3GPPLTE无线链路控制协议研究与系统设计

设计与实现3GPP LTE无线链路控制协议研究与系统设计*收稿日期：2009年8月13日*本文受北京市教育委员会共建项目专项资助。

1 引言随着市场宽带无线接入技术需求的日益增长，第三代合作伙伴计划（3GPP，3rd Generation Partnership Project）开始了3G长期演进计划（LTE）。

在LTE协议栈层次结构中，RLC层作为L2层之一，主要用于为上层提供不同数据链路类型的抽象。

其中最主要的是提供可靠的数据传输链路，该链路类型用于屏蔽掉无线链路带来的影响并为上层提供可靠的数据传输。

RLC层通过使用不同的数据包收发处理机制（如分段和ARQ等）实现这些逻辑链路抽象。

本文将对3GPP LTE的RLC协议进行分析并研究实现RLC协议的软件系统方案，最后，通过对软件系统的功能进行测试以验证其完备性。

2 LTE RLC协议研究RLC层作为LTE协议栈L2层的协议之一，由多个RLC层实体组成，分别是TM发送实体、TM接收实体、UM发送实体、UM接收实体和AM实体等五个实体，如图1所示：图1 RLC协议架构图施渊籍 张玉成 石晶林 中国科学院计算技术研究所设计与实现3GPP LTE无线链路控制协议研究与系统设计R L C层通过这5个实体来进行无线链路的控制，并为上层提供三种不同特性的数据传输服务，分别是T M （Transparent Mode）数据传输、UM（Unacknowledged Mode）数据传输和AM（Acknowledged Mode）数据传输。

TM数据传输主要是以透传的方式，不保证数据包的顺序，以最短的时延传递到对端，主要适用于对时延敏感、不希望原始数据被分段，并且不需要下层保证数据包顺序到达的业务，如上层信令、广播消息、寻呼消息等。

UM数据传输能够保证数据按序传递给上层，并且能够对上层数据根据带宽限制进行打包分段，以最短时延使数据包按序到达对端，主要适用于对时延敏感、但是允许一定丢包率的业务，如VoIP等业务。

3GPP-LTE移动通信系统的系统级仿真研究的开题报告一、研究背景随着移动通信技术的不断革新，3GPP-LTE移动通信系统作为一种新兴的移动通信技术，在提供高速数据传输、高质量语音通话等方面具有较强的优势，被广泛应用于全球范围内的移动通信行业。

由于3GPP-LTE移动通信系统具有高度复杂、多变化的特点，因此对其进行系统级仿真研究不仅可以有效探究受干扰、多路径、信道衰落等因素影响下移动通信系统的性能表现，还可以为其后续的网络规划与优化提供有力支持。

二、研究目的本研究的主要目的是基于3GPP-LTE移动通信系统进行系统级仿真，探究直到4G通信标准中消息传输、控制信令处理、连接管理、传输卸载等关键技术的优化效果，进而为改进3GPP-LTE移动通信系统的性能，提高网络质量建立较为完善的研究框架。

具体而言，研究将从仿真原理、仿真流程设计、仿真工具选用、仿真结果分析等方面，开展针对3GPP-LTE移动通信系统的整体性能测试，判断其在不同应用场景下的网络性能情况，并对其质量进行评估与优化。

三、研究内容1.根据3GPP-LTE移动通信系统的特点，深入分析其主要技术架构和应用场景。

2.依据仿真原理和仿真流程设计，建立针对3GPP-LTE移动通信系统的系统级仿真模型，并选择合适的仿真工具进行仿真并进行仿真参数设置。

3.分析仿真结果，以数据和图表形式对系统的性能参数进行验证，包括网络吞吐量、平均延迟、峰值速率、连接成功率等。

4.总结分析仿真结果，对3GPP-LTE移动通信系统的性能表现进行评估与优化，并提出相应的优化建议和措施。

四、研究方法本研究将采用数值仿真和实验研究相结合的方法，通过在合适的仿真软件平台中对3GPP-LTE移动通信系统进行相关操作，同时考虑信道建立、带宽分配、信噪比等多个因素影响，模拟出具体的通信场景，并运用相关统计处理技术，对仿真结果进行有效分析和优化。

