d a t a l s tu i c h d a t a _ i s t ； l c h d a t a l s tc _ i c h _ d a t a j s t ； d i l c h i n f o ； t y p e d e fs t r u c t l i s t t y p cl h ； u i n t 3 2b y t e s i z e ； l c h d a t a l s t ； t y p e d e fs t m c t v o i d m a c _ e n t i t y _ i n f o _ p ； v o i d p d c p _ e n t i t y _ i n f o _ p ； u i n t 8t r c h _ t y p c ； u i n t 8t r c h _ i d ； u i n t 8r l c _ m o d e ； v o i d r l c _ m o d e _ i n f o ； u i n t 8i c h _ t y p e ； u i n t 8i c h _ n u m ； u i n t 8u _ l c h _ i d ； u r n t 8c i c h i d ； u i l c h l n f o ； 3 、传输信道索引结构 考虑到t d f e m t o c e l l 中，上层的资源的分配是按照传输信道给出了一个传输格 式的集合( 通过不同的传输格式来象征不同的可用带宽资源) 。所以，最终需要按 照传输信道，为每条传输信道确定传输格式，从而为映射到该传输信道的每条逻 辑信道确认发送数据的大小。这里，以各个传输信道为索引，分别包括专用信道 ( d e m c 锄e dc h a n n e l ，d c h ) 、随机接入信道( r a n d o ma c c e s sc h a n n e l ，r a c h ) 、 前向接入信道( f o r w a r d a c c e s sc h a n n e l ，f a c h ) 、寻呼信道( p a g i n gc h a n n e l ，p c h ) 、 上行共享信道( u p l i n ks h a r e dc h a n n e l ，u s c h ) 、下行共享信道( d o w n l i n ks h a r e d c h a n n e l ，d s c h ) 。d c h 的类型中又分为了不同的u e 、每个u e 又将具有3 2 条 d c h 传输信道。这里若是d c h 类型的传输信道，如图5 2 ，可在该传输信道上索 引到在d c h 上传输的所有u e 信息，在每个u e 信息中又能索引到该u e 在每条 重庆邮电大学硕士论文 第五章核心数据管理子系统的设计与实现 d c h 信道上传输的所有逻辑信道的信息。从而能够实现从d c h 类型 州虺 1 压的每条d c h 信道每条d c h 信道上的逻辑信道信息的查询 过程；r a c h 在t d f e m t o c e l l 端只是接收上行来的数据，并且只有条r a c h 类 型的传输信道，并不区分u e ，所以这里仅保存接收时m a c 所需要的必要信息； p c h 在t d f c m t o c c l l 端作为一个发送的信道，不区分u e 并且只有p c c h 上的数 据会映射到p c h 上，故这里只需保存p c c h 的逻辑信道信息；f a c h 信道上不区 分u e ，映射到f a c h 上有三种逻辑信道的数据d t c h d c c h 、s h c c h 、c c c h ， s h c c h 和c c c h 信道上不区分u e 可以直接寻址，但d t c h d c c h 的数据是区分 u e 的，故在调度该逻辑信道上的数据时，需要索引到映射到f a c h 上的d t c h 逻 辑信道上的所有u e 的数据信息。 传输信道索引结构定义的主要数据结构如下所示： t r c h i n f og _ t r c h _ i n f o ； t y p e d e fs t r u c t d c h i n f od c h _ i n f o ； r a c h i n f or a c h _ i n f o ； f a c h i n f of a c h _ i n f o ； p c h i n f op c h _ i n f o ； u s c h l n f ou s c hi n f o ；* s h a l ln o tb ed e f i n e di nt h i sv e r s i o n | d s c h i n f od s c hi n f o ；卜s h a l ln o tb ed e f i n e di nt h i sv e r s i o n | t r c h i n f o ； t y p e d e fs t r u c t u s c h l n f o ； t y p e d e fs t r u c t d s c h l n f o ； t y p e d e fs t r u c t l i s t t y p ed ld c h _ u e l s t ； l i s t t y p eu l _ d c hu el s t ； d c h i n f o ； t y p e d e fs t r u c t n o & t y p ei n ； u e n o d e u e n o d e _ p ； d 1 d c h u e n o d e ； t y p e d e fs t m c t u i n t l 6t b s i z e ； 4 7 重庆邮电大学硕士论文 第五章核心数据管理子系统的设计与实现 u i n t l6t b _ n u m ； r r u t t it t i ；e n u m1 02 04 08 0 u i n t 8 t 丘； ) t f ； t y p e d e fs t r u c t u i n t 8i f _ h u m ； t ft f m a x _ t f _ p e r _ t r c h ；t f sm a x = 3 2 u i n t 8d lm u t i _ f l a g ； u i n t 8u l m u t i _ f l a g ； d i d c h l c h l s td l _ d e hi c hl s t ； d c h l n f o t a b l e t y p e d e fl i s t t y p ed 1 d c h l c h l s t ； t y p e d e fs t r u c t n o d e t y p ei n ； d 1 l c h l n f o m - l c hi n f o p ； d i d c h l c h n o d e ； t y p e d e fs t r u c t n o d e t y p ci n ； u e n o d e 拳u c _ n o d e _ p ； u i d c h u c n o d e ； t y p e d e fs t r u c t u i n t 8s i n g l c _ _ s h c c h ； r