（通信与信息系统专业论文）ltetdd终端协议的无线链路控制子层的研究与实现.pdf

摘要 摘要 l t e ( 长期演进) 是3 g p p 近两年来启动的最大的新技术研发项目，由于3 g 已无法满足用户对于网络的需求，且w i n m a x 步步紧逼，l t e 应运而生。它改进 并增强了3 g 的空中接入技术，采用o f d m 和m i m o 作为其无线网络演进的基础 性技术。当前，l t e 在全球通信业引起了巨大关注，外界期望这一技术能够使移 动通信产业得以持续发展。 l t e 发展至今，形成了有两个标准：f d d ( 频分双工) 和t d d ( 时分双工) 。当前 l t ef d d 支持阵营更加强大，标准化与产业发展都领先于mt d d 。但l t et d d 技术也有自身优势，目前它已经受到了广泛的重视。在这两种双工方式下，系统 的大部分设计，尤其是高层协议方面是一致的。另一方面，在系统底层设计，尤 其是p h y ( 物理层) 的设计上，由于f d d 和t d d 两种双工方式在物理特性上所 固有的不同，l t e 系统为t d d 的工作方式进行了一系列专门的设计，这些设计在 一定程度上参考和继承了3 gt d s c d m a 的设计思想。 本文是在上述背景下产生的，基于l t e t d d 原理和系统架构，重点介绍了 l t e - t d d 终端软件的高层部分一协议栈，并强调了无线链路控制子层在终端软 件中的重要作用。首先，在整体上描述了l t e 网络架构，介绍了r l c 层与其他各 层之间的联系，并对整个接入层各个子层的功能进行了描述；其次，根据对r l c 层协议的研究，详细描述了r l c 层中各种模式的实体模型和数据传输过程；再次， 对r l c 进行了状态转移的设计，接口原语的定义，并分别对三种模式的层间通信 过程进行了流程的设计，对r l c 内部具体行为进行了详细描述和设计；最后，简 单介绍了s d l 和删工具及其工作原理，以确认模式数据传输过程为例，采用 s d l 的思想总结出设计方法，并阐述怎样结合s d l 与c 语言达到具体实现的目的。 利用t t c n 工具，进行了测试例的构造，然后通过s d l 和t t c n 的协仿真测试， 得到相关过程的消息序列图，通过对消息序列图的分析，验证了之前设计的正确 性。本文系统地阐述了一个l t e t d d 通信协议软件模块从设计到实现，再到测试 的完整开发过程。 关键词：l t e t d d ，无线链路控制，规范描述性语言，树表结合表示法 a b s t r a c t a b s t r a c t l t e ( l o n gt e r me v o l u t i o n ) i st h eb i g g e s tn e wt e c h n o l o g yr e s e a r c h - d e v e l o p m e n t p r o j e c t sd e v e l o p e db y3 g p pi nt h el a s tt w oy e a r s ，a s3 gi su n a b l et om e e tt h en e e d so f u s e r sf o rt h en e t w o r k ，a n dw i n m a x p r e s s e dh a r d e ra n dh a r d e r , l t ec r r i ei n t ob e i n g i ti m p r o v e sa n de n h a n c e st h ea i ra c c e s st e c h n o l o g yo f3 g , b s e so f d ma n dm i m oa s t h eb a s i ct e c h n o l o g i e sf o r t h ee v o l u t i o no fi t sw i r e l e s sn e t w o r k a tp r e s e n t , l t ec a u s e s g r e a t c o n c e r t ii nt h eg l o b a lc o m m u n i c a t i o n si n d u s t r y , e x t e r n a l e x p e c t st h a t t h i s t e c h n o l o g yw i l le n a b l et h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h em o b i l ec o m m u n i c a t i o n s i n d u s t r y d e v e l o p e ds of a r , l t eh a st w os t a n d a r df o r m s ：f d d ( f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x ) a n dt d d ( t i m ed i v i s i o nd u p l e x ) c u r r e n tt h ec a m ps u p p o r t i n gl t ef d di sm o r e p o w e r f u l ，s t a n d a r d i z a t i o na n di n d u s t r i a ld e v e l o p m e n ti sa h e a do fl t et d d b u tl t e t d dt e c h n o l o g ya l s oh a si t so w na d v a n t a g e ，i th a sn o wb e e nw i d e