（通信与信息系统专业论文）hspa张端mac层增强cell_fach的研究与实现.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 近年来，随着国内3 g 移动网络的全面部署和成熟，3 g 相关业务呈现快速发展 的态势，用户开始规模增长，宽带数据业务在移动市场得到规模应用。但是高速数 据服务，尤其是视频、音乐、游戏等业务的引入对移动网络不断提出新的要求，用 户数量以及数据流量的快速增长势必对现有移动网络形成巨大的挑战。因此，如何 获得更高的速率，更大的系统容量，更完美的用户体验，如今则更成为焦点。在3 g p p r e l e a s e 8 中，h s 骅汁作为h s d p a h s u p a 的演进，通过引入一系列增强技术，使网 络性能获得极大提升。基于h s p a + 的无线网络在频谱效率、峰值速率和时延方面的 性能均有显著提高，实现了用户速率和网络容量的提升，同时达到了充分利用现有 的网络资源潜力的目的。 本文以m a c 层为重点，主要对h s p a + 增强c e l l f a c h 状态下的增强随机接 入过程和上下行分组数据传输过程进行研究。首先，介绍了t d s c d m a 系统无线 接口终端侧协议栈结构，主要针对h s p a + 中m a c 子层新增实体以及原有实体的变 化进行了相关的介绍。接着，对h s p a + 增强c e l l f a c h 状态下的增强随机接入过 程和上下行分组数据传输过程的相关协议进行研究。然后在此基础上，重点对增强 随机接入和数据传输流程进行了设计实现，详细阐述协议栈各层之间的通信过程， 并在前面流程实现的基础上，对增强c e l lf a c h 下数据传输过程中m a c 子层新 增m a c i i s 实体、m a c e h s 实体的数据处理实现方案进行了详细阐述。最后，介 绍了h s p a 十高层协议测试的基本概念和基本原理，从硬件和软件两个方面详细介绍 用于h s p a 十高层协议测试的1 删板集测试环境，并编写设计测试例，分析测试结 果验证了功能实现的正确性。 关键词：增强高速分组接入，媒体接入控制层，增强c e l lf a c h ，树表结合表示 法 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 i nr e c e n ty e a r s ，丽t 1 1t h ef u l ld e p l o y m e n ta n dm a t u r eo fd o m e s t i c3 gn e t w o r k , t h e r e i sat r e n do fr a p i dd e v e l o p m e n ti n3 g r e l a t e db u s i n e s s u s e r sb e g i nt og r o wo nal a r g e s c a l ea n db r o a d b a n dd a t as e r v i c e si nt h em o b i l em a r k e ti se x t e n s i v e l ya p p l i e d h o w e v e r l l i g hs p e e dd a t as e r v i c e s ，s u c ha sv i d e o ，m u s i c ，g a m e si n t r o d u c en e wd e m a n d so nt h e m o b i l en e t w o r kc o n t i n u o u s l y r a p i dg r o w t hi nt h en u m b e ro fu s e r sa n dd a t af l o wi sb o u n d t of o r mah u g ec h a l l e n g et o w a r d st h ee x i s t i n gm o b i l en e t w o r k s t h e r e f o r e ，h o wt o a c h i e v eh i g h e rr o t e s ，m o r es y s t e mc a p a c i t y , b e t t e ru s e re x p e r i e n c e ，n o wb e c o m e st h e f o c u s i n3 g p pr e l e a s e 8 ，a st h ee v o l u t i o no fh s d p a h s u p a , h s p ! a + e n a b l e sag r e a t u p g r a d eo fn e t w o r kp e r f o r m a n c eb yi n t r o d u c i n ga s e r i e so fe n h a n c e dt e c h n o l o g y w n - e l e s s n e t w o r kb a s e do nh s p a + s i g n i f i c a n t l yi m p