（通信与信息系统专业论文）tdscdma系统中macrlc协议栈的实现.pdf

，1】 一 i ，r 一 北京邮电大学硕士研究生论文 t d s c d m a 系统中m a c & r l c 协议栈的实现 摘要 自从t d s c d m a 被接纳为3 g 系统三大标准之一，t d s c d m a 已经 被定位到了代表我国国家意义上的通信技术自主创新、对中国的发展具有 重大战略意义的高度。目前，国内外许多通信公司都纷纷加入到t d s c d m a 终端竞争中来，此时对能够进行终端测试的仪表产品研发就显得越来越重 要和迫切。 在这样的时代背景之下，作者有幸参与了国家“8 6 3 ”项目一一 “t d s c d m a 终端综合测试仪”的研发工作。在该项目中，作者参与了项 目的各个阶段，负责t d s c d m a 终端综合测试仪协议栈l 2 中r l c & m a c 子层的需求分析、概要设计、详细设计、编码调试和测试等阶段的工作， 论文的主要内容包括： 介绍了3 g 系统的三种标准，回顾了我国t d s c d m a 系统的发展 历程，对终端测试仪仪表的现状和市场前景进行了分析。 简单阐述了t d s c d m a 终端综合测试仪的结构和功能，分析了 t d s c d m a 系统协议栈基本功能，重点分析了r l c 子层和m a c 子层。 详细讨论m a c 主线程的处理流程，然后列举了m a c 子层与其它 子层的接口及实现情况，最后对m a c 子层主要功能包括资源管理 和数据传输的实现进行了详细描述。 从整体对r l c 子层的主线程设计进行了分析，然后列举了r l c 子 层与其它自称之间的接口，并介绍了r l c 三种模式功能的实现情 况，最后阐述了a m 模式下中定时器实现的机制。 根据项目经验对论文进行了简要总结，归纳了工作不足之处和需要 改进和提高的地方。 关键词：t d s c d m a ，无线链路控制，媒体接入控制，l 2 - ， 北京邮电大学硕士研究生论文目录 t h ei m p l e m e n t a t i o no f r l c & m a cp r o t o c o li nt d - s c d m as y s t e m a b s t r a c t s i n c et d s c d 凇i sa c c e p t e da so n eo ft h et h r e ek i n d so fs t a n d a r d so f3g s y s t e m i t h a sb e e nc o n s i d e r e d i n d e p e n d e n t c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y i n n o v a i ：i o na n dh a s i m p o r t a n ts t r a t e g ys i g n i f i c a n c e t oo u rc o u n t r y s d e v e l o p m e n t n o wt h e r ea r em o r ea n dm o r ec o m p a n i e sa th o m ea n da b r o a d i o i n e dc o m p e t i t i o no ft d s c d m at e r m i n a l s ，t h u st h ed e v e l o p m e n to f t d s c d m at e r m i n a lt e s ts e tb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ta n du r g e n t t h ea u t h e ri sl u c k yt op a r t i c i p a t ei nn a t i o n a l 8 6 3 ”p r o j e c t _ 一“t d s c d m a t e r m i n a ls y n t h e s i st e s ts e t t h ea u t h o rt a k ep a r ti nt h ed e v e l o p m e n to f r e q u i r e m e n t ，h i 曲l e v e ld e s i g n ，d e t a i ld e s i g n ，c o d i n g ，d e b u g g i n ga n dt e s t i n go f i 之l ca n dm a co ft h et d s c d m at e r m i n a ls y n t h e s i st e s ts e t t h em a i n c o