LTE系统级仿真平台高层协议栈研究及仿真实现毕业设计论文.pdf 84页

'编号：审定成绩：重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：LTE系统级仿真平台高层协议栈研究及仿真实现学院名称：通信与信息工程学生姓名：黄晨专业：通信工程班级：0110910学号：2009210362指导教师：陈前斌答辩组负责人：填表时间：2013年6月重庆邮电大学教务处 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）摘要LTE以其高速率低时延等优点，得到世界各主流通信设备商和运营商的广泛关注。为了保证LTE及其后续技术的长久生命力，同时也为了满足IMT-A和未来通信的更高需求，3GPP开始了LTE的平滑演进LTE-Advanced的研究。作为LTE的平滑演进，LTE-Advanced能够保持与LTE良好的兼容性，满足ITU-R的IMT-Advanced技术征集的需求，不仅是3GPP形成欧洲IMT-Advanced技术提案的一个重要来源，还是一个后向兼容的技术，完全兼容LTE，是演进而不是革命。LTE已经具有明显的4G技术特征,只要在这个基础上进行适当的增强,这就是所谓的LTE-Advanced。本文就是针对R10版本对LTE-Advanced的协议栈展开研究。本课题来源于移动通信重点实验室无线传输技术研究所的LTE-Advanced仿真平台研发项目。本课题完成的工作大致有：（1）对LTE-Advanced系统的相关内容进行介绍包括LTE-Advanced系统的需求指标及网络结构的变化，LTE-Advanced高层协议栈各层的主要内容、功能以及关键技术，根据每一层协议的功能及特点，进行架构设计，并对部分技术使用C++代码实现。（2）研究了系统级仿真的原理及方法，主要包括动态仿真和静态仿真。分析了两种仿真的异同。搭建LTE-Advanced系统级仿真模型，通过对两种业务模型的仿真结果进行，从而证明系统协议栈的正确性和有效性。【关键词】LTE-Advanced高层协议栈功能架构系统级仿真I 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）ABSTRACTTheworld"smajorcommunicationsequipmentmanufacturersandoperatorspayattentiontotheLTEforitsadvantagelikehigh-speedlowlatency.InordertoensuretheLTEtechnologylong-termvitalityofitsfollow-up,butalsotomeetthehigherdemandforIMT-Aandfuturecommunications,3GPPbeganaresearchforLTE-Advanced,whichisasmoothevolutionofLTE.LTE-Aisnotonlyanimportantsourceofthetechnicalproposalof3GPP’sIMT-Advanced,andbutalsoabackward-compatibletechnologycompletelycompatiblewithLTE,whichisanevolutionratherthanarevolution.LTEalreadyhasobvioustechnicalfeaturesfor4G,onthisbasis,itwillbecalledLTE-Advancedaslongasenhancedappropriately.ThisarticleisthestudyontheprotocolstackofLTE-AdvancedfortheR10version.ThesubjectcomesfromresearchdevelopmentforLTE-AdvancedsimulationplatformprojectsinmobilecommunicationsandwirelesstransmissiontechnologyLaboratory.Themainpointoftheworkincluding:(1)IntroducetheLTE-Advancedsystems,includingdemandindicatorsandnetworkstructurechangesofLTE-Advancedsystems,andmaincontentofLTE-Advancedhighlevelprotocolstacklayers,likefunctionsandkeytechnology,anddesignthearchitectureinC++code,baseontheeachlayerprotocolfunctionsandfeatures.Andachievepartofthekeyarithmetic.(2)Studythesystem-levelsimulationmethodsandprinciples,includingdynamicsimulationandstaticsimulation,andanalysisthesimilaritiesanddifferencesoftwosimulation.BuildLTE-Advancedsystem-levelsimulationmodelofthetwobusinessmodelsthroughsimulationresults,thusprovingthecorrectnessofthesystemstackandeffectiveness.