LTE空中接口協(xié)議棧的研究與實(shí)現(xiàn)

【摘要】本文通過(guò)對(duì)LTE（1ong term evolution）空中接口棧在實(shí)際生活中的應(yīng)用，結(jié)合對(duì)協(xié)議棧數(shù)據(jù)處理過(guò)程的研究，從LTE的結(jié)構(gòu)層和功能及用戶(hù)需求出發(fā)，對(duì)LTE空中接口協(xié)議棧進(jìn)行簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)專(zhuān)業(yè)名詞，它主要是為反映文件在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的過(guò)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(shí)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(dòng)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(gè)子層構(gòu)成：物理層（無(wú)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(wú)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(wú)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(shí)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(jì)。此層的功能主要是封裝IP數(shù)據(jù)。本來(lái)在嵌入式的程序開(kāi)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(xiàng)目設(shè)計(jì)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(gè)1wIP數(shù)據(jù)的pbuf結(jié)點(diǎn)的時(shí)候就會(huì)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)pdcp—sdu結(jié)點(diǎn)，生成的這個(gè)sdu結(jié)點(diǎn)將會(huì)轉(zhuǎn)移到隊(duì)列里等待封裝處理。

（2）然后是數(shù)據(jù)鏈路層中的無(wú)線鏈路控制層的設(shè)計(jì)。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(wú)確認(rèn)模式、確認(rèn)模式三種。TM模式不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生任何處理和改變，uM模和AM模式的設(shè)計(jì)類(lèi)似。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)RLC AM發(fā)送端時(shí)，也是采用雙緩沖隊(duì)列（處理緩沖隊(duì)列和發(fā)送緩沖隊(duì)列）。當(dāng)收到上級(jí)命令或請(qǐng)求的時(shí)候函數(shù)就會(huì)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)放入隊(duì)列中。接收到發(fā)送命令的時(shí)候立即進(jìn)行發(fā)送。在RLC接收端，也設(shè)計(jì)了一個(gè)隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)接收窗口，它的大小和形式與發(fā)送端發(fā)送緩沖隊(duì)列一致。通過(guò)調(diào)整接收指針來(lái)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(shí)會(huì)根據(jù)輪詢(xún)字段的值，對(duì)是否生成狀態(tài)報(bào)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(jì)。媒體接入層的作用主要是對(duì)數(shù)據(jù)的復(fù)用和解復(fù)用。也就是通過(guò)編碼，將不同信道中的數(shù)據(jù)封裝到對(duì)應(yīng)的MAC包中。此子層也是采用雙緩沖隊(duì)列，解復(fù)用恰恰是一個(gè)相反的過(guò)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(duì)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(guò)程。

三、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的平臺(tái)和測(cè)試

對(duì)LIT的結(jié)構(gòu)了解了之后便是對(duì)硬件設(shè)備的準(zhǔn)備。此系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有一定的復(fù)雜性，因此對(duì)設(shè)備的配置要求比較高。一般此系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)板都選用Virtex-6 ML605 FP-GA。這種開(kāi)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(kāi)發(fā)的需求。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后需要進(jìn)行系統(tǒng)流程測(cè)試，這是軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)必不可少的一步。本次的測(cè)試以開(kāi)發(fā)板上的網(wǎng)口作為UE的數(shù)據(jù)來(lái)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(xiě)一個(gè)上層的小程序。通過(guò)開(kāi)發(fā)板的AURORA模塊連接對(duì)應(yīng)的端口，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接受測(cè)試。在測(cè)試的方式上可以選擇通過(guò)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(cè)試協(xié)議棧的處理速率；也可以直接利用AURORA模塊直接測(cè)試。

四、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)LTE空中接口協(xié)議棧的流程和開(kāi)發(fā)入手，簡(jiǎn)單的對(duì)LTE協(xié)議棧進(jìn)行了研究與實(shí)現(xiàn)。LTE系統(tǒng)是一種需要更加專(zhuān)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(lái)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(shí)現(xiàn)有很廣泛的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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