n t e n t so ft h et h e s i sa r ea sf o l l o w s ： i n t r o d u c et h r e ek i n d so fs t a n d a r d so f3g s y s t e ma n dt h ed e v e l o p m e n t h i s t o r yo ft d s c d l 气s y s t e mi no u rc o u n t r y , t h e na n a l y s i sc u r r e n t s i t u a t i o na n dm a r k e tp r o s p e c to ft e r m i n a lt e s ts e t p r e s e n tt h ec o m p o n e n t so ft d s c d m at e r m i n a ls y n t h e s i st e s ts e t 1 i s tt h ef u n c t i o no ft h ep r o t o c o ls t a c k t h e na n a l y s et h er l c & 【a c a c c o r d i n gt op r o t o c o li nd e t a i l s d i s c u s st h ep r o c e d u r eo fm a i nt h r e a d t h e nl i s tt h ei n t e r f a c e sb e t w e e n m a c1 a y e ra n do t h e r1 a y e r s a tl a s ti n t r o d u c et h ei m p l e m e n t a t i o no f r e s o u r c em a n a g e m e n ta n dd a t at r a n s p o r to fm a c l a y e r a n a l y s et h ed e s i g n i n go fi 也cm a i nt h r e a d - t h e nl i s tt h ei n t e r f a c e s b e t w e e nr l c l a y e r a n do t h e r l a y e r s t h e n i n t r o d u c e st h e i m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r eo ft h r e em o d ei ni 也cl a y e r , a ti a s td e s c r i b e t h et i m e rm e c h a n i s mu n d e ra mm o d e g i v eag e n e r a lc o n c l u s i o na c c o r d i n gt ot h ee x p e r i e n c eo ft h ep r o je c t ， s u m m a r i z es o m ed e f a u l t sa n dn e e d e di m p r o v i n go fp r o ie c t k e y w o r d s ：t i ) 一s c d m a ，r l c ，m a c ，l 2 i_-一 北京邮电大学硕士研究生论文 目录 目录 第一章绪论。1 1 1 第三代移动通信系统( 3 g ) 概述l 1 2t d s c d m a 系统发展历程及现状l 1 3 终端测试仪表的发展现状与市场需求2 1 4 论文主要内容3 第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析4 2 1t d s c d m a 综测仪介绍4 2 1 1t d s c d m a 综测仪总体设计4 2 1 2t d s c d m a 综测仪功能5 2 1 2 协议处理软件包介绍7 2 2t d s c d m a 系统空中接口协议栈介绍8 2 2 1 物理层8 2 2 2 数据链路层9 2 2 3 网络层1 1 2 3m a c 子层协议分析1 2 2 3 1m a c 子层介绍一1 2 2 3 2m a cp d u 格式13 2 4r l c 子层协议分析l3 2 4 1 子层介绍13 2 4 2 参数说明1 4 2 4 3r l cp d u 格式1 6 2 4 4 功能描述：。1 6 2 5 开发环境介绍17 第三章m a c 子层协议栈设计与实现1 9 3 1m a c 主线程设计1 9 3 2 接口设计2 0 3 2 1m a c 与r r c 之间的接口2 0 3 2 2m a c 与r l c 之间的接口2 1 3 2 2 3m a c 与l 1 之间的接口。