l ya p p r e c i a t e d i n2 d u p l e xm o d e s ，m o s ts y s t e md e s i g n ，e s p e c i a l l yt h eh i g h - l a y e r s8 x et h es a m e o nt h eo t h e r h a n d ，a st h et w ok i n d so fd u p l e xm o d e s ：f d da n dt d d 锄ed i f f e r e n ti np h y s i c a l p r o p e r t i e s ，o nt h ed e s i g no ft h es y s t e m sl o w - l a y e r , e s p e c i a l l yt h ed e s i g no fp h y ( p h y s i c a ll a y e r ) ，l t es y s t e mm a k e sas e r i e so fs p e c i a ld e s i g nf o rl t et i ) dm o d e t o s o m ee x t e n t ，t h e s ed e s i g n sr e f e r c n c e sa n di n h e r i t st h e3 gt d s c d m a sd e s i g n s t h ep a p e ri sp r o d u c e di nt h ea b o v eb a c k g r o u n d ，b a s e do nt h ep r i n c i p l ea n ds y s t e m a r c h i t e c t u r eo fl t e - t d d ，m a i n l yi n t r o d u c e st h eh i g h - l a y e rp a r to fl t e - t d dt e r m i n a l s o f t w a r e - p r o t o c o ls t a c k , a n ds t r e s s e dt h ei m p o r t a n tr o l eo fw i r e l e s sl i n kc o n t r o l s u b - l a y e ri nt h et e r m i n a ls o f h v a r e f i r s t , o v e r a l ld e s c r i b e sl t en e t w o r ka r c h i t e c t u r e ， i n t r o d u c e st h er e l a t i o nb e t w e e nr l cl a y e ra n do t h e rl a y e r s ，a n dd e s c r i b e se a c h s u b - l a y e ro ft h ea c c e s sl a y e r sf u n c t i o n s ；s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ho nr l c l a y e rp r o t o c o l ，d e s c r i b e se a c hm o d e se n t i t ym o d e la n dd a t at r a n s m i s s i o ni nd e t a i l ； t h i r d l y , t h es t a t e st r a n s f e ra n dt h ei n t e r f a c ep r i m i t i v e so fr l ca r ed e f i n e d ，m a k e s p r o c e s sd e s i g nf o rt h ec o m m u n i c a t i o np r o c e s so ft h r e em o d e s ，d e s i g n sa n dd e s c r i b e st h e i n t e r n a ls p e c i f i cb e h a v i o ro fr l cm i n u t e l y ；f i n a l l y , s d la n dt t c nt o o l sa n dt h e i r w o r k i n gp r i n c i p l ea r ei n t r o d u c e db r i e f l y , t a k e sa m d a t at r a n s m i s s i o na se x a m p l e ，s u t 1 岱 u pt h ed e s i g nm e t h o d o l o g y 、析ms d li d e a , a n de x p l a i n sh o wt oc o m b i n es d la n dc l a n g u a g et oa c h i e v es p e c i f i cr e a l i z a t i o n ，c o n s t r u c t st h et e s ts u i t sw i t ht t c nt o o l s ，t h e n o b t a i n st h em e s s a g es e q u e n c ec h a r t so fr e l a t e dp r o c e s s e sb ym e a n so fc o s i m u l a t i o nt e s t a b s t m c t o fs d la n dt t c n ，v e