r o v e si nt h ea r e a so fs p e c t r u me f f i c i e n c y , p e a l 【 r a t ea n dd e l a yp e r f o r m a n c e ，w h i c he n a b l e se n h a n c e m e n to fu s e r sr a t ea n dp r o m o t i o no f n e t w o r kc a p a c i t ya n da c h i e v e st h ep u r p o s eo fm a k i n gf u l lu s eo ft h ep o t e n t i a lo fe x i s t i n g n e t w o r kr e s o u r c e s t h i sa r t i c l ef o c u s e so nt h em a c l a y e r , m a i n l yc o n d u c t sar e s e a r c ho nt h ee n h a n c e d r a n d o ma c c e s sp r o c e d u r ea n du p l i n ka n dd o w n l i n kp a c k e td a t at r a n s m i s s i o np r o c e d u r ei n e n h a n c e dc e l l - f a c h f i r s to fa l l ，i tg i v e sad e s c r i p t i o no fa r c h i t e c t u r eo fw i r e l e s s i n t e r f a c et e r m i n a lp r o t o c o ls t a c ki nt h et d - s c d m as y s t e m , w h i c hp r i m a r i l yi n t r o d u c e s t h en e we n t i t yo fm a c s u b - l a y e ra n dt h ec h a n g e so ft h eo r i g i n a le n t i t yi nh s p a + t h e n , i ts t u d i e sr e l a t e dp r o t o c o l so ft h ee n h a n c e dr a n d o ma c c e s sp r o c e d u r ea n dp a c k e td a t a t r a n s m i s s i o np r o c e d u r ei ne n h a n c e dc e l l - f a c hi nh s p a + a n dt h e n , o nt h eb a s i s b e f o r e ，i tf o c u s e so nt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe n h a n c e dr a n d o ma c c e s sa n d p a c k e td a t at r a n s f e rp r o c e s s ，w h i c he l a b o r a t e so nt h ec o m m u n i c a t i o np r o c e s sb e t w e e nt h e s u b - l a y e r so f t h ep r o t o c o ls t a c k o nt h eb a s i so f t h ei m p l e m e n t a t i o no f p r e v i o u sp r o c e s s ，i t d e t a i l si nd a t ap r o c e s s i n gs c h e m eo ft h en e we n t i t yo fm a c s u b - l a y e rn a m e dm a c i i s a n dm a c - e h sd u r i n gd a t at r a n s m i s s i o ni ne n h a n c e dc e l l - f a c h f i n a l l y , i ti n t r o d u c e s t h eb a s i cc o n c e p t sa n dp r i n c i p l e so fh i g h - l e v e lp r o t o c o ls t a c kt e s ti nh s p a + ，g i v e sa d e s c r i p t i o no ft h et t c nb o a r di n t e g r a t e dt e s tc i r c u m s t a n c ei nh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ， d e s i g n