五、研究意义本研究通过对3GPP-LTE移动通信系统的系统级仿真研究，可以较为全面地了解该系统的性能表现，理解其关键技术和应用场景，从而为其后续优化与升级提供有力支持，并为其在商业化应用中发挥更大的价值奠定基础。

3GPP LTE上行链路关键技术研究的开题报告一、选题背景与意义随着移动通信技术的日益发展，无线宽带通信已经逐渐成为了当今通信技术中的一个核心领域。

作为第四代移动通信技术，LTE（Long Term Evolution）通过多项关键技术升级，将普及的数据业务带宽提高至100Mbit/s（4G技术协议规范），支持网络平均时延达到100ms，从而能够为用户提供更快速、更可靠、更稳定的通信服务。

而在LTE技术的构建中，上行链路表现出了极其重要的作用。

因为上行链路可以支持用户向基站发送数据，同时也需要支持基站按时收到数据，所以保障上行链路的优秀性能非常关键。

因此，本课题拟以LTE系统上行链路为研究对象，重点分析和研究LTE上行链路关键技术，并针对上行链路中存在的问题和需求，提出切实可行的技术方案，以涵盖LTE 技术的全面和健康发展。

二、研究内容和方法研究内容：本课题主要着眼于LTE上行链路，具体涉及以下内容：1. LTE上行链路技术框架分析通过分析LTE系统中上行链路的技术框架，明确上行链路中的各个要素，并分析其各自的作用和相互之间的联系，为后续的研究提供必要的参考。