2 3 3 3m a c 功能实现2 4 3 3 1 资源管理2 4 3 3 2 数据传输2 5 3 4 本章小结3 2 第四章r l c 子层协议栈设计与实现 3 ：i 北京邮电大学硕士研究生论文 目录 4 1r l c 主线程设计3 3 4 2 接口设计3 5 4 2 1r l c 与r r c 之间的接口3 6 4 2 2r l c 与p d c p 之间的接口3 7 4 3r l c 功能实现3 8 4 3 1t m 模式3 9 4 _ 3 2u m 模式4 2 4 3 3a m 模式4 4 4 4 定时器的实现4 8 4 4 1 数据结构和参数说明4 8 4 4 2 实现方法4 9 4 5 本章小结5 1 第五章总结5 2 参考文献5 3 j 改谢! ；z l 北京邮电大学硕士研究生论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 第三代移动通信系统( 3 g ) 概述 与前两代系统相比，第三代移动通信系统的设计目标是为了提供比第二代系统更 大的系统容量、更好的通信质量、能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，为用户提 供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务。目前国际电联接受的3 g 标准主要有 以下三种：w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 。 w c d m a 标准主要是面向原有的g s m 网络的升级标准。w c d m a 在物理层 ( c d m a ) 与g s m ( t d m a ) 完全不同，但是在核心网络上有很多相似之处，因此 w c d m a 的主要支持者也来自现有的g s m 网络的覆盖地区，即欧洲和中国，另外在 第二代移动通信中吃了封闭系统标准苦头的日本也大力支持这一技术。 c d m a 2 0 0 0 标准主要是面向原有的i s 9 5 c d m a 标准的升级标准。c d m a 2 0 0 0 是 以美国高通公司为主提出的，主要的支持者也是美国和韩国等现有i s 9 5 c d m a 网络 覆盖的地区。 w c d m a 与c d m a 2 0 0 0 采用的基本技术和关键技术，如功率控制、软切换等都 是很类似的，性能上没有太大差别，这两种c d m a 技术最主要的区别在于码片速率、 基站同步方式以及导频信道方式上的不同。w c d m a 的直接序列方式的码片速率为 3 8 4 m c p s ，基站同步方式为w c d m a 的同步异步方式。 c d m a 2 0 0 0 是基于窄带i s 9 5c d m a 技术的宽带c d m a 技术。由于c d m a 2 0 0 0 业务需使用目前的p c s 频段，因而特别强调与i s 9 5 的后向兼容性，其码片速率必须 是窄带系统的l 倍或3 倍，即1 2 2 8 8 m o p s 或3 6 8 6 4 m o p s ；c d m a 2 0 0 0 仍沿用i s 9 5 系统所采用的基站同步方式，即采用g p s 使基站之间严格同步。 以上两种技术都属于频分双工( f d d ) 模式，此外还有c d m at d d 技术：目前 包括t d s c d m a 和u t r at d d ，其中t d s c d m a 是我国提出的技术。t d s c d m a 的最大优势是可以支持上下行不对称业务，它的三个主要特征包括：保证扩频码的正 交特性以及去除信道间干扰而采用的同步c d m a 技术s c d m a ( s y n c h r o n o u sc d m a ) ； 由多天线阵列、相干收发信机以及先进的数字信号处理技术组成的智能天线技术 ( s m a r ta n t e n n a ) ；用数字信号处理软件实现无线功能的软件无线电( s o f t w a r er a d i o ) 。 1 2t d s c d m a 系统发展历程及现状 2 0 0 0 年5 月，大唐集团代表中国政府提交的t d s c d m a 技术，被国际电联批准 为第三代移动通信国际标准，同年1 2 月，由中国移动通信集团公司、中国电信集团和 第1 页 北京邮电大学研究生论文 第一章绪论 中国联合通信有限公司等8 家单位发起的t d s c d m a 论坛在北京正式成立。 2 0 0 1 年3 月，t d s c d m a 标准被3 g p p 接纳。 