st e s tc a s e sa n dg i v e sa l la n a l y s i so ft e s tr e s u l t sw h i c hp r o v et h ec o r r e c t n e s sa n d f e a s i b i l i t yo f t h ed e s i g ni nt h i sa r t i c l e k e yw o r d s ：h s p a + , m a c ，e c e l l f a c h ，t t c n 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 3 g 3 g p p 6 4 q a m a m a s c a s p b c c h c p c c q i c 脚 d c c h d p c h d r x e - a g c h e d c h e p u c h e r n l l 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 眦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 6 4 q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n a c k n o w l e d g e dm o d e a c c e s ss e r v i c ec l a s s 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 o n t i n u o u sp a c k e tc o n n e c t i v i t y c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t i o n c o d er e s o u r c er e l a t e di n f o r m a t i o n 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 dp h y s i c a lc h a n n e l d i s c o n t i n u o u sr e c e i v e e d c ha b s o l u t eg r a n tc h a n n e l e n h a n c e dd e d i c a t e dt r a n s p o r tc h a n n e l e n h a n c e du p l t n k p h y s i c a lc h a n n e l e - d c hr a d i on e t w o r kt e m p o r a r yi d e n t i f i e r e r u c c he - d c hr a n d o ma c c e s su p l i n kc o n t r o lc h a n n e l e t f c e u c c h f a c h f p a c h g m m h a r q h r 阿兀 e d c ht r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o n e d c hu p l i n kc o n t r o lc h a n n e l f o r w a r da c c e s sc h a n n e l f a s tp h y s i c a la c c e s sc h a n n e l g p r sm o b i l i t ym a n a g e m e n t h y b r i d - a u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t h s - d s c hr a d i on e t w o r kt e m p o r a r yi d e n t i f i e r h s d p a h i g hs p e e dd o w n l i n kp a c k e ta c c e s s h s u p a h i g hs p e e du p l i n kp a c k e ta c c e s s v 第三代移动通信 第三代合作项目 正交幅度调制 确认模式 接入服务等级 抽象服务原语 广播控制信道 连续性分组连接 信道质量指示 码道资源相关信息 专用控制信道 专用物理信道 非连续接收 e d c h 绝对授权信道 增强型专用传输信道 增强型上行物理信道 e d c h 无线网络临时 标识 e d c h 随机接入上行 控制信道 e - d c h 传输格式集 e d c h 上行控制信道 前向接入信道 快速物理接入信道 g p r s 移动性管理 混合自动重传请求 h s d s c h 无线网络 临时标识 高速下行分组接入 高速上行分组接入 重庆邮电大学硕士论文 缩略表 h s - d s c h h i g h s p e e dd o w n i i n ks h a r e dc h a n n e l h s