2. 前向纠错技术在LTE上行链路的应用前向纠错技术是一种强大的纠错技术，能够有效地提高信道传输的可靠性。

在LTE上行链路中，前向纠错技术的应用可以显著减少数据传输过程中受到丢包、误码等干扰所带来的影响，从而改善上行链路的性能。

3. 多载波技术在LTE上行链路的应用多载波技术可以在不同的载波频段之间切换，从而提高信道的可用性，并减少数据传输过程中由于信道质量差异而产生的不良影响。

4. 接收机设计在LTE上行链路的应用接收机的设计对数据的传输效率和接收效率具有重要影响。

在LTE上行链路中，应用合适的接收机设计可以大幅提高链路的性能，从而实现高效传输。

研究方法：本课题主要采用文献调研、实验分析和数学建模等多种方法。

具体来说，本研究将通过查阅相关文献，分析和比较不同的LTE上行链路技术，深入探究其优劣之处，并结合实际的场景进行实验分析和验证。

3gpp长期演进（lte）技术原理与系统设计第5 章 LTE 无线传输系统设计一个无线系统的成形固然取决于选择合适的空中接口传输技术但系统的具体设计也同样重要第4 章介绍的LTE 传输技术为LTE 系统实现优异的性能提供了潜在的能力但这距离要形成一个完整的LTE 传输系统还相去甚远要将众多的关键技术集成在一起形成一个有机的架构使各种技术协同工作相得益彰充分发挥它们的性能优势实现一个高效均衡经济可以实现高性能而又简洁实用的系统仍需要依赖缜密细致的系统设计工作LTE 采用的OFDMMIMO 等先进的传输技术为系统提供了大量的时域频域空域资源但如何用好这些资源管好这些资源则需要帧结构参数设计和资源分配技术的支持要想适应多径无线信道的变化保证数据的可靠传输则需要依靠精巧实用的参考信号设计而要实现网络和终端之间的默契配合步调一致则离不开高效完善的控制信令设计本章将针对这些重要的系统设计环节进行介绍帮助读者建立起对LTE 空中接口系统结构和功能的基本认识需要说明的是虽然关键技术的选择和系统设计分别在第 4 5 章介绍但并不意味着技术的选择过程和系统的设计过程是截然分开先后进行的相反它们是两个密不可分的过程很多关键技术从理论分析上虽然具有很好的先进性但在实际系统设计中却难以看到预期的性能增益例如那些带来大量信令开销和软硬件复杂度的技术即使理论上性能优异在实际标准化中也经常被弃用因此标准化中的关键技术筛选和系统设计不是孤立进行的也不可能先完成技术筛选再进行系统设计而往往是技术选择和系统设计交互进行相互影响的也就是说评估选择每一项技术都必须放在一个完整的系统中去考察而不能孤立地去评判只有那些适合这个系统服务于这个系统可以很好地提升整体系统性能的技术才是对这个系统有价值的技术最终才会被选用E-UTRA 系统的特点是除了系统信息物理层信令寻呼MBMS 等以外所有单播数据均通过共享信道传送共享信道也是功能最全的信道因此这里可以以共享信道为例说明E-UTRA 系统的结构其他广播控制寻呼多播等信道可以看作是共享信道的简化只实现共享信道的一部分功能[5-92]E-UTRA 下行共享信道DL-SCH 的物理模型如图 5-1 所示这个模型集中体现了E-UTRA 的系统结构物理层的功能和数据处理流程eNode B 端的信号处理流程包括CRC 处理com 节所述信道编码和速率匹配如48 节所述交织调制如47 节所述资源映射Resource Mappingcom 节所述和天线映射Antenna Mapping如45 节所述等UE 端的信号处理流程包括天线逆映射Antenna Demapping 资源逆映射Resource Demapping解调解交织解码和CRC 校验等DL-SCH 具有最完全的功能支持多层SU-MIMO 传输MAC 层调度和HARQ 如62 节所述等各种功能系统可以根据反馈的信道状态信息CSI等通过MAC 层调度动态配置eNode B 发射信号的调制编码方式资源映射和天线映射方式基于UE 反馈的ACKNACK 信息eNode B 可以进行HARQ 重传同时HARQ 操作也通过冗–207 –3GPP 长期演进LTE 技术原理与系统设计余版本RV 控制信道编码冗余比特的产生在这个模型中上层协议可以对编码与速率匹配调制资源映射和天线映射进行灵活的配置从而获得DL-SCH 的最大容量图5-1 下行共享信道DL-SCH物理模型上行共享信道UL-SCH的物理模型如图5-2 所示UL-SCH 包含的功能和DL-SCH 相比略有不同首先R8 LTE 暂不支持上行SU-MIMO只支持开环的天线选择因此UE 不需要支持天线映射功能但是LTE 上行支持MU-MIMO 操作因此两个UE 可以配对进行MU-MIMO 传输这种情况下eNode B 需要支持天线逆映射以正确接收两个UE 的MU-MIMO 信号其次由于LTE 上行采用同步HARQ重传的信息是固定的因此UE 也不需要在上行传送HARQ 信息–208 –第5 章 LTE 无线传输系统设计图5-2 上行共享信道UL-SCH物理模型根据DL-SCH 和UL-SCH 的物理模型就可以理解第4 56 章介绍的部分关键技术和系统设计是如何相互配合形成一个有机的整体的用于承载MBMS 业务的多播信道MCH 可以看做DL-SCH 信道的一种简化其物理模型如图5-3 所示虽然仍然可以支持多层MIMO 操作但由于原则上没有上行反馈因此只能进行开环的MIMO 操作另外由于MBMS 系统是一个没有上行反馈的系统因此不必要也无法对调制资源映射和天线映射进行动态调整只需进行半静态semi-static的配置同样由于缺乏上行反馈MCH 也不可能支持HARQ 操作因此编码和速率匹配也不需要通过上层协议配置图5-3 多播信道MCH 物理模型可以以寻呼信道PCH 为例说明某些控制信道的物理功能如图5-4 所示PCH 仍然–209 –3GPP 长期演进LTE 技术原理与系统设计图5-4 寻呼信道PCH 物理模型可以通过 MAC 层调度来选择调制方式分配资源进行天线映射但这样的信道通常要求有较高的可靠性对频率效率的要求不高因此不采用多层MIMO 传输另外这一类信道通常也不采用HARQ 操作不支持RV 的控制广播信道BCH 对可靠性的要求最高其物理模型如图5-5 所示因此其支持的物理层功能反而最少BCH 总是采取最可靠的调制仅使用 QPSK 编码和多天线分集发送物理层配置是完全静态的因此不需要支持任何自适应功能–210 –第5 章 LTE 无线传输系统设计图5-5 广播信道BCH 物理模型从上面几种信道的物理模型可以看到只有将各种关键技术根据不同的需要有机地结合在一起才能形成一个完整的系统提供各种所需的功能51 帧结构设计帧结构Frame Structure FS 定义了系统最基本的传输时序是整个空中接口系统设计的基础几乎所有的传输技术参数设计资源分配和物理过程设计都基于这个基本时序结构在帧结构设计中可以采用两种思路一种思路是设计一个带有特殊时隙的帧结构即在正常长度的数据时隙之外专门为公共控制信道分配特殊长度的时隙另一种思路是设计一个包含完全等长时隙的帧结构带有特殊时隙的帧结构例如Wi 帧结构和TD-SCDMA 帧结构已经将控制信道的部分设计思想融合其中因此可以在标准化伊始很快地形成公共控制信道的基本架构有利于快速推进系统设计而不包含特殊时隙的帧结构则没有对公共控制信道的设计附加任何限制和导向公共信道和控制信道的设计完全取决于后期标准化过程中的研究讨论和融合在LTE 技术规范中FDD 帧结构称为第1 种帧结构Frame Structure Type 1FS1TDD 帧结构称为第2 种帧结构Frame Structure Type 2 FS2 FS1 采用没有特殊时隙的帧结构在3GPP 这样一个包含大量公司的不同观点的标准化组织中这种帧结构可以在标准化初期避免卷入控制信道的具体设计问题快速确立最基本的工作假设更好地推进关键技术的标准化FS2 由于是在TD-SCDMA 帧结构的基础上改进而成的因此与TD-SCDMA帧结构一样包含。