【Keywords】LTE-Advancedhigh-levelprotocolstackfunctionalarchitecturesimulationplatformII 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）目录前言.................................................................1第一章绪论...........................................................2第一节研究背景.....................................................2第二节研究现状.....................................................3一、LTE系统概述...................................................3二、LTE关键技术及发展.............................................3三、系统级仿真.....................................................5第三节研究意义.....................................................5第四节本章小结.....................................................6第二章LTE-A系统级仿真方法............................................7第一节系统级仿真方法概述...........................................7第二节静态系统仿真.................................................8第三节动态系统仿真.................................................9第四节静态仿真和动态仿真比较......................................10第五节本章小结....................................................10第三章LTE-Advanced协议结构..........................................11第一节LTE-A协议栈综述.............................................11一、概述..........................................................11二、eNB...........................................................12三、MME...........................................................13四、S-GW..........................................................13五、P-GW..........................................................13第二节无线接口协议栈..............................................14一、概述..........................................................14二、控制平面无线结构协议栈........................................14三、用户平面无线结构协议栈........................................15第三节LTE-A高层协议栈各层分析.....................................16一、NAS层........................................................16二、RRC层........................................................18三、PDCP层.......................................................19四、RLC层........................................................20五、MAC层........................................................24III 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第四节MAC层AMC模型的实现.........................................27第五节本章小结....................................................30第四章LTE-A系统级仿真分析...........................................31第一节仿真环境介绍................................................31第二节LTE-Advanced系统级仿真平台简介..............................32第三节LTE-Sim仿真结果.............................................33一、仿真步骤......................................................33三、仿真环境配置..................................................34二、仿真结果......................................................34第四节LTE-Advanced中的AMC和HARQ研究.............................39一、AMC...........................................................39二、HARQ..........................................................40三、AMC与HARQ的结合.............................................40第五节本章小结....................................................41第五章总结和展望....................................................42第一节全文总结....................................................42第二节未来展望....................................................42结论................................................................44致谢................................................................45参考文献..............................................................46附录................................................................48一、英文原文:......................................................48二、英文翻译.......................................................56三、源程序：.......................................................67IV 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）前言随着无线移动通信的发展，现今已经达到了5W时代即任何时间、任何地点和任何人通信。未来的无线移动通信将以高速数字多媒体业务为主，系统的传输速率及服务质量(QoS)都有非常大的提高，并融合现在的互联网、移动网和广播网等，组成一个无缝连接的移动通信网。目前，全球移动无线移动通信技术的演进路径主要有三个：一是WCDMA和TD-SCDMA，均从HSPA演进至HSPA+，进而到LTE;二是CDMA2000沿着EV-DORev.0Rev.ARev.B，最终到UMB;三是802.16m的WMiAX路线。从当前的形势分析，其中的LTE标准是最有前途的。不仅多数主流的WCDMA运营商声称要向LTE演进，就连一些较大的CDMA2000运营商也都纷纷对LTE感兴趣。WMiAX现在有运营商对其感兴趣，但也没有采取实质性的行动。所以LTE标准的下一步演进路线至关重要。目前拥有最多的设备厂商和运营商支持者的LTE，目前正大踏步地向4G迈进。3GPP长期演进项目(LTE)是3GPP制定的新标准，以配合日益增加市场的吞吐量的需求。LTE是2G和3G系统的演进，和当今其他的无线接入技术的服务质量水平相当，这也摆脱了高通CDMA的专利制约。2004年12月，3GPPRAN工作小组对LTE进行了研究，2007年12月所有的LTE功能规格已经完成。另外，EPC功能规格是3GPP和CDMA网络互联互通的里程碑。2008年12月3GPP工作组完成了所有的性能规格和协议，并且公布了LTER8版本技术标准。紧接着在2009年底完成了LTER9版本，主要以完善和增强LTE系统为目标，增加了关于完善LTE家庭基站特别在管理和安全方面的性能，与以前的版本差别不大。而为了与ITU的4G标准进程一致，3GPP工作组正在发展LTER10版本，可以达到100M带宽，同时上下行速率也有提高，但其完成时间没有确定，可能在2011年左右完成。LTE已经具有明显的4G技术特征，只要在这个基础上进行适当的增强，这就是所谓的LTE-Advanced。2008年3月ITU发出通函征集IMT-Advanced候选技术方案。