s c c hs h a r e dc o n t r o lc h a n n e lf o rh s d s c h h s s i c hs h a r e di n f o r m a t i o nc h a n n e lf o rh s d s c h i u t m a c m i m o m e p m m i m s c n a s p c c h p c h p c o p d c p p r a c h p i u u q p s k r a c h r d i i 也c l u 屺 i 迟n s a p s c c p c h s i 也 t d d t f c 田 u u t s n t ，删 ，r n u m i m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s t m e d i u ma c c e s sc o n t r o l 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 a c l o g i c a lc h a n n e lp r i o r i t y m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e 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 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 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 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 lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l p o w e rr e s o u r c er e l a t e di n f o r m a t i o n q u a d r a t u r ep h a s es 1 1 i nk e y i n g r a n d o ma c c e s sc h a n n e l r c s o u r c cd u r a t i o ni n d i c a t o r r a d i ol i n kc o n t r o l r a d i or e s o u r c ec o n t r o l r e t r a n s m i s s i o ns e q u e n c en u m b e r s e r v i c ea c c e s sp o i n t s s e c o n d a r yc o m m o np h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l s i g n a l l i n gr a d i ob e a r e r t i m ed i v i s i o nd u p l e x t r a n s p o r tf o r m a tc o m b m a t i o n t i m e s l o tr e s o u r c er e l a t e di n f o r m a t i o n t r a m p o r ts e q u e n c en u m b e r t r e ea n dt a b u l a rc o m b m e dn o t a t i o n t r a n s m i s s i o nt i m i n gi n t e r v a l u n a c k n o w l e d g e dm o d e v i 高速下行共享信道 h s d s c h - 一、 1 青垣 h s d s c h 信道 被测实体 共享控制 共享信息 媒质接入控制 多输入多输出 m a c 逻辑信道优先级 人机界面 消息序列图 非接入层 寻呼控制信道 寻呼信道 控制观察点 分组数据汇聚协议 物理随机接入信道 功率资源相关信息 四相相移键控 随机接入信道 资源持续指示 无线链路控制 无线资源控制 重传序列号 业务接入点 辅公共控制物理信道 信令无线承载 时分双工 传输格式组合 时隙资源相关信息 传输序列号 树表结合表示法 传输时间间隔 非确认模式 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1t d h s p a + 概述 1 1 1t d h s p a + 发展背景 第一章绪论 随着h s p a 网络在世界各地的部署与商用，全球3 g 呈现快速发展的态势，用 户开始规模增长，宽带数据业务在全球移动市场得到规模应用。但是高速数据服务， 尤其是视频、音乐、游戏等业务源的引入对移动网络不断提出新的要求，用户数量 以及数据流量的快速增长势必对现有移动网络形成巨大的挑战。因此，如何获得更 高的速率，更大的系统容量，更完美的用户体验，如今则更成为焦点。 