2 0 0 2 年1 0 月，信息产业部公布t d s c d m a 频谱规划，为t d s c d m a 标准划分 了总计1 5 5 m h z ( 1 8 8 0 1 9 2 0 m h z 、2 0 1 0 2 0 2 5 m h z 及补充频段2 3 0 0 2 4 0 0 m h z 共计 1 5 5 m h z 频率) 的非对称频段。 2 0 0 2 年1 0 月，t d s c d m a 产业联盟正式成立。这标志着我国第一个具有自主知 识产权的国际标准t d s c d m a 终于获得了业界的整体响应，阵营覆盖了从系统设备 到终端的完整产业链，在产业化进程上获重大突破。 2 0 0 4 年3 月，世界上第一台t d s c d m a 手机由大唐移动通信设备有限公司研制 成功。 2 0 0 6 年2 月，t d s c d m a 开始进行在北京、上海、保定、青岛及厦门等城市进 行大规模的试验网测试，每个城市部署1 0 0 多个基站，整个规模测试共有超过2 万部 t d s c d m a 终端参与。 经过多年国际标准化工作和大量研发工作，t d s c d m a 已经度过最初的困难期， 渐渐为业界所认可，国际上许多著名厂商对该技术表现极大兴趣，已经开始进行深入 研究和产品开发工作。尽管相比w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 而言，t d s c d m a 的胜出还 面临着不少障碍，在资金、人才、研发投入、市场运作等方面，我们和国际知名企业 还有很大差距，但随着t d s c d m a 产业联盟的不断扩大和我国政府的投入力度的不 断增加，t d s c d m a 的产业链会不断成熟。目前经过多年来的反复测试，t d s c d m a 已经到了商用前的最后冲刺，发放3 g 牌照的呼声也越来越高，不久的将来t d s c d m a 即将拉开我国3 g 的大幕。 1 3 终端测试仪表的发展现状与市场需求 移动通信系统的市场增长和系统演进极大地刺激了对通信测试仪器的需求。用户 要求进一步提高移动通信服务质量，使得移动通信业务运营商扩大了测试仪器的投资。 同时，业务运营商要求通信设备生产商提供可靠、高效的通信设备，使得通信设备生 产商也扩大了在通信测试仪器方面的投资。 由于以前我国通信仪表行业专门从事对行业发展进行基础性、前瞻性、战略性及 重大专项研究的力量薄弱而分散，导致我国通信仪表行业整体技术水平不高。近年来， 我国通信仪表行业有了长足的发展，无论是在新产品的开发研错i 。k 力、产品科技含量 和推广应用等方面，都取得了可喜的成绩，目前我国仪器仪表行业整体综合技术水平 达到国际2 0 世纪8 0 年代中期水平，微电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍 采用，约1 5 的产品实现了智能化，达到国际2 0 世纪9 0 年代的水平，3 0 的产品实 现了数字化，达到国际2 0 世纪8 0 年代末期水平。 在终端的生产过程中，产品质量的监测和控制是生产线的关键。在g s m 和c d m a 终端生产的测试仪表中，美国的安捷伦和德国的罗德施瓦茨两个测试仪表生产公司占 据了大部分市场。而对于t d s c d m a 系统的终端测试仪表，目前仅有很少的几家企 第2 页 北京邮电大学研究生论文 第一章绪论 业参与研发工作，严重影响t d s c d m a 的产业化进程。 受到国家“8 6 3 ”资金支持的项目一“t d s c d m a 终端综合测试仪”，该产品填补 了我国t d s c d m a 终端测试设备领域的空白，对带动t d s c d m a 产业的发展起到了 重要的作用。 作者有幸在研究生阶段参与该项目的设计、研发、调试等工作，使自己在理论和 实践方面都得到了很大的提高，各方面都得到了很好的锻炼，受益匪浅。 1 4 论文主要内容 第一章“绪论”，首先列举了3 g 的三种主流技术，然后对t d - s c d m a 技术和终 端测试仪表的发展现状进行了论述，最后对论文的主体结构进行了简要介绍。 第二章“t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析”，本章首先介绍了t d - s c d m a 终 端综合测试仪的构成和功能，然后依据o s l 分层模型依次介绍了 r d s c d m a 协议栈 各层构成和主要功能，本项目正是依据该协议的规定来进行系统设计和实现工作的， 最后对实际开发过程中所选用的开发环境v c + + 6 0 作了简要介绍。 第三章“m a c 子层协议栈设计与实现”，本章首先分析了m a c 主线程的实现机 制，然后列举了m a c 子层与其它子层之间的接e l 和实现方式，最后详细描述了m a c 子层各种功能的实现。 第四章“r l c 子层协议栈设计与实现”，本章首先描述了r l c 主线程的实现过程， 然后列举了r l c 子层与其它子层之间的接口，接下来详细介绍了r l c 子层3 种模式 的功能实现，最后介绍了a m 模式下定时器机制的具体实现。 