3GPP LTE链路自适应技术及其在协作通信中的应用的开题报告一、项目背景及研究意义近年来，移动无线通信网络的发展迅速。

4G技术的推广、5G技术的研究和发展，都在追求更高的通信速率、更广的覆盖面以及更好的用户体验。

在这其中，链路自适应技术成为了一个关键的技术点，尤其是在协作通信中。

LTE（Long Term Evolution）是3GPP（3rd Generation Partnership Project）标准下的一种4G移动通信技术。

链路自适应技术是LTE技术中的重要组成部分之一，主要包括CQI（Channel Quality Indicator）、RI （Rank Indicator）以及PMI（Precoding Matrix Indicator）等技术。

它们可以通过自适应地调整调制方式、发送功率、码率等参数，来优化通信链路质量，从而提高网络的传输效率和用户的体验质量。

协作通信是一种新的通信模式，其核心思想是将不同的通信网络设备、信号处理算法和传输机制互相协作，从而提高网络的传输速率、覆盖面以及稳定性等。

链路自适应技术在协作通信中可以发挥重要作用，特别是在使用多个基站或者天线阵列进行分布式通信时，可以通过调整不同基站或天线阵列之间的合作策略，来最大化信道效益，从而提高网络的性能。

本项目旨在深入研究3GPP LTE链路自适应技术，探索其在协作通信中的应用。

通过对LTE技术的理论分析和仿真模拟，开发出一套具有实用价值的协作通信链路自适应系统，为智能无线通信网络的发展做出贡献。

二、研究内容及方法本项目的主要研究内容包括：1. 3GPP LTE链路自适应技术的理论基础研究：研究CQI、RI和PMI 等技术的产生、应用原理，探究它们之间的关系及重点技术难点。

2. 协作通信环境下链路自适应机制的研究：分析协作通信的特点和优势，借鉴现有研究成果，探讨链路自适应技术在协作通信中的具体应用方式和效果。

3. 仿真模拟和系统开发：采用MATLAB等仿真工具，构建协作通信链路自适应系统，并进行系统性能测试和结果分析。

3GPP长期演进（LTE）研究的开题报告一、课题背景与研究意义随着无线通信技术和移动通信设备的快速发展，移动通信用户数量不断增加，对移动通信网络的需求也日益增强。