在3 g p pr 8 中，h s p a + 作为h s d p a h s u p a 的演进，通过引入一系列增强技 术，使网络性能获得极大提升，基于h s p a 的无线网络在频谱效率、峰值速率和时 延方面的性能均有显著提高，实现了用户速率和网络容量的提升，同时达到了充分 利用现有的网络资源潜力的目的。h s p a + 以其优异的性能和良好的技术延续性，得 到诸多运营商的青睐，中国移动和中国联通建设的3 g 网络目前己全面采用h s p a 技术，具备向h s p a + 平滑演进的能力。 h s p a + 的主要特性包括t 上下行对高阶调制方式的支持、层2 增强特性、连续 分组连接( c p c ) 、多输入多输出技术等。在当前规范下，所有跟m i m o 类似的r 8 特性对h s p a + 数据终端而言都是可选的。随着移动通信市场的发展，h s p a + 越来 越成为业界关注的焦点，其商业化进程也在日益加速。 1 1 2t d h s p a + 关键技术 为了达到更高的峰值速率、更高的资源利用率以及更低的传输时延的目标，从 而提供更高质量、更高速率的服务，h s p a + 中明确增加了6 4 q a m 下行调制技术、 增强c e l l f a c h 状态、连续性分组连接技术、增强层2 技术以及m i m o 技术f l j o 1 1 2 16 4 q a m 下行调制技术 在h s p a + q h 三j l x , 后6 4 q a m 技术，可以大幅提高频谱利用效率。在r 4 版本中 数据的下行调制采用的是q p s k 方式，一个符号代表2 个比特。而h s p a + 中新引入 的6 4 q a m 调制每个符号可以承载6 个比特，所以理论上6 4 q a m 的数据速率是 q p s k 的3 倍，峰值速率可达4 2 m b p s ，频谱效率可达2 6 b i t s s h z 2 1 。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 相对于r 5 版本的h s d p a 系统，6 4 q a m 的引入导致了h s s c c h 和h s s i c h 的部分改变。r 5 版本的h s d p a 系统中在控制信道h s s c c h 和h s s i c h 上使用 一个比特的信息域来指示调制方式，o 表q p s k l 表示1 6 q a m 。引入6 4 q a m 后， 仍然用这- - l l 特来区分三种调制方式，其中l 仍然表示1 6 q a m ，如果调制方式为0 ， 则终端将根据网络分配的码道和时隙以及指定的传输块的大小来确定采用q p s k 还 是6 4 q a m 调制技术，如果传输块大小采用q p s k 调制方式可以承载到指定的码道 和时隙上，则可以确定网络采用的是q p s k ，否则采用的是6 4 q a m 调制方式。 1 1 2 2 增强c e l l f a c h 状态 在h s p a + 中，引入增强c e l lf a c h 的主要目的之一就是降低时延、提高网络 用户容量从而优化对“a l w a y so m 破等数据业务的支持。a l w a y so n l i i 地业务是指用 户一直在线，但只是偶尔需要进行少量数据发送的业务。随着移动数据网络的发展 m w a y s0 1 1 l i i l e 业务已经成为用户对数据业务的一个基本要求。但是，当前的无线网 络对“m w a y so n l i n e 业务的支持还存缺点，例如h s p a 技术保持终端的“m w a y s o n l 疵 状态需要占用较多的无线资源，限制了网络的用户容量，即便终端已经处于 “m w a y so l l l 硫”状态，当终端从静默态激活成活动态也需要较长的时间，从而降 低了用户的业务满意度。 在h s p a + 中，为了改善c e l l f a c h 状态的处理能力提出了增强的c e l l f a c h 状态，主要通过在c e l lf a c h 状态下引入h s d p a 和h s u p a 传输、采用增强层2 技术、去除原来h s p a 传输所需伴随专用物理信道等措施，达到提高c e l l f a c h 状态下的峰值速率，有效降低传输时延，节约网络容量，提高用户服务质量的目的。 1 1 2 3 连续性分组连接 c p c ( c o n t i n u o mp a c k e tc o n n e c t i v i t y ) 是提高分组数据连续连接能力的技术统 称，该技术主要是优化了对持续连接数据用户的支持。对于分组数据业务往往需要 长时间在线并且数据量可能只是间歇性的，由此带来的技术需求是在没有数据传输 时，用户以最小的资源开销( 码和功率) 保持在c e l ld c h 状态，当有数据要发 送时，又能够以较快的速度响应，以避免频繁的链路重建造成的接入冲突和时延， c p c 技术的引入正是为了满足这种需求。同时，c p c 技术将为v 0 i p 语音和h ”限 数据业务提供更高效的传输方式。c p c 技术主要从以下几个方面进行了对h s p a 的 优化：首先，h s p a + 业务建立不再需要伴随d p c h 。