第五章“总结”，针对协议栈开发过程进行了经验总结，指出了需要进行提高和改 进的地方。 第3 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 第二章t d - s c d m a 综测仪介绍及协议分析 本章从介绍t d s c d m a 终端综合测试仪入手，描述了t d s c d m a 系统协议栈的 分层结构，着重分析了r l c 子层和m a c 子层的构成，包括子层结构、协议参数和基本 功能等，最后介绍了协议栈的开发环境v c + + 6 0 。 2 1 t d s c d m a 综测仪介绍 t d s c d m a 终端综合测试仪的整体结构如下所示： 图2 - 1t d s c d m a 终端综合测试仪结构图 2 1 1t d - s c d m a 综测仪总体设计 整个测试仪在结构上分为软件和硬件两个部分，软件部分主要分为三个部分： 1 ) 主控软件包：在控制器上运行的软件，其功能包括完成仪表的控制接1 ：3 、完成 第4 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 控制指令解释和脚本解释功能、完成对协议处理软件和射频测量软件的控制功 能、完成对所有硬件的控制功能、完成测试数据转换输出和数据显示功能。 2 ) 协议及测量处理软件包：主要分为高层协议处理软件、基带处理软件和射频测 量软件三个部分： t d s c d m a 高层协议处理软件部分：完成n a s 、r r c 、r l c 、m a c 、p d c p 、 r a b m 子层的信令处理和网络侧用户平面的功能。 t d s c d m a 基带处理软件部分：完成物理层发送和接收的处理工作，包括 d s p 软件包和f p g a 软件包。 射频测量软件包：完成对终端的发射机和接收机性能指标的测试和分析； 3 ) 硬件部分分为三个部分： 机箱和控制器：提供所有软件程序的运行平台，提供测试结果显示、用户控 制平台和所有的外部硬件接口。 射频部分：主要功能为产生时钟源及射频信号的发送与接收。 基带处理部分：基带信号处理、高层协议处理与测试数据处理，提供数据传 输的各种接口。 2 1 2t d s c d m a 综测仪功能 t d - s c d m a 终端综合测试仪模拟了t d s c d m a 系统中n o d e b 大部分功能、r n c 大部分功能、以及核心网部分功能，可以对终端进行协议信令测试和射频指标测量。 2 1 2 1 协议信令测试 协议信令测试是指验证终端的最基本功能是否完整有效，如网络注册、语音呼叫以 及短消息的收发等，此项测试从用户角度出发保证终端能够接入目前运营的网络且满足 用户的基本需求。其主要包括3 项内容：3 g 网络的基本功能、电路域基本过程和分组 域基本过程。 3 g 网络业务的基本功能： 在u e 的i d l e 模式下执行一些基本操作：对不同p l m n 选择、小区选择；系统 广播信息接收；r r c 层功能和安全模式控制；上行闭环功率控制和上行开环功 率控制等。 电路域基本过程： 电路域基本过程包括位置更新和呼叫控制。其中位置更新包括i m s i 附着周期 性位置更新、正常位置更新等。呼叫控制要求u e 应支持呼叫的建立及释放过 程，包括u e 发起呼叫( m o c ) 、u e 被呼( m t c ) 以及l i e 发起语音呼叫释放、 第5 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 数据呼叫及网络发起的语音呼叫释放等项目。 分组域基本过程： 分组域基本过程包括移动性管理和会话管理。移动性管理主要有g p r s 附着 分离和周期性路由区更新。会话管理包括：u e 发起的p d p 上下文激活、u e 发起的p d p 上下文去激活、p s 域u e 主叫、p s 域u e 发起呼叫释放等项目。 2 1 2 2 射频指标测试 射频测试功能是对t d s c d m a 终端射频指标进行测试，包括发射机性能测试和接 收机性能测试。 发射机性能测试如下表所示： 表2 1 发射机性能测试项 测试项描述 终端最大发射验证终端的最大发射功率误差是否超过容限值。终端功率过大 功率会干扰其他信道或其他系统，过小会影响小区的覆盖范围。 频率误差验证终端的发射机载波调制的精确度。频率误差过大会增加本 信道上行链路的发射错误。 上行开环功率用于验证终端在动态范围内正确测量接收功率的能力。 控制 上行内环功率验证终端是否能够正确地从t p c 命令中获得t p c 命令。 控制 最小输出功率验证终端最小输出功率是否小于指标要求。超过指标要求的最 小输出功率会增加对其他信道的干扰和减小系统容量。 