r i f i e st h ep r e v i o u sd e s i g nt h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h em e s s a g e s e q u e n c ec h a r t s f r o md e s i g nt oi m p l e m e n t a t i o na n dt e s t ，t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l y d e s c r i b e sac o m p l e t ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fal t e - t i ) dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s o l , r a r em o d u l e k e yw o r d s ：l o n gt e r me v o l u t i o na n dt i m ed i v i s i o nd u p l e x ( l t e r d d ) ，r a d i ol i n k c o n 仃o l ( r l c ) ，s p e c i f i c a t i o na n dd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ( s d l ) ，t r e ea n dt a b u l a r c o m b i n e dn o t a t i o n ( t t c n ) i i i 缩略表 3 g p p a c k a m a s p a r q b c c h b c h b s r c p c c c h c d m a d c c h d l s c h d r x d t c h e - u t r a n e p c e n b f d d f d m a f s m g s m i - t a r q i m t i t u i u t l 1 l 2 l 3 l i 缩略表 t i l i 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 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 b s t r a c ts e r v i c ep r i m i t i v e s a u t o m a t i cr e p e a t - r e q u e s t b r o a d c a s tc o n 仃o lc h a n n e l b r o a d c a s tc h a n n e l b u f f e rs t a t u sr e p o r t c y c l i cp r e f i x c o m m o nc o n t r o lc h a n n e l c o d ed i v i s i o nm u h i p l ea c c e s s d e d i c a t e dc o n 仃o lc 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 d i s c o n t i n u o u sr e c e p t i o n d e d i c a t e dt | 缅cc h a n n e l 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 s n 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 yd i v i s i o nd u p l e x f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s f i n i t es t a t em a c h i n 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 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 i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu 1 1 i o n 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 rlf p h y s i c a ll a y e o l a y e r2 ( d a t al i n kl a y e r ) l a y e r3 l e n g t hi n d i c a t o r v i 第三代合作项目 确认应答 确认模式 抽象服务原语 自动重传请求 广播控制信道 广播信道 缓冲区状态报告 循环前缀 公共控制信道 码分多址接入 专用控制信道 下行共享信道 非连续接收 专用业务信道 演进型陆地无线接入网 演进型分组核心网 演进型基站 频分双工 频分多址接入 有限状态机 全球移动通信系统 混合自动重传请求 国际移动通信 国际电信联盟 被测实体 第一层( 物理层) 第二层( 数据链路层) 第三层( 网络层) 长度指示器 缩略表 l t e m a c m m 哐 m s c m i b m i m o n a s n a c k o f d m p c c h p c o p d c p p d u p h y p s p d c c h p r a c h p u c c h q o s l m r a c h r o h c i 也 r l c r n c r r c s r s