在h s p a 系统中，用户平面的 数据从h s p a 的资源上传输，但是h s p a 依然没有放弃伴随d p c h 信道的使用，信 令平面的数据，例如r r c 、n a s 层的消息数据将从d p c h 上传递。这样一来，在 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 码资源有限的t d s c d m a 系统中，系统所能支持的最大用户数将受限于伴随d p c h 占用的码道数。在h s p a 十系统中采用c p c 技术以后，h s p a + 业务建立不再需要伴 随d p c h ，这样系统所能支持的最大用户数不再受限于伴随d p c h 占用的码道数， 从而系统的用户容量得到大幅提升；其次，引入d r x 技术。在h s p a 系统中，h s d p a 的控制信道是按用户有连续数据传输设计的，u e 一旦建立h s p a 业务就必须连续 搜索h s s c c h ，对于长时间在线又要求实时响应的业务，u e 的功耗将会很严重。 在h s p a + 中引入d r x 技术后，u e 在没有数据传输的时候进入d r x 状态，在有数 据传输的时候离开d r x 状态，这样u e 不再需要连续监听h s s c c h 从而大大降低 了功耗。除此之外，h s p a + 还引入了下行共享信道增强技术以降低对控制信道的要 求，提高系统所能容纳的用户数。 1 1 2 4 增强层2 技术 h s p a + 的目标是更高的数据速率和更高的频谱效率。在t d s c d m a 系统中引 入高阶调制和m i m o 技术后，系统的吞吐量得到了极大的提高。这时，现有无线链 路控制( r l c ) 层和媒质接入控n ( m a c ) 层中的传输机制将对系统中的峰值速率造成 限制，主要原因是a mr l c 使用固定的r l cp d u 大小，而为了避免r l c 窗口停滞 则需要选择较大的r l cp d u ，这样就会带来额外的填充比特浪费，此外m a c 层的填 充浪费也牺牲了系统效率。基于以上原因，h sp ! a + 引入了增强层2 技术，主要通过 引入可变的r l cp d u 大小、m a c 层对r l cp d u 进行分段和级联、在m a c 层一 个订i 内可以调度多个优先级队列的数据等方法，降低了传输开销，提高了空口资 源的利用率。 1 1 2 5m m o 技术 在h s p a + 中引入的m i m o 技术，通过多个数据流的并行传输获得m i m o 空间 复用增益，从而提高系统的数据传输速率和容量。 1 2 论文选题背景 近年来，随着国内3 g 移动网络的全面部署和成熟，h s d p a h s u p a 等技术的 广泛应用已经成为3 g 市场的主流。目前，中国移动和中国联通建设的3 g 网络已全 面采用h s p a 技术，市场上支持h s p a 的手机比例也大大增加。3 g 3 g 增强型技术 以及智能终端的逐渐普及，极大的带动了用户对相关移动业务的需求。在国内，移 动增值业务需求强劲，业务比例逐年增大，尤其以非短信类数据业务增长速度最快。 3 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 移动信息、移动邮箱、移动游戏等“a l w a y so n l i n e ”业务也逐渐成长。这些都要求 h s p a 在网络容量和网络性能方面进行相应的提升，并通过新技术的引入来降低数 据业务的每比特成本。在r 8 中，h s p a + 带来极大的性能增强，作为t d s c d m a 系 统的演进方向，h s p a + 能在h s d p a 、h s u p a 基础之上提供更高的频谱利用率和峰 值速率，进行更有效的数据业务承载和提高同时在线用户数。对于终端厂商而言， 如何抓住h s p a + 发展的机遇，适时地推出保质保量的h s p l a + 终端非常重要。 重庆重邮信科通信技术有限公司是国内最早自主研发t d s c d m a 标准和移动 终端的单位之一，为我国提出的t d s c d m a 第三代移动通信标准被确定为国际三 大主流标准之一作出了积极的贡献。公司长期致力于t d s c d m a 终端核心技术的 开发和产业化工作，掌握了t d s c d m a 移动终端的核心技术，2 0 0 8 年成功推出全 国第一款商用h s d p a 数据卡终端并且成功服务北京奥运会，在同年的北京国际通 信展上，公司又使用刚刚推出的t d h s u p a 数据卡与华为联合进行业界首次 t d - h s u p a 业务演示。从2 0 1 0 年起，重邮信科承接了国家重大科技专项“h s r 针 终端基带芯片研发 ，作者有幸参与了h s p a + 终端高层协议栈的研发和测试工作。 本文将重点针对h s p a + 增强随机接入过程和增强c e l lf a c h 下的数据传输过程 展开讨论。 1 3 论文内容安排 第一章：介绍t d h s p a + 的协议发展背景、关键技术以及研发现状。 第二章：介绍t d s c d m a 系统无线接口终端侧协议栈结构，分析发生的变化。 主要介绍终端m a c 子层结构，具体针对h s p a + 中m a c 子层新增实体以及原有实 体的变化进行相关的介绍。