发射关闭功率验证终端的发射关闭功率是否小于指标要求。超过指标要求的 发射关闭功率会增加对其他信道的干扰和减小系统容量。 发射开关时间验证终端发射开关的过程与时间的关系是否符合规定。超过指 模板标要求的发射开关响应误差会增加对其他信道的干扰或本信 道上行链路的发射误差。 占用带宽验证9 9 的信号能量是否在所要求的占用带宽中。超过指标 要求的占用带宽增加对其他信道或其他系统的干扰。 邻道泄漏抑制验证终端在不同频段上的功率泄漏。超过指标要求的泄漏将对 比 其他频段和系统造成干扰。 杂散辐射验证通信频段内无用信号产生的辐射。如果无用信号辐射太大 将影响正常的通信质量。 发射互调测试有用信号和干扰信号共存时，发射机对非线性器件产生的 互调信号的抑制能力。 矢量幅度误差测试待测信号同参考信号的误差矢量。 e v m 峰值码域误差峰值码域误差指的是码域误差在测量间隔内的最大值，此项测 第6 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 接收机性能测试如下表所示： 表2 2 接收机性能测试项 测试项描述 参考灵敏电平验证终端的参考灵敏电平，避免参考灵敏电平过高从而减少基站 的覆盖距离。 最大输入电平验证终端的最大输入电平，若最大输入电平过低则会对终端在基 站的近距离的通信效果产生不利影响。 邻道选择性测试目的在于验证终端的邻道选择性能，避免邻道选择性过大易 造成本信道解调的干扰。 阻塞特性验证终端接收机在除杂散响应和邻道外的频点上有干扰信号时 的解调能力。 杂散响应验证终端在其它频点上存在c w 干扰信号时在载波频点上接收 有用信号的能力。 2 1 。3 协议处理软件包介绍 第7 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 图2 - 2t d - s c d m a 综测仪协议栈结构 协议栈处理软件包负责完成综测仪与终端互通的协议处理流程。整个软件的实现不 同于普通意义上的r n c 和基站的协议栈，是基于完成t d s c d m a 系统空中接口u u 口 上的信令流程和预留足够的测试点的思想设计的。 考虑到r r c 协议实现的复杂性，r r c 协议部分采用协议栈控制和脚本来联合实现。 其中协议栈控制的作用是根据用户命令，从脚本库调用执行脚本，并对脚本的运行顺序， 运行时间等进行控制；脚本的功能是仿真r r c 和n a s ，完成和终端的信令交互。 2 2 t d s c d m a 系统空中接口协议栈介绍 c - p i a n es g n a l l i n g g ? 点斗吟一u 。p 。m 唧a 咖 图2 - 3t d - s c d m a 空中接口协议栈结构 t d - s c d m a 的空中接口协议主要分三层：物理层( l 1 ) 、数据链路层( l 2 ) 和网络 层( l 3 ) 。物理层是空中接口的最底层，支持比特流在物理介质上的传输。数据链路层 又分为媒体接入控制子层( m a c ) 、无线链路控制子层( r l c ) 、分组数据协议汇聚子层 ( p d c p ) 和多播子层( b m c ) 。网络层包括r r c 层，以及n a s 层的一部分，其中r r c 层完成接入网和终端之间交互的所有信令过程。 下面分别对物理层、数据链路层和网络层进行简单介绍。 2 2 1 物理层 物理层与l 2 的m a c 子层及l 3 的r r c 子层相连。物理层向m a c 子层提供不同的 传输信道，物理层向高层提供数据传输服务，这些服务的接入是通过传输信道来实现的。 第8 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章t d s c d m a 综i 贝! ! 堡坌塑墨迹堡坌堑 为提供数据传输服务，物理层需要完成功能包括： 传输信道错误检测和上报。 传输信道的f e c 编译码。 传输信道和编码组合传输信道的复用解复用。 编码组合传输信道到物理信道的映射。 物理信道的调l t i i 扩频和解调解扩。 频率和时钟( 码片、比特、时隙和子帧) 同步。 功率控制。 物理信道的功率加权和合并。 r f 处理。 速率匹配。 无线特性测量，包括f e r 、s i r 、干扰功率等。 上行同步控制。 上行和下行波束成形( 智能天线) 。 u e 定位( 智能天线) 。 关于物理层的详细情况，本文不进行详细介绍，读者可以阅读有关物理层的相关协 议。 2 2 2 数据链路层 数据链路层被分成4 个子层，包括媒体接入控制子层( m a c ) 、无线链路控制子层 ( r l c ) 、分组数据协议汇聚子层( p d c p ) 和广播多播子层( b m c ) 。 关于m a c 子层和r l c 子层可以参考本文的2 3 节和2 4 节，下面着重介绍一下 p d c p 子层和b m c 子层。 