a p s d l s d u s n s c f d m a s i b 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 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 m a s t e ri n f o r m a t i o nb l o c k m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t n o n - a c c e s ss t r a t u m 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 nm u l t i p l e x i n g p a g i n gc o n t r o lc 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 r o t o c o ld a t au n i t p h y s i c a ll a y e r p a c k e ts w i t c h e d 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 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 lo p l i n kc o n t r o lc h a n n e l q u a l i t yo fs e r v i c e r a d i ob e a r e r r a n d o ma c c e s sc h a n n e l r o b u s th e a d e rc o m p r e s s i o n r e s o u r c ee l e m e n t r a d i ol i n kc o n t r o l r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r r a d i or e s o u r c ec o n t r o l s c h e d u l i n gr e q u e s t s e r v i c ea c c e s sp o i n t 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 e r v i c ed a t au n i t s e q u e n c en u m b e r s i n g l e - c a r r i e rf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s s y s t e mi n f o r m a t i o nb l o c k 长期演进 媒质接入控制 移动性管理实体 消息序列图 主信息块 多输入多输出 非接入层 否定确认 正交频分复用 寻呼控制信道 控制观察点 分组数据汇聚协议 协议数据单元 物理层 分组交换 物理下行控制信道 物理随机接入信道 物理上行控制信道 服务质量 无线承载 随机接入信道 可靠头压缩 资源粒子 无线链路控制 无线网络控制器 无线资源控制 调度请求 业务接入点 规范描述语言 业务数据单元 序列号 单载波频分多址 系统信息块 缩略表 s - g w s e r v i n gg a t e w a y服务网关 s a p s e r v i c ea c c e s sp o i n t业务接入点 s c c h s y n c h r o n i z a t i o nc o n t r o lc h a n n e l同步控制信道 s d l 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规范描述语言 s d us e r v i c ed a t au n i t 业务数据单元 s n s e q u e n c en u m b e r序号 t d dt i m ed i v i s i o nd u p l e x 时分双工 t d m at i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 时分多址接入 t m t r a n s p a r e n tm o d e透明模式 u m u n a c k n o w l e d g e dm o d e非确认模式 u eu s e re q u i p m e n t 用户终端 u m t su 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 ss y s t e m 通用移动通信系统 u t r a n u 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 u m t s 陆地无线接入网 u l - s c h u p l i n ks h a r e d c h a n n e l上行共享信道 v o i pv o i c eo v e ri n t e r a c tp r o t o c o l 声音信号数字化 w c d m aw i d e b a n dc d m a 宽带码分多址 w i m a xw 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 e 全球微波互联接入 a c c e s s v m 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 伴随g s m 等移动网络过去二十年在世界各地的普及，全球语音通信业务取得 了巨大的成功，目前，全球移动语音用户超过了1 8 亿。