LTE空中接口協(xié)議棧的研究與實現(xiàn)

【摘要】本文通過對LTE（1ong term evolution）空中接口棧在實際生活中的應(yīng)用，結(jié)合對協(xié)議棧數(shù)據(jù)處理過程的研究，從LTE的結(jié)構(gòu)層和功能及用戶需求出發(fā)，對LTE空中接口協(xié)議棧進(jìn)行簡單的研究。

【關(guān)鍵詞】LTE空中接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管理研究發(fā)現(xiàn)

一、協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)

協(xié)議棧是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的一個專業(yè)名詞，它主要是為反映文件在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的過程，是網(wǎng)絡(luò)中各層協(xié)議的總和。LTE就是在這種背景上發(fā)展的一種很先進(jìn)的系統(tǒng)，它在技術(shù)上引用了OFDM和多天線MIMO等關(guān)鍵傳輸技術(shù)，采用這種技術(shù)可以使頻譜分配更加靈活，有效的提高了頻譜的效率。同時還增大了系統(tǒng)容量和覆蓋，為文件的傳輸提供了更大的活動空間，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩趲挼膽?yīng)用上也能支持多種形式分配。LTE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上主要由三個子層構(gòu)成：物理層（無線處理數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)鏈路層（處理和控制數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收）、無線資源控制層（控制系統(tǒng)工作狀態(tài)）。其中，第二層的數(shù)據(jù)鏈路層又被劃分為媒體接入控制子層、無線鏈路控制子層和分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議子層。

二、協(xié)議棧的研究與實現(xiàn)

（1）首先是數(shù)據(jù)鏈路層中的分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層的設(shè)計。此層的功能主要是封裝IP數(shù)據(jù)。本來在嵌入式的程序開發(fā)的協(xié)議棧一般都采用lwIP，但是為了數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，本項目設(shè)計中便引入了LTE結(jié)構(gòu)中。其工作原理是當(dāng)PDCP子層收到一個1wIP數(shù)據(jù)的pbuf結(jié)點的時候就會生成一個對應(yīng)pdcp—sdu結(jié)點，生成的這個sdu結(jié)點將會轉(zhuǎn)移到隊列里等待封裝處理。

（2）然后是數(shù)據(jù)鏈路層中的無線鏈路控制層的設(shè)計。這一層的主要作用是為上層即PDCP子層提供穩(wěn)定、可靠的傳輸服務(wù)，傳輸模式有透明模式、無確認(rèn)模式、確認(rèn)模式三種。TM模式不會對數(shù)據(jù)產(chǎn)生任何處理和改變，uM模和AM模式的設(shè)計類似。設(shè)計實現(xiàn)RLC AM發(fā)送端時，也是采用雙緩沖隊列（處理緩沖隊列和發(fā)送緩沖隊列）。當(dāng)收到上級命令或請求的時候函數(shù)就會將相應(yīng)的數(shù)據(jù)放入隊列中。接收到發(fā)送命令的時候立即進(jìn)行發(fā)送。在RLC接收端，也設(shè)計了一個隊列來實現(xiàn)接收窗口，它的大小和形式與發(fā)送端發(fā)送緩沖隊列一致。通過調(diào)整接收指針來保證與發(fā)送端匹配工作完成數(shù)據(jù)接收。另外在接收到數(shù)據(jù)時會根據(jù)輪詢字段的值，對是否生成狀態(tài)報告進(jìn)行判斷。

（3）最后是數(shù)據(jù)鏈路層中的媒體接入層的設(shè)計。媒體接入層的作用主要是對數(shù)據(jù)的復(fù)用和解復(fù)用。也就是通過編碼，將不同信道中的數(shù)據(jù)封裝到對應(yīng)的MAC包中。此子層也是采用雙緩沖隊列，解復(fù)用恰恰是一個相反的過程，即根據(jù)MAC子頭中的信息，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)遞放到緩沖隊列中，利用分發(fā)函數(shù)將數(shù)據(jù)傳遞給相應(yīng)的操作過程。

三、系統(tǒng)開發(fā)的平臺和測試

對LIT的結(jié)構(gòu)了解了之后便是對硬件設(shè)備的準(zhǔn)備。此系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的復(fù)雜性，因此對設(shè)備的配置要求比較高。一般此系統(tǒng)的開發(fā)板都選用Virtex-6 ML605 FP-GA。這種開發(fā)板的FPGA、處理器、內(nèi)存、串口等各種控制器都都可以滿足系統(tǒng)開發(fā)的需求。

系統(tǒng)開發(fā)完成后需要進(jìn)行系統(tǒng)流程測試，這是軟件系統(tǒng)開發(fā)必不可少的一步。本次的測試以開發(fā)板上的網(wǎng)口作為UE的數(shù)據(jù)來源，為了捕獲和預(yù)處理網(wǎng)口的數(shù)據(jù)，需要在LWIP協(xié)議的基礎(chǔ)上編寫一個上層的小程序。通過開發(fā)板的AURORA模塊連接對應(yīng)的端口，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接受測試。在測試的方式上可以選擇通過LTE物理層鏈路模塊，以幾組不同的發(fā)送速率和編碼方式測試協(xié)議棧的處理速率；也可以直接利用AURORA模塊直接測試。

四、結(jié)語

本文通過對LTE空中接口協(xié)議棧的流程和開發(fā)入手，簡單的對LTE協(xié)議棧進(jìn)行了研究與實現(xiàn)。LTE系統(tǒng)是一種需要更加專業(yè)的水平進(jìn)行研究和探索，它還有很大的提升空間，在未來的通訊發(fā)展中，隨著LTE技術(shù)的推廣和應(yīng)用，各種面向小型設(shè)備的LTE空中接口協(xié)議棧的研究和實現(xiàn)有很廣泛的現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景。

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