p d c p 子层存在于用户平面，只处理分组业务。p d c p 子层的功能包括： 头压缩：在发送和接收实体中完成m 数据流( 如i p v 4 和i p v 6 数据的t c p i p 和r t p u d p i p 头) 的压缩和解压缩。 数据传输：实现r l c 模式分别为确认和非确认模式下的不同数据传输的流程需 求。 s r n s 重定位：对于配置为支持无损s r n s 重定位的r b ，完成p d c p 序号的同 步。 p d c p 子层的结构图如下所示： 第9 页 北京邮电大学硕十研究生论文 第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 r a d i o b e a r e r s 图2 _ 4p d c p 子层协议栈结构 b m c 子层位于r l c 子层之上。l 2 b m c 子层对于除了广播多播之外的所有业务均 是透明的。 图2 - 5b m c 子层协议栈结构 b m c 子层主要完成以下功能： 小区广播消息的存储：b m c 存储c b c r n c 接口上接收的小区广播消息，以便 发送调度。 第l o 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 业务量监测和为c b s 请求无线资源：在u t r a n 侧，b m c 根据c b c r n c 接 口上接收的小区广播消息计算小区广播业务的传输速率，并向r r c 请求合适的 c t c h f a c h 资源。当第一次发送s m sc b 消息时，小区必须分配适当的容量， 配置的c t c h 通过系统消息广播到小区内的每个u e 。业务量测量会根据业务 传输速率向r r c 进行报告，以便更新配置，有效地利用空中接口资源。 b m c 消息的调度：b m c 在c b c r n c 接口上接收调度信息和每条小区广播消 息。基于调度消息，u t r a n 侧b m c 调度b m c 消息序列；在u e 侧，b m c 对 调度消息进行评估并向r r c 指示调度参数，以便r r c 配置底层进行c b s 的非 连续接收。 向u e 发送b m c 消息：根据调度发送b m c 消息( 调度信息和小区广播消息) 。 向高层( n a s ) 传递小区广播消息：向u e 的高层传递收到的小区广播消息。 2 2 - 3 网络层 l 3 包括接入层( a s ) 和非接入层( n a s ) 两大部分，其中接入层主要包括r r c 层。 r r c 子层是u t r a n 中高层协议栈最核心部分，其中包括了u e 和u t r a n 之间传递的 几乎所有的控制信令，以及u e 在各种状态下无线资源使用情况、测量任务和执行的操 作。 一般来说，r r c 子层的功能包括： 广播由非接入层( 核心网) 提供的信息。 广播与接入层相关的信息。 建立维持及释放u e 和u t r a n 之间的一个r r c 连接。 建立及释放无线承载、分配及释放用于r r c 连接的无线资源。 r r c 连接移动功能。 控制所需的q o s 。 u e 测量的报告和对报告模式的控制。 外环功率控制。 安全模式控制。 慢速动态信道分配。 寻呼。 初始小区选择和重选。 r r c 消息完整性保护。 第1 1 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 2 3m a c 子层协议分析 2 3 1m a c 子层介绍 m a c 子层位于物理层之上，主要是在物理层提供的传输信道和向r l c 子层提供服 务的逻辑信道之间进行信道映射，同时也为逻辑信道选择合适的传输格式( t f ) 。u t r a n 侧关于m a c 子层逻辑结构如下图所示。 图2 - 6m a c 予层实体结构 m a c 子层包含有三个功能实体：m a c d 、m a c c s h 、m a c b 。它们利用s a p 来 实现相应的信道映射。这些实体通过控制s a p 接受来自于r r c 的配置消息，同时向r r c 层反馈状态测量报告。 各个实体的主要功能如下： m a c - b 主要负责处理小区广播消息。 m a c c s h 主要负责处理小区中的公共信道和共享信道。 m a c d 主要负责处理在连接模式下分配给u e 的专用信道。 在u e 和u t r a n 侧，这三个实体的具体实现有一定差异。u e 侧只有一个m a c d 、 m a c c s h 、一个或多个m a c b 实体。由于它们在同一个设备中，因此彼此之间通过内 部接口进行通信。对于u t r a n 侧，m a c b 位于n o d eb 中，并且每个小区只有一个； m a c c s h 位于c r n c 中；m a c - d 位于s r n c 中，并且为每个u e 提供一个m a c d 实 体。