同时，个人通信的飞速发 展使得个人通信设备越来越多样化，只有数据业务的产生才能满足人们对于通信 与娱乐，商务相结合的需求。 3 g 网络已在全球范围内大规模投入使用，随着时代的进步，用户对于移动通 信的需求已不仅仅满足于流畅的通话及短信发送，与欧美发达国家相比，中国通 信业的发展要落后一些，人们对于3 g 的认识相对较少。2 0 0 9 年1 月7 日，工业 和信息化部为中国移动、中国电信和中国联通发放3 张3 g 牌照，这标志着中国进 入3 g 时代。随着3 g 进入我们的生活，视频通话，高速下载，手机玩网络游戏等 业务会逐渐被我们熟悉。如今，用户期望运营商能提供任何时间任何地点至少不 低于1 m b p s 的无线接入速度。如果说2 g 让我们的生活进入了移动通信的时代， 那么可以说3 g 为我们带来的是移动通信宽带化的体验。 然而3 g 在容量及延时方面也有不足，虽然它能提高上下行速率，但是以牺牲 小区吞吐率为代价的。另外t d s c d m a 聊c d m a 的空中接口和网络结构太过复 杂，虽然在支持移动性和q o s 方面有较大优势，但在每比特成本、无线频谱利用 率和传输时延方面已经大大落后。随着以后业务的多样化，对未来通信系统的要 求超过了现有网络结构的承受能力，需找突破性的空中接口和网络结构已经势在 必行，移动通信需要更高层次的技术标准来支撑。 早在2 0 0 4 年，3 g p p 组织( 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 ，第3 代合作伙 伴计划) 就提出了l t e ( l o n g t e r me v o l u t i o n ，长期演进) 项目研究的计划，经过这 几年的发展，l t e 技术标准已经形成完整的版本，并已经有厂家有芯片问世，可 以说l t e 已经处于3 g 向4 g 演进的核心地位。2 0 0 7 年，我国成立了i m t - a d v a n c e d ( 4 g ) 推进组，组织了国内产学研各界的顶级专家共同提交提案参与国际标准讨 论，并且在我国技术主导和全球主要运营商和制造商的大力支持下，半年内将 3 g p p 的两种l t et d d 标准融合为一种，奠定了l t e 在4 g 标准中的绝对主导地 位。2 0 1 0 年1 0 月，i t u ( 国际电信联盟) 确定我国提交的t d l t e a d v a n c e d 技 术正式成为i m t - a d v a n c e d ( 4 g ) 国际标准。 l t e 有两个标准：f d d ( 频分双工) 和t d d ( 时分双工) 。两者孰优孰劣暂时还不 好说，f d d 制式由w c d m a 演进，受到欧美地区的青睐，目前技术相对t d d 来 重庆邮电大学硕士论文 说要成熟一些。但t d d 也有自身的优势，随着l t e t d d 技术研究的深入和国际 市场的推广，再加上有中国移动这样强大的运营商作支撑，也将成为未来无线通 信系统中的主流技术。其实在l t e 标准中t d d 与f d d 的差异大大缩小，已不像 3 g 那么明显，未来可能会有逐渐融合的趋势。l t e - t d d 帧格式的最终形成是曲折 不易的，从最开始提案的基本兼容现有t d s c d m a 帧格式，到最终制定的与l t e f d d 帧长度保持一致，且仍然保留t d s c d m a 的一些独有元素，整个过程充分 体现了标准形成过程中各种利益集团的博弈与妥协。l t e t d d 最终被确定为 t d s c d m a 的后续演进标准，同时也被3 g p p 所接受，很大程度上是因为最终通 过的方案包括了t d d 与f d d 的兼容。l t e t d d 融合帧结构是一个极其明智、合 理的双赢选择，这有利于控制共存时的干扰协调、有利于共享f d d f r d d 优势平台 技术、有利于取得f d d t d d 组合运营包括终端在内的信价比增强，也自然而然 促成拥有t d 核心技术的厂家与l t e f d d 通信领域领先的厂家实现共赢合作、在 一定意义上也有利于消除t d d 标准被边缘化【1 j 。 全球现在已经有2 6 家运营商承诺要部署l t e 网络，虽然网络建设还未大规模 起步，但研发工作已经刻不容缓。作为移动通信的新兴国家，我国自然不甘落后， 启动了“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项。在该专项中，实现 l t e t d d 的技术研发及产业化是其中一个重要部分。作者有幸参与了国家科技重 大专项“t d l t e 无线综合测试仪表开发”的研究工作，测试仪表开发是以终端为 基准来参考实现的，作者在自己负责的模块中对相应的终端开发也有着较深刻的 见解，本文是结合作者在项目开发过程中的实际体会下产生的，希望能给从事相 关工作的人员提供参考，带来帮助。 1 2l t e 技术优势及现状 1 2 1l t e 技术优势 相比u m t s ，l t e 有以下技术优势【1 1 【2 】： 1 ) 通信速率和频谱效率有了提高，下行峰值速率为1 0 0 m b p s 、上行为5 0 m b p s ， l t e 采用m i m o 技术自适应分集与复用，下行链路频谱效率为5 ( b i t s ) h z ，上行链 路为2 5 ( b i t s ) h z 。 2 、l t e 中没有了传统中的电路交换，全部业务及系统架构基于分组( p s ) 域。 3 ) 通过系统设计和严格的q o s 机制，保证实时业务( 如v o i p ) 的月艮务质量。 钔提高了小区覆盖的能力，支持1 0 0 k i n 半径的小区覆盖；改善了小区边缘 用户的性能；增加了小区边界比特速率。 2 第一章绪论 5 ) 支持成对或非成对的频谱分配，并可灵活配置1 2 5 m i - i z 2 0 m h z 间的多种 系统带宽。 