之前3GPP完成了LTE标准的研究，为了适应ITU发出的通函，3GPP展开了LTE-Advanced技术研究的工作，在2009年6月向ITU提交了这项方案，按照ITU的IMT-Advanced进程的时间表，3GPP在2009年10月完成了自评估报告，完成了IMT-Advanced候选技术的提交工作。2010年10月ITU会确定IMT-Advanced技术标准方案。LTE-Advanced是LTE的平滑演进，以3GPP提出的R10版本为基础的标准，与LTER8保持后向兼容。本文就是针对R10版本对LTE-Advanced的协议栈展开研究。1 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第一章绪论第一节研究背景为了提高无线移动传输速率，3GPP(the3rdgenerationpartnershipproject)启动了LTE(longtermevolution)技术的研究与实施。LTE也称为3.9G或准4G无线通信技术，它采用多天线和正交频分复用的技术，支持更高的移动速度和更高的带宽。LTE空中接口协议栈是运行于物理层之上的软件部分，其主要作用是为终端和基站之间的通信提供服务。现阶段LTE的研究和应用依然处于试验阶段，离大规模商用还有一定距离，且其关键技术多为大公司所掌握。但是，LTE的技术优点决定了它在将来必将得到广泛地推广和应用，而且也会得到小型无线通信设备厂商尤其是无线实时视频监控系统厂商的青睐和关注。同时，ITU对下一代移动通信系统（IMT-Advanced）的工作也由―展望‖逐渐进入更加实质的技术标准化阶段。2008年上半年，ITU在关于IMT-Advanced愿景规划的基础上完成了具体的系统技术要求，并正式发出―通函‖在全世界范围内征集IMT-Advanced候选技术提案，由此在ITU的范畴内开始了对IMT-Advanced技术的国标标准化过程。LTE系统由于其代表了移动通信新技术发展的主要方向，显然将成为IMT-Advanced主要的候选技术之一，3GPP也将IMT-Advanced作为LTE的进一步发展目标。在这样的背景下，2008年3月，3GPP通过了关于LTE-Advanced的研究项目，对LTE系统进行进一步的技术提高，以达到并超过ITU对IMT-Advanced的技术要求为目标，实现LTE后向兼容的LTE-Advanced系统，并将其作为向ITU提交的IMT-Advanced候选技术。作为LTE技术的演进，LTE-Advanced必然针对LTE技术具有一定的兼容性，同时还必须有所增强，以下给出了LTE-Advanced主要的演进目标：○1LTE-Advanced将基于LTE平滑演进，LTE-Advanced网络应当能够支持LTE终端。反之，LTE-Advanced终端也应当能够在LTE网络中使用基本功能。○2能够支持从宏蜂窝到室内环境（如家庭网络）的覆盖。○3优先考虑低速移动的用户。○4网络自适应和自优化功能应当进一步加强。○5在3GPP之前的各个版本当中支持的功能都应当在LTE-Advanced系统中有所体现，包括与其他类型接入网的切换、网络共享等。○6降低成本，包括网络建设、终端、功率使用效率以及骨干网的支撑等。2 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）○7降低终端的复杂度。○8频谱方面。应当同时支持连续和不连续的频谱；能够支持最大不超过100MHz的带宽；支持ITU分配的无线频段；能够与LTE共享相同的频段。○9系统性能方面。在规定时间内满足ITU对IMT-Advanced技术的所有要求；下行峰值速率能够达到1Gbit/s，上行应当超过500Mbit/s，最低天线配置要求为下行2×2、上行1×2，其他性能应不低于LTE的标准。第二节研究现状一、LTE系统概述LTE(LongTermEvolution)项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议"LTE是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准"在系统架构方面，如图1.1，E一UTRAN由eNodeB构成，eNodeB之间通过X2接口互连，每个eNodeB又和演进型分组核心网通过Sl接口相连。图1.1LTE总体系统架构图二、LTE关键技术及发展为了满足IMT-Advanced的性能要求，3GPP制定了LTE-Advanced的研究目标，3 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）其关键技术包括了包括载波聚合（carrieraggregation）、增强型上下行MIMO、协作的多点传输与接收（CoordinatedMultiplePointtransmissionandreception，CoMP）、接力通信（relay）。1、聚合载波LTE目前最大支持20MHz的系统带宽，可实现下行300Mbit/s、上行80Mbit/s的峰值速率。在ITU关于IMT-Advanced的规划中，提出了下行峰值速率1Gbit/s、上行500Mbit/s的目标，并将系统最大支持带宽不小于40MHz作为IMT-Advanced系统的技术要求之一，因此需要对LTE的系统带宽作进一步的扩展。LTE-Advanced将采用载波聚合的方式实现系统带宽的扩展。2、增强型MIMO在LTE中，上行仅支持单天线的发送，也就是说不支持SU-MIMO。