最后对h s p a + 中使用的物理信道进行相关的介绍。 第三章：对h s p a + 增强c e l l - f a c h 状态下的增强随机接入过程以及上下行分 组数据传输过程进行协议研究。对于增强随机接入过程，在介绍其基本过程的基础 上，重点介绍该过程相对于以往版本的重要变化以及m a c 子层在该过程中的作用 和相关的技术改进。对于增强c e l l f a c h 状态下的分组数据传输过程，在介绍其 基本传输过程的基础上，主要介绍为了提高c e l l - f a c h 态下的数据传输速率，在 h s p a + 的m a c 子层新引入的技术改进，主要包括新增的功能实体m a c - i s m a c - i 和m a c e h s 以及相关的新增m a cp d u 等内容。 第四章：对h s p a + 增强c e l l f a c h 状态下的增强随机接入过程以及分组数据 传输过程进行设计实现。首先，介绍h s p a + 终端协议栈总体架构方案，并根据方案 定义m a c 子层与上下层间的接口原语；然后，对增强随机接入和数据传输流程进 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 行设计实现，详细阐述协议栈各层之间的通信过程；最后，在前面流程实现的基础 上，对增强c e l lf a c h 下数据传输过程中，m a c 子层新增m a c i i s 实体、m a c e h s 实体的数据处理实现方案进行了详细阐述。 第五章：介绍h s p a + 高层协议测试的相关内容，首先介绍t t c n 板集测试的基 本概念和基本原理，然后从硬件和软件两个方面详细介绍用于h s p ：a 十高层协议测试 的测试平台，最后编写设计测试例，并分析测试结果以验证功能实现的正确性。 第六章：结论及未来工作。总结了本文所做工作和贡献，并探讨了论文的进一 步研究方向。 5 重庆邮电大学硕士论文 第二章1 i ) h s p a + 高层协议分析 第二章t d h s p a + 高层协议分析 2 1t d h s p a + 高层协议架构 在t d s c d m a 系统中u e 和无线接入网u t r a n 之间的接口为u u 接口，用于 传输用户数据以及相关信令，对应分为用户平面和控制平面【3 】。u u 接口上协议栈的 分层结构如图2 1 所示。u u 接口协议按其功能和任务，被分为物理层( l 1 ：l a y e r1 ) 、 数据链路层( l 2 ：l a y e r2 ) 和网络层( l 3 - l a y e r3 ) 等3 层。根据是否和接入有关， 被分为接入层和非接入层【4 】。 接入层包括l 1 、l 2 和l 3 的无线资源管理( r r c ：r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ) 子 层。其中r r c 子层主要完成无线资源的控制和管理等功能【5 】；l 2 又分为媒体接入 控制( m a c ：m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 、无线链路控制( r l c ：r a d i ol i n kc o n t r 0 1 ) 、 分组数据会聚协议( p d c p ：p a c k e td a t ac o n v e r g e n c ep r o t o c 0 1 ) 和广播多播控制 ( b m c ：b r o a d c a s v m u l t i c a s tc o n t r 0 1 ) 等四个子层。m a c 子层主要实现逻辑信道和 传输信道之间的相互映射以及选择合适的传输格式等功能。r l c 子层是一个多实例 子层，每个r l c 实例将分别为一个无线承载( i m ) 上的数据传输提供3 种模式( 透 明模式、非确认模式和确认模式) 的服务f 6 】。p d c p 子层仅仅应用在p s 域【7 】；物理层 位于o s i 参考模型中的最底层，它的主要任务是为上层提供数据传输服务以及完成 其他一些基本过程，如物理层测量、小区选择、随机接入等。在图2 1 中，用圆圈 来标注的是层( 或子层) 之间的业务接入点( s a p ：s e r v i c e a c c e s sp o i n t s ) 。在物理 层和m a c 子层之间的s a p 提供传输信道，在r l c 子层和m a c 子层之间的s a p 提供逻辑信道。 非接入层包括l 3 的移动性管理( m m ：m o b i l i t ym a n a g e m e n t ) 、连接管理( c m ： c o n n e c t i o nm a n a g e m e n t ) 、g p r s 移动性管理( g m m ：g p r sm o b i l i t ym a n a g e m e n t ) 子层，其中c m 层还可按其任务进一步进行划分为呼叫控制、补充业务、短消息等 功能模块。 从上面h s p a 十的整体架构来看，和以往的版本相比没有发生根本性的变化。