6 ) l t e 采取i p 化，扁平化的网络结构，降低了系统延迟，用户平面内部单向 传输时延低于5 m s ，控制平面从睡眠状态转换到激活状态时间小于5 0 m s ，从驻留 状态转换到激活状态的时间小于l o o m s 。 7 ) 强调向下兼容，支持已有的3 g 系统和非3 g p p 规范系统的协同运作。 1 2 2l t e 的现状 目前3 g 的三大标准w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 背后支持的阵营几 乎全部投身于l t e 系统的开发，l t e 技术的推动者不但包含传统的通信设备厂商， 更主要的是世界上基本所有的知名运营商及g s m 协会都对l t e 推崇备至，这些都 使得l t e 的发展速度大大提升。目前l t e 在终端和网络端都已经有了产品出现， 只是大规模商用还需几年才能完成。2 0 0 9 年第二季，华为己发表全球首款l t e 商 用版本，该版本完全遵从3 g p p 于2 0 0 9 年3 月公布的标准，之后，2 0 0 9 年1 2 月， 华为协助北欧电信业者t e l i a s o n e r a 在挪威奥斯陆成功发布全球首个l t e 商用网 络，至2 0 1 1 年0 2 月，华为已在全球部署超过七十个l t e 试验网。美国移动运营 商v e r i z o n 在2 0 1 1 年国际消费电子展( c e s ) 上举行新闻发布会发布了智能手机、 平板电脑和无线热点网络设备等多款新产品，并宣布将在2 0 1 1 年上半年推出1 0 款搭载l t e 网络的产品，包括两款平板电脑和四款智能手机。 l t e t d d 和l t e f d d 的标准是基本同步的，但在实际产品方面l t e t d d 还 落后较多。 1 ) 系统设备方面，l t e t d d 落后l t e f d d3 6 个月，l t e f d d 于2 0 0 9 年 1 2 月正式商用部署，而l t e t d d 在2 0 1 0 年5 月才在世博会部署演示网络。 2 ) 终端芯片方面，l t e t d d 落后l t e f d d1 2 个月，l t e f d d 单模芯片于 2 0 0 9 年1 2 月推出，而功能较为完备的l t e t d d 单模芯片在2 0 1 0 年底才推出。 3 1 在终端一致性认证方面，l t e t d d 落后l t e f d d6 个月。虽然l t e t d d 与l t e f d d 同步启动3 g p p 终端一致性规范，目前规范和测试例编写也已经同步 完成，但由于t d d 支持的终端芯片进展慢，l t e t d d 终端测试集验证进度较 l t e f d d 落后6 个月。 近一年来，l t e t d d 终端芯片研发取得了很大进展，但仍滞后于网络设备的 研发进度。l t e t d d 芯片在硬件平台上和l t e f d d 基本一致，可以通用，为 l t e t d d f d d 共芯片提供了良好的基础。因此除了传统的t d s c d m a 芯片厂商 外，传统上以w c d m a 、w i m a x 为主的国际芯片公司和一些新兴的终端芯片厂 重庆邮电大学硕士论文 商也已经加入l t e t d d 终端芯片的研发。从总体上看，整个l t e - t d d 芯片的研 发仍然属于薄弱环节，后续研发压力依然巨大，产业仍面临挑战。由于无论是l t e 基站开发还是测试用l t e 终端开发，均需要相应的l t e 测试设备，因此全球领先 的测试测量供应商( 包括安捷伦、罗德与施瓦茨( r & s ) 、艾法斯( a e r o f l e x ) 、安立 ( a n r i t s u ) 、a n i t e 、l i t e p o i n t ) 都在倾力打造自己的l t e 测试解决方案。 中国是全球最大移动通信市场，现有用户超过8 亿人，预计2 0 1 5 年将有5 7 9 0 万人使用l t e 。全球最大移动运营商中国移动已决定采用l t e t d d 标准，除了其 在去年召开的上海世博会上对这一方式进行了网络实验之外，目前已经在1 1 个地 区搭建了小规模l t e t d d 网，并计划在东部沿海地区的3 个城市开展实验验证。 1 3 论文结构安排 本文共分六章，每章的内容安排如下： 第一章：介绍了l t e t d d 的发展和研究现状，着重分析了l t e t d d 系统各 方面的现状和未来，通过对l t e t d d 系统开发的认识强调终端研发的迫切性。 第二章：简单介绍l t e t d d 系统协议总体结构，并对l t e t d d 系统中各层 的主要功能作简要介绍，强调了r l c 层在协议栈中的地位和作用，为后面的章节 做出铺垫。 第三章：详尽分析无线链路控制子层协议，对r l c 实体模型，工作模式，所 支持的功能和数据传输过程进行详细描述。 第四章：主要描述r l c 接口及流程设计，根据协议描述对r l c 划分工作状 态，定义了层间通信原语，然后根据原语对整个层间通信过程进行设计，最后选 取难点对r l c 功能的具体实现进行阐述。 第五章：主要介绍了s d l 和t t c n 协仿真的方法，详细描述了协议栈测试原 理，并利用s d l 与t r c n 协仿真对a m 下的数据传输进行了简单的验证。 第六章：总结了本文的工作内容，并简述了下一步的研究方向。 4 第二章l t e - t d d 系统介绍 第二章l t e t d d 系统介绍 在l t e 系统架构中，接入网( 凡蝌) 将演进为演进型全球地面无线接入网 ( e u t r a n ) ，且只有一个结点：e n o d e b ( e u t r a nn o d e b ) 。