长期演进技术（Long Term Evolution，LTE）是第四代移动通信技术的一种，同时也是3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）推出的移动通信标准。

其前身是UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）和HSPA（High Speed Packet Access，高速分组接入）技术。

随着3G时代的逐渐结束，4G时代进入全面普及，5G 时代也即将到来，LTE技术的研究和发展至关重要。

本文旨在从技术角度审视LTE长期演进技术的发展现状和未来趋势，探究其发展瓶颈和发展方向，为相关企业和组织提供技术支持。

二、研究内容和研究方法1. 研究内容（1）LTE技术介绍（2）LTE演进路线及关键技术（3）LTE技术存在问题及解决方案（4）未来趋势与发展方向2. 研究方法本文主要采用文献调研法和案例分析法，结合多家著名研究机构和企业的相关资料，分析当前LTE技术的发展现状和未来趋势；同时利用案例分析法，结合实际应用经验，分析LTE技术的存在问题和解决方案。

三、预期研究结果通过对LTE技术的分析和研究，本文预期达到以下几个方面的研究结果：（1）全面掌握LTE长期演进技术的关键技术和发展历程。

（2）深入剖析LTE技术的存在问题和优化方案，指出它们的发展瓶颈所在。

（3）对未来LTE技术的发展趋势进行预测和展望，为相关企业和组织提供技术支持和指导。

收稿日期：２００７年１１月９日３ＧＰＰ　ＬＴＥ无线接口协议及体系结构姚 斌 北京华瑞赛维通信技术有限公司【摘要】文章根据３ＧＰＰ对第三代移动通信系统长期演进ＬＴＥ的研究报告和成果，简要介绍了演进型接入网ＥＵＴＲＡＮ体系结构，分别从物理层、数据链路层和无线资源控制层研究了ＬＴＥ无线接口协议。

【关键词】３ＧＰＰ ＬＴＥ ＥＵＴＲＡＮ 无线接口协议 体系结构１ 引言随着移动通信技术的不断发展和演进，３ＧＰＰ从２００４年下半年开始启动“第三代移动通信系统长期演进”ＬＴＥ项目，并开始相应的标准制定和研究工作。

该项目计划在２００７年中完成标准的制订，并将于２００８年或者２００９年把产品推向市场。

ＬＴＥ标准化工作又划分为两个阶段：第一阶段从２００５年３月到２００６年６月，主要完成相关技术研究，形成研究报告，包括ＲＡＮ－ＣＮ功能的划分与调整、ＲＡＮ体系结构优化、无线接口协议及体系结构、物理层中多种接入方案研究、宏分集与射频部分研究、状态与状态转移问题、信道结构研究、演进型ＭＩＭＯ机制、信令流程与终端移动性等等方面；第二阶段是从２００６年６月到２００７年６月，使用一年左右的时间完成核心规范的撰写工作。

本文根据３ＧＰＰ对第三代移动通信系统长期演进ＬＴＥ的研究报告和成果，概要阐述ＬＴＥ无线接口协议及体系结构。

２ ＬＴＥ无线接入网体系结构３ＧＰＰ在考虑ＬＴＥ技术时，演进型接入网（ＥＵＴＲＡＮ，Ｅｖｏｌｖｅｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　Ｒａｄｉｏ　ＡｃｃｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ）采用只有演进型Ｎｏｄｅ　Ｂ（ｅＮＢ）构成的单层结构，以便简化网络和减少时延，这种结构实际上已经趋近于典型的ＩＰ宽带网结构，其无线接入网体系构架如图１所示：图１ Ｅ－ＵＴＲＡＮ　体系结构每个ｅＮＢ都具有一系列功能和相应物理接口，其中包括演进型ＵＴＲＡ用户面（Ｕ－ｐｌａｎｅ）（ＰＤＣＰ／ＲＬＣ／ＭＡＣ／ＰＨＹ）和控制面（Ｃ－ｐｌａｎｅ）（ＲＲＣ）协议，多个ｅＮＢｓ通过Ｘ２接口相互连接。