由于按照设备功能的划分，这些实体分属不同的设备中，各实体之间必须通过标准 接口进行通信。如m a c d 和m a c c s h 不在同一个r n c 的情况下，二者的交互通过i u r 接口进行。这些接口已经设计成标准开放，以使不同制造商的设备彼此兼容。 第1 2 页 l牛剃 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 2 3 2m a cp d u 格式 m a ch e a d e rm a cs d u i - + 图2 - 7m a cp d u 格式 m a cp d u 的格式如上图所示。m a c 头和m a cs d u 的长度均可变。m a c 头的内 容和大小由逻辑信道的类型决定，有时m a c 头里面不需要任何参数。m a c s d u 的大 小取决于r l c p d u 的大小，r l c p d u 的大小在连接建立的时候就确定了。 m a c 头中的参数说明如下表所示： 袁2 3m a c 头参数说明 参数描述 t c t f t c t f 用于标识f a c h 和r a c h 传输信道上装载的逻辑信道的类 型。比如，可以是：b c c h 、c c c h 、c t c h 、s h c c h 或者是专 用逻辑信道的信息。 u e i dt y p e指示所使用的u e i d 类型，保证可以正确解析m a c 头里面的 u e i d 域。 u e i d 提供公共传输信道上的u e 的标识。m a c 子层定义了3 种u e i d 类型：u r n t i 、c r n t i 和d s c h r n t i 。 c 厂r 当多个逻辑信道同时映射到一个传输信道上时，c t 字段用来标 识逻辑信道。 2 4r l c 子层协议分析 2 4 1 子层介绍 m su t 冀 n 第1 3 页 北京邮电大学硕士研究生论文第二章t d s c d m a 综测仪介绍及协议分析 图2 - 8r l c 子层结构图 无线链路控制协议r l c 子层位于m a c 子层之上，为用户和控制数据提供分段和重 传业务。每个r l c 实体由r r c 配置，并且根据业务类型有三种模式：透明模式( t m ) 、 非确认模式( u m ) 、确认模式( a m ) 。 透明模式：发送实体对高层数据不添加任何额外控制开销，仅仅根据业务类型决定 是否进行分段操作。接收实体接收到的p d u 如果出现错误，则根据配置，在错误标记 后递交或者直接丢弃并向高层报告。实时语音业务通常采用r l c 透明模式。 非确认模式：发送实体在高层p d u 上添加必要的控制协议开销，然后进行传送但 并不保证传递到对等实体，且没有使用重传协议。接收实体对所接收到的错误数据标记 为错误后递交，或者直接丢弃并向高层报告。由于r l cp d u 包含有顺序号，因此能够 检测高层p d u 的完整性。u m 模式的业务有小区广播和口电话。 确认模式：发送侧在高层数据上添加必要的控制协议开销后进行传送，并保证传递 到对等实体。因为具有a r q 能力，如果r l c 接收到错误的r l cp d u ，就通知发送方 的r l c 重传这个p d u 。由于r l cp d u 中包含有顺序号信息，支持数据向高层的顺序 乱序递交。a m 模式是分组数据传输的标准模式，比如电子邮件下载。 对于透明模式和非确认模式，r l c 实体是单向的，各自拥有一个发送实体和一个接 收实体，两者之间没有信息的交互，独立的完成数据的发送和接收。对于确认模式，r l c 实体是双向的，仅有一个实体，划分为接收侧和发送侧来完成数据的发送接收功能，并 且它们是彼此相互沟通的，u e 和u t r a n 都有发送侧和接收侧。 2 4 - 2 参数说明 在r l c 的三种模式中，a m 模式最为复杂，该模式涉及到s d u 丢弃和a r q 机制， 这些机制中需要一些必要的定时器、状态参数和协议参数。 2 4 2 1 定时器参数 定时器列表如下所示： t i m e rp o l l ：在u e 侧时，当下一层指示了成功或未成功传输的a m dp d u 中包含 轮询时，这个时钟需要启动。在u t r a n 侧时，当包含轮询的p d u 传向下一层时，时 钟需要启动。 t i m e rp o l lp r o h i b i t ：从触发轮询到时钟终止，禁止轮询。 t i m e rd i s c a r d ：当高层配置基于定时器的s d u 丢弃时，使用此定时器。此定时器 的值由高层指定。 第1 4 页 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章t d - s c d m a 综测仪介绍及协议分析 t i m