高 层协议依然采用了n a s 、r r c 、r l c 、p d c p 、m a c 等层组成，只是在相应的功能 模块上增加了新的功能实体，即物理层，数据链路层，以及网络层都进行了一定的 修改以实现h s p a + 的相关业务。本文以下将重点对m a c 子层的相关新增功能实体 进行研究与实现。 6 重庆邮电大学硕士论文第二章t d h s p a + 高层协议分析 咚逍# 斗 j 噼效# 专一瓦1 丽一 c 面信令 u 面信息 图2 1 无线协议栈的分层结构 2 2t d h s p a + 系统m a c 层总体介绍 媒体接入控制( m a c ) 层位于物理层与高层协议栈之间，在信道映射、资源调 度以及逻辑优先级上起到关键作用，与物理层之间使用传输信道通信，与r l c 子层 之间使用逻辑信道通信，其所有功能的实现都在r r c 子层的控制下完成。如图2 2 所示，u e 侧m a c 子层由m a c d 、m a c m 、m a c c s h m 、m a c h s m a c e h s 、 m a c - e s m a c e 或m a c - i s m a c i 实体组成，每个实体可以独立实现各自的功能1 8 j 。 其中m a c i s m a c i 实体和m a c e h s 实体是h s p a + 中新增的实体，其与m a c d 实 体、m a c c s h m 实体以及r r c 控制实体相连接。以下将具体针对h s p a + 中新增实 体以及原有实体的变化进行相关的介绍： 7 重庆邮电大学硕士论文第二章t d h s p a + 高层协议分析 勖印- n ”g s i s n a l h a gs i g m t l l m l g s “i l m g 图2 2u e 侧的m a c 结构 ( 1 ) m a c - d 实体用于处理连接模式下d c h 的相关工作，每个u e 中有一个 m a c - d 实体。其主要完成的功能有：传输信道类型切换、c i 复用、r l c 通明模 式数据的加密及解密、u lt f c 选择等。需要注意的是，对于h s p a + 中新增的 m a c i s m a c i 实体和m a c - e h s 实体，将通过逻辑信道d 对不同逻辑信道的数据 进行区分，c t 复用功能不对这两个实体使用。如图2 3 所示，h s p a + 的m a c - d 实体与m a c - h s 、m a c - e h s 、m a c - c s h 以及m a c - e s m a c - e 或m a c i s m a c i 实体 存在连接。其中，m a c d 实体与m a c i s m a c i 实体以及m a c - e h s 实体的连接是 h s p ：a + 中新增加的连接，前一个连接用于将由m a c i s m a c - i ( 上行) 处理的e - d c h 传输信道上的数据发送出去，后一个连接用于从由m a c - e h s ( 下行) 处理的h s d s c h 传输信道上接收数据。 图2 3l i e 侧m a c 结构m a c - d 详图 8 重庆邮电大学硕士论文第二章) h s p a + 高层协议分析 ( 2 ) m a c - c s h m 实体用于处理公共信道的相关任务，即f a c h 、r a c h 以及 p c h ，每个l i e 中存在一个m a c c s h m 实体。如图2 4 所示，与以往版本相比， h s p a + 的m a c - c s h m 实体新增加了与m a c i s m a c i 实体以及m a c c h s 实体的连 接，以实现相应数据的高速传输。该实体其他内容在h s p a + 中没有改变不再详述。 _ 7 、，、，、j ，、1 一一、p 、r 一， 【黑。r 。撇m s 赢： l 毋 l_ 。i - i ：飑： - - - - i ： 一帐 ， ：j li，一 i s 。c l 怕l ：l u 。l i n g p d o r i l yhi 品 【u l 作一l ：1 ii圆- 卜i 、j i _ i i 崩 裂裂器器f i i f m i i喇 图2 4l i e 侧m a c 结构m a c - c s m 详图 ( 3 ) m a c m 实体用于处理m b m s 业务，该实体相关功能在h s p a + 中没有改 变不再详述。 ( 4 ) m a c - e h s m a c - h s 实体用于处理h s d p a 相关的逻辑信道和传输信道的任 务。其中，m a c - e h s 实体是h s p a + 中的新增实体，负责处理h s d s c h 上的数据传 输。如图2 5 所示，m a c - e h s 又包括以下的功能实体：1 ) h a r q 实体，负责处理 与h a r q 协议相关的m a c 功能；2 ) 拆分实体，负责对m a c e h sp d u 进行拆分； 3 ) 重排队列分发实体，负责根据接收到的逻辑信道d 将接收的重排p d u 发送到 正确的重排队列中去；4 ) 重排实体，负责根据接收到的t s n 对接收到的重排p d u s 进行重排，并将带有连续的t s n 的数据块被发送到拆分功能实体；5 ) 重组实体， 负责重新组合m a c - e h ss d u 段( 对应m a