e n o d e b 具有现有 通用移动通信系统( u m t s ) 系统中n o d eb 的功能和大部分无线网络控制器( r n c ) 的功能，包括物理层功能、调度、移动性管理等等。如图2 1 所示，e n o d e b 之间 通过x 2 接口相连，每个e n o d e b 又和演进型分组核心网( e p c ) 通过s 1 接口相连 【3 】 o m m e ，s g w 图2 1l t e 系统结构 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。 2 ) 用户数据流的i p 头压缩和加密。 3 ) 终端( u e ) 附着时的m m e 选择功能。 4 ) 用户面数据向s g w 的路由功能。 5 ) 寻呼消息的调度和发送功能。 广播消息的调度和发送功能。 乃用于移动性和调度的测量和测量报告配置功能。 e u t r a n 提供了用户平面和控制平面的协议，用户平面终止在服务网关 ( s g w ) 上，控制平面终止在移动性管理实体( m m e ) 上。移动用户平面包括p d c p ( 分组数据集中协议) 层、r l c ( 无线链路控制协议) 层、m a c ( 媒质接入控制 协议) 层和物理层；控制平面包括n a s 层、r r c 层、p d c p 层、r l c 层、m a c 层和物理层。 5 固訾 重庆邮电大学硕士论文 2 1l t e - t d d 系统协议总体结构 无线接口协议栈分为用户平面和控制平面两部分，图2 2 为l t e 系统的用户平 面结构，除去物理层，协议栈部分包括m a c 层、r l c 层和p d c p 层。这些子层在网 络端终止于e n b ，r l c 层与p d c p 层之间的接口被称为服务接入点( s a p ) ，m a c 层与r l c 层之间接口被称为逻辑信道。以上各层实体在l i e 和e n b 中是分别存在的， 在用户平面，m a c 主要实现调度、自动重传请求( h a r q ) 等功能，r l c 主要实 现自动重传请求( a r q ) 功能，p d c p 主要实现头压缩、加密、解密等功能。 u e l e n b 亘 + 卜m 妇 i 重二 十 二匝 l 巫二m ( 卫i ； 亘 + 卜m 匦 | l 一一j l j 图2 2l t e 用户平面结构图 图2 3 为l t e 系统的控制平面结构，除去物理层，协议栈部分包括m a c 层、r l c 层、p d c p 层、r r c 层和n a s 层。m a c 层和r l c 层在控制平面的作用与在用户平面 相同，p d c p 层在控制平面主要提供加密和完整性保护功能，r r c 提供广播、寻呼、 o e n 量上报和控制、r r c 连接管理控制等功能【5 】。 图2 3l t e 控制平面结构图 磊 第二章l t e t d d 系统介绍 2 2l t e - t d d 各层功能介绍 2 2 1 物理层功能介绍 物理层与m a c 层之间的信道称为传输信道，与u m t s 不同，省去了专用传 输信道和公共传输信道等概念，信道数量大大减少，基于分组交换思想，使用共 享信道。l y e 物理层下行多址方式采用带有循环前缀( c p ) 的正交频分多址 ( o f d m ) ，上行多址方式采用带有c p 的单载波频分多址( s c f d m a ) 。l t e 支 持f d d 和t d d 两种模式，两种模式的主要差别在物理层，t d d 的帧会在上下行 之间切换，一些子帧用于上行传输而一些用于下行传输，t d d 的发送信号和接收 信号在相同频带内出现，可以在非成对频段内发送，配置更为灵活。此外，物理 层还支持多输入多输出( m i m o ) 传输。l t e 支持的信道带宽有1 4 m h z ，3 0 m h z ， 5 m h z ，1 0 m h z ，1 5 m h z ，2 0 m h z 。下行信道带宽大小通过主广播信息( m m ) 进行广播，上行信道带宽大小通过系统信息( s i b ) 进行广播。 物理层过程主要包括：小区搜索、随机接入，同步控制、功率控制和功率分 配过程1 6 j 。 小区搜索为了完成l i e 和e n b 之间频率和时间的同步，识别小区i d ；完成小 区搜索后，u e 接收e n b 发出的系统消息，小区搜索是u e 接入系统的第一步，关 系到能否快速、准确地接入系统。 l i e 通过随机接入与e n b 进行信息交互，完成后续如呼叫、资源请求、数据传 输等操作，随机接入还可以实现u e 与系统的上行时间同步。随机接入的性能直接 影响到用户的体验，它是由物理层和m a c 协调完成的。 为了使各个用户信号到达接收机时保持正交性，需保证不同距离不同用户终 端的上行信号同时到达e n b ，下行同步在用户端检测和调整，上行同步在基站端 进行检测，并通过闭环反馈的方式对用户上行发送时间进行调整。 上行功率控制决定物理信道中一个s c o f d m a 信号的平均功率，下行功率分 配决定每个资源单元( r e ) 上的符号能量。 物理层的主要功能如下： 1 ) 传输信道的错误检测，并向高层提供指示。 2 、) 传输信道的纠错编码译码。 3 ) h a r q 软合并。 4 ) 编码的传输信道向物理信道映射。 5 ) 物理信道功率加权。 6 ) 物理信道调制与解调。 7 重庆邮电大学硕士论文 7 ) 无线特性测量，并向高层提供指示。 2 2 2m a c 层功能介绍 i v l a c 实体在u e 以及c n l 上都是存在的，它们主要处理的传输信道有：广播 信道( b c h ) 、下行共享信道( d l - s c h ) 、呼叫信道( p c h ) 、上行共享信道( u i 广s c h ) 和随机接入信道( r a c h ) 。 m a c 层与r l c 层之间的信道为逻