a c h l , # o ； t y p e d e fs t r u c t v o i d t f c s ； u i n t 8t f c s i ； u i n t 8s i n g l es h c c h ； s h c c h m s g s h c c hr n s g _ p ； c c c l l m s g c c c hm s g _ p ； d x c h i n f od x c hi n t o ； f a c h i n f o ； t y p e d e fs t r u c t d i d x c h u e l s td ld x c hu el s t ； d x c h l n f o ； 4 8 重庆邮电大学硕士论文 第五章核心数据管理子系统的设计与实现 t y p e d e fs t r u c t n o d e t y p ei n ； u e n o d e u e n o d e _ p ； d 1 d x c h u e n o d e ； t y p e d e fl i s t t y p ed x c h i n f o l s t ； t y p e d e fs t m c t n o d e t y p ei n ； d 1 l c h l n f o m - l c h _ _ i n f o _ p ； d x c h i n f o n o d e ； t y p e d e fs t r u c t v o i d t f c s ； u i n t 8t f c i ； p c c h m s g p c c h _ m s g _ p ；* g _ c o mc hm s g p c c h _ m s g p c h i n f o ； 5 1 3 核心数据管理子系统函数描述 t d f e m t o c e l l 核心数据管理子主要是是为系统各模块提供核心数据的查询、修 改及使用功能，系统的特性决定了该层具有平行层次函数多而繁杂，递进调用函 数较少的特点，系统主要功能函数描述如表5 1 所示。 表5 1 核心数据管理子系统函数描述 函数名功能所属索引结构 c r e a t e u e n o d e o 建立并初始化一个l i e 节点l i e 索引结构 d e l e t et i er r cs t a t e _ n o d e o 删除一个u e 节点，收回对其分配 u e 索引结构 的所有资源 a d d _ 们h o 为指定u e 添加一个传输信道u e 索引结构 传输信道索引结构 d e l e t e d 1 1 c ho nt r c h 0 在指定的e r e 上，删除一个逻辑信l i e 索引结构 道对下行传输信道的映射关系 d e l e t e d l t m h o 删除指定l i e 的一个下行传输信 l i e 索引结构 道 重庆邮电大学硕士论文第五章核心数据管理子系统的设计与实现 d e l e t e u l l c h o n t r c h o 在指定的u e 上，删除传输信道对l i e 索引结构 一个上行逻辑信道的映射关系 d e l e t e u l t r c h 0 删除指定l i e 的一个上行传输信l i e 索引结构 道 m o d i f yt r c h 0 修改一个传输信道u e 索引结构 传输信道索引结构 a d d d 1 1 c h _ _ b y _ p r i o r i t y o 按照优先级在传输信道中增加下传输信道索引结构 行逻辑信道映射关系 d e l e t e d l _ l c h _ b y _ p r i o r i t y o 在一个专用信道中，删除优先级传输信道索引结构 不同的下行逻辑信道 d e l e t ed ll c hh s d s c h _ b y _ p r i o r i t根据优先级删除下行逻辑信道到传输信道索引结构 y o 高速下行共享信道的映射关系 a d d u e u l d c h 0 添加上行专用信道u e 索引结构 d e l e t e u e u l d c h o 删除上行专用信道l i e 索引结构 a d d u e d l d c h 0 添加下行专用信道l i e 索引结构 d e l e t e u e d l d c h 0 删除下行专用信道u e 索引结构 a d d d 1 1 c hd x c h _ f a c h o 在前向接入信道中增加下行逻辑传输信道索引结构 信道映射关系 a d d d l i c h d x c h _ f a c h 0 在前向接入信道中删除下行逻辑传输信道索引结构 信道映射关系 a d du ed x c h _ f a c h 0在前向接入信道中加入指定u e传输信索引结构 节点的信息 d e l e t e u e _ d x c h _ _ f a c h 0 在前向接入信道中删除指定u e传输信道索引结构 节点的信息 a d dh s d s c h 0在u e 节点中添加高速上行共享 u e 索引结构 信道的信息 a d dd ll c hh s d s c h _ b y _ p f i o r i t y 0按照优先级在高速下行共享信道传输信道索引结构 上添加下行逻辑信道映射关系 重庆邮电大学硕士论文第五章核心数据管理子系统的设计与实现 甜d - u u o g _ c h o 添加一个上行逻辑信道 u e 索引结构 a d d _ u u o g _ c h o 删除一个上行逻辑信道u e 索引结构 a d du l r l c 0添加上行r l c 配置信息u e 索引结构 d e l e t e _ u l r l c o 删除上行r l c 配置信息 u e 索引结构 a d d d l r i c o 添加下行r l c 配置信息u e 索引结构 d e l e t e _ d l r l c o 删除下行r l c 配置信息u e 索引结构 a d du l r b o添加一个上行i mu e 索引结构 d e l e t eu l _ r b 0删除一个上行r bl i e 索引结构 a d d _ d l _ r b o 添加一个下行r bu e 索引结构 d e l e t e _ d l _ r b 0 删除一个下行r bu e 索引结构 a d d _ d l _ l o g _ c h o 添加一个上行逻辑信道u e 索引结构 d e l e t ed u o g _ c h o删除一个上行逻辑信道u e 索引结构 a d d _ p d c p o 添加p d c p 配置信息u e 索引结构 d e l e t ep d c p o删除p d c p 配置信息u e 索引结构 a d d _ _ r b o 添加一个r bu e 索引结构 d e l e t e _ r b o 删除一个r bu e 索引结构 a d d _ s r b 0 0 添加信令无线承载0 ( s r b 0 ) l i e 索引结构 d e l e t e _ s r b 0 0 删除信令无线承载o ( s r b o ) u e 索引结构 m o d i f y _ r b 0 修改一个r bu e 索引结构 g e tr b _ i n f 0 0 查询指定r