为了提高上行传输速率，同时也为了满足IMT-Advanced对上行峰值频谱效率的要求，LTE-Advanced将在LTE的基础上引人上行SU-MIMO，将支持最多4个发送天线。LTE下行可以支持最多4个发送天线，而LTE-Advanced将会在此基础上进一步增强以提高下行吞吐量。目前确定将扩展到支持最多8个发送天线。3、CoMPLTE-Advanced中提出的协作式多点传输技术可分为分布式天线系统和协作式MIMO两大类。DAS改变了传统蜂窝系统中集中式天线系统的风格，将天线分散安装，再用光纤或是电缆将它们连接到一个中央处理单元进行统一的收发信号处理。这使得发送功率得以降低，提高整个系统的功率使用效率，降低小区间的干扰等。协作MlMO是对传统的基于单基站的MIMO技术的补充，它通过基站间协作的MIMO传输来达到减小小区间干扰、提高系统容量、改善小区边缘的覆盖和用户数据速率的目的。若干小区的基站使用光纤或电缆连接，通过协作通信与用户形成虚拟MIMO系统。4、家庭基站家庭基站的应用可能对LTE-Advanced的相关工作带来挑战。一方面，家庭基站的密集部署、重叠覆盖会造成很复杂的干扰结构；另一方面，由于家庭基站的所有权变化，运营商可能部分的丧失网规、网优的控制权，更加剧了干扰控制和接入管理的难度。另外，由于家庭基站的庞大数量，要考虑现有网络架构是否能支持海量的接口。基于这点，甚至有观点建议对家庭基站采用相对独立的网络结构。4 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）三、系统级仿真通信系统的仿真主要分为两种：链路级仿真和系统级仿真。链路级仿真主要是检验各种无线传输技术的性能。根据无线传输技术的物理层基本模型和相关算法，通过合理的信道模型，建立链路，仿真误码率曲线。系统级仿真主要是利用链路级仿真结果，从整个系统的角度出发，分析系统的覆盖、容量和整体性能为无线网络规划优化提供依据。系统级仿真可以很好的指导无线网络规划，在网络覆盖、容量、质量及成本间取得良好的平衡，实现建网效益的最大化。同时，对于LTE这样一个复杂的系统，影响因素很多，理论上的预测结果不能很好的适应环境的动态变化。因此，系统级仿真的指导意义显的尤为重要。系统级仿真主要是从包含多个小区和用户的整个系统的角度出发，分析系统的覆盖、容量等性能指标。它通过对系统的参数设置给予定量的设计，建立合理的仿真模型，分析仿真输出，为无线网络规划优化提供依据。系统级仿真方法主要分为两种：静态仿真(statiesimulation)和动态仿真(n0amiesimulation)。静态仿真通过对快照(snaPshot)的分析来研究网络性能，它通过仿真系统行为的一定数量的快照，统计分析整个系统性能。动态仿真则是通过对UE在连续时间内的移动进行分析来了解网络性能，它也需要连续仿真一定数量的网络快照。其中，动态仿真模拟UE在实际网络中的移动场景，在第一个时隙内产生一定规则的UE分布，接下来的时隙将基于之前时隙产生的仿真结果进行仿真。仿真过程包括从新移动台接入网络一直到结束通话的过程。第三节研究意义在3G之后，LTE完成了重要的演进，在它的系统设计中采用了全新的技术和设计理念，与其说LTE是3G演进型系统，更被看作是移动通信向下一代系统IMT-Advanced发展的起点。3GPPLTE-Advanced标准化研究项目正是从这个起点上开始研究适用于IMT-Advanced的候选技术方案，目前相关的技术研究工作已经启动，包含多个方面功能的增强或者新功能的引入。根据目前的工作计划，在3GPP中LTE-Advanced的标准化工作将作为Rel10的版本，在2011年前后完成，实现的系统性能将达到并超过ITUIMT-Advanced的技术要求。同时，在ITU中，LTE-Advanced将作为一项候选技术参加ITUIMT-Advanced的国际标准化，并最终成为ITUIMT-Advanced的国际标准之一。它是3GPP为了满足ITU所提出的IMT-Advanced标准的强有力的候选方案，不仅主导着3G无线通信走向未来，而且还是下一代无线5 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）通信发展过程中占有重要地位。对LTE和LTE-Advanced的分析为无线通信对未来标准的定义以及下一代移动通信的研究提供了重要的技术支持。第四节本章小结LTE-Advanced作为3GPP在4G时代保持相对其他无线通信标准的竞争优势的关键一步，必定会设定很高的技术指标。本文对其中涉及到的几个关键技术进行了详细的介绍，并结合LTE系统进行了一定的比较，毫无疑问LTE-Advanced将是未来几年移动通信的研究热点之一，将会推动下一代移动通信进一步发展。6 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第二章LTE-A系统级仿真方法无线通信环境是非常复杂的，无线通信系统也是非常庞大的。因此，对于无线通信系统或者某项通信技术的具体研究都集中在实际的环境中是非常不现实的，这样会耗费太多的资源。采用仿真技术进行系统仿真，来衡量系统性能或者某项通信技术是现在比较常用的手段。它可以很好的仿真实际环境，设计相关的参数，得出系统的性能。对通信系统的仿真研究，主要分为链路级仿真和系统级仿真。本章主要阐述了系统级仿真的原理、方法及与链路级的接口设计等方面的问题，并对动态系统仿真和静态系统仿真两种系统级仿真方法进行了详尽的研究与比较。