第5章LTE无线传输系统设计一个无线系统的成形，固然取决于选择合适的空中接口传输技术，但系统的具体设计也同样重要。

第4章介绍的LTE传输技术为LTE系统实现优异的性能提供了潜在的能力，但这距离要形成一个完整的LTE传输系统还相去甚远。

要将众多的关键技术集成在一起，形成一个有机的架构，使各种技术协同工作，相得益彰，充分发挥它们的性能优势，实现一个高效、均衡、经济、可以实现高性能而又简洁实用的系统，仍需要依赖缜密细致的系统设计工作。

LTE采用的OFDM、MIMO等先进的传输技术为系统提供了大量的时域、频域、空域资源，但如何用好这些资源、管好这些资源，则需要帧结构、参数设计和资源分配技术的支持。

要想适应多径无线信道的变化，保证数据的可靠传输，则需要依靠精巧实用的参考信号设计。

而要实现网络和终端之间的默契配合、步调一致，则离不开高效、完善的控制信令设计。

本章将针对这些重要的系统设计环节进行介绍，帮助读者建立起对LTE空中接口系统结构和功能的基本认识。

需要说明的是，虽然关键技术的选择和系统设计分别在第4、5章介绍，但并不意味着技术的选择过程和系统的设计过程是截然分开、先后进行的。

相反，它们是两个密不可分的过程。

很多关键技术从理论分析上虽然具有很好的先进性，但在实际系统设计中却难以看到预期的性能增益。

例如，那些带来大量信令开销和软硬件复杂度的技术，即使理论上性能优异，在实际标准化中也经常被弃用。

因此，标准化中的关键技术筛选和系统设计不是孤立进行的，也不可能先完成技术筛选，再进行系统设计，而往往是技术选择和系统设计交互进行、相互影响的。

也就是说，评估、选择每一项技术，都必须放在一个完整的系统中去考察，而不能孤立地去评判。

只有那些适合这个系统、服务于这个系统、可以很好地提升整体系统性能的技术，才是对这个系统有价值的技术，最终才会被选用。

E-UTRA系统的特点是除了系统信息、物理层信令、寻呼、MBMS等以外，所有单播数据均通过共享信道传送，共享信道也是功能最全的信道。

3GPPLTE上行链路基站合作系统研究的开题报告标题：3GPPLTE上行链路基站合作系统研究摘要：本文旨在研究3GPPLTE上行链路基站合作系统，通过对现有文献的综述和归纳，深入剖析基站合作系统的优势与不足，并探讨解决方案。

首先介绍了3GPPLTE系统的概念及其特点，然后详细解析了基站合作系统的优点，包括系统容量和覆盖面积的提升、干扰的降低、信道质量和传输速率的改善等。

接着分析了基站合作系统在实际应用中面临的诸多挑战，包括基站之间信息交换的复杂性、多路径信道的处理问题以及复杂度的提高等。

针对这些问题，本文提出了两个解决方案，即解决信息交流问题的协议设计方案，以及针对多路径信道处理问题的算法改进方案。

最后，本文提出了未来的研究方向，包括基于机器学习的系统优化和多用户场景下系统的应用研究等。

关键词：3GPPLTE，上行链路，基站合作系统，信道质量，传输速率，干扰Abstract：This paper aims to study the 3GPPLTE uplink cooperative system. By reviewing and summarizing existing literature, this paper deeply analyzes the advantages and disadvantages of the base station cooperation system, and explores solutions. First, the concept and characteristics of the 3GPPLTE system are introduced, and then the advantages of the base station cooperation system are analyzed in detail, including the improvement of system capacity and coverage area, the reduction of interference, and the improvement of channel quality and transmission rate. Then, the many challenges faced by the base station cooperation system in practical applications are analyzed, including the complexity of information exchange between base stations, the problem of multipath channel processing, and the increase of complexity. For these problems, this paper proposes two solutions, namely the protocol design solution to solve the information exchange problem and the algorithm improvement solution to solve the multipath channel processing problem. Finally, this paper proposes futureresearch directions, including system optimization based on machine learning and application research of the system in multi-user scenarios.keywords: 3GPPLTE, uplink, base station cooperation system, channel quality, transmission rate, interference.。