第一节系统级仿真方法概述通信系统的仿真主要分为两种：链路级仿真和系统级仿真。链路级仿真主要是检验各种无线传输技术的性能。根据无线传输技术的物理层基本模型和相关算法，通过合理的信道模型，建立链路，仿真误码率曲线。系统级仿真主要是利用链路级仿真结果，从整个系统的角度出发，分析系统的覆盖、容量和整体性能，为无线网络规划优化提供依据。系统级仿真可以很好的指导无线网络规划，在网络覆盖、容量、质量及成本间取得良好的平衡，实现建网效益的最大化。同时，对于LTE这样一个复杂的系统，影响因素很多，理论上的预测结果不能很好的适应环境的动态变化。因此，系统级仿真的指导意义显的尤为重要。系统级仿真主要是从包含多个小区和用户的整个系统的角度出发，分析系统的覆盖、容量等性能指标。它通过对系统的参数设置给予定量的设计，建立合理的仿真模型，分析仿真输出，为无线网络规划优化提供依据。系统级仿真方法主要分为两种：静态仿真(StaticSimulation)和动态仿真(DynamicSimulation)。静态仿真通过对快照(snapshot)的分析来研究网络性能，它通过仿真系统行为的一定数量的快照，统计分析整个系统性能。其中，每一张快照都要遵循某种规律，如随机分布，生成一定数量的移动台或者终端；通过迭代运算，计算终端和网络侧的连接情况；考虑多种连接限制因素，如上下行业务信道最大发射功率、无可用信道、过低的信噪比等；通过对多个快照的结果进行统计分析，得出网络的基本状况。在静态仿真中，常用的一种方法是蒙特卡洛仿真(MontoCarlo)。7 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）蒙特卡洛(MonteCarlo)法亦称为随机仿真(randomsimulation)方法，也称之为随机抽样(randomsampling)技术或统计试验(statisticaltesting)方法。蒙特卡洛方法与一般数值计算方法有着很大的区别。它是试验数学的一个分支，起源于早期的用几率近似概率的数学思想，它利用随机数学进行统计试验，以获得的统计特征值(如均值、概率等)作为待解问题的数值解。动态仿真则是通过对UE在连续时间内的移动进行分析来了解网络性能，它也需要连续仿真一定数量的网络快照。其中，动态仿真模拟UE在实际网络中的移动场景；在第一个时隙内产生一定规则的UE分布；接下来的时隙将基于之前时隙产生的仿真结果进行仿真；仿真过程包括从新移动台接入网络一直到结束通话的过程。静态仿真采用分析多个网络快照的方法，可以反映网络的平均性能，但计算量较大，配置和结论比较复杂，正确性高；动态仿真可以提高完整的容量与覆盖分析，但计算量大与静态仿真，而且耗用时问长，它的结果的准确性依赖于业务模型的准确性，如果业务模型及用户的行为模拟不精确，仿真结果也没有太大的参考意义。第二节静态系统仿真基于snapshot的静态仿真方法采用蒙特卡洛方法的原理，主要是建立一个系统模型来模拟实际的移动通信系统，其中激活的UE与小区的连接关系固定，它利用多个不同时间下的快照的统计特性，来分析系统的网络性能。首先，它需要建立一个系统模型模拟实际的网络环境，包括小区大小、用户数量、基站数量及链路损耗等；其次，在每一个快照中，按照一定统计规律的分布初始化用户，通过链路预算等措施，为每个用户和基站建立连接能力，确定每个用户的归属基站；然后，根据一定的资源分配准则，为每个需要服务的用户分配资源，资源分配完毕后，用户的各条链路就建立起来了。初始化发射功率，计算接收端的信干比，并按照一定的准则映射到系统吞吐量曲线上。在静态仿真的快照中，不能仿真快速功率控制、软切换和移动台的移动，这些影响因素是通过链路级的仿真过程，得到它们的统计平均影响，然后加入到静态仿真当中。静态仿真就是分析一些相对独立的网络状态，根据不同的业务分布特征，生成一定数量的快照，随后对这些快照进行统计意义上的分析，最后得到统计上的网络性能结果。静念系统仿真可以很好的分析移动通信系统的容量、覆盖及干扰等网络性能。但是这些仿真都是建立在一些假设基础上的，模型的不准确和参数设置的局限性，很大程度上影响了结果的精确，如用户的达到过程，信道的时变特性等，所以得到的仿真结果只是一个近似值，但是对于实际系统的网络规划具有很好的指导作用。8 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第三节动态系统仿真动态系统仿真是一种在连续时间上模拟移动台在网络中的状态来进行网络分析的方法。与静态仿真相比，动态系统仿真详细的仿真了系统的动态变化过程，包括用户终端的移动、开机、关机，小区搜索，小区更新，业务到达，小区切换等通信事件和网络侧网元的信令交互及无线资源管理。动态系统仿真模拟了用户的行为、业务的行为及网络侧无线资源管理机制，可以比较准确的评估网络性能。正因为考虑了多小区，各种呼叫类型，用户的移动性等综合的动态因素，仿真速度成为动态仿真的主要问题。目前，大部分动态系统仿真为了减小计算量，对于系统进行了简化考虑。动态系统的建模方法可以分为两种：时间驱动型和事件驱动型。时间驱动型仿真模拟了移动台从发起呼叫、小区选择、功率控制、移动、切换到呼叫结束的整个过程。在仿真过程中，系统数据的更新是以时间步长为单位，每一个时间步长为一个仿真点，系统在每一个时间点更新用户的位置，移动速度，调整功率水平，更新用户业务等。事件驱动仿真则不以时间过程来进行数据的更新和统计，它模拟移动台的移动性及业务过程，同时也把业务质量反映了出来。事件驱动型仿真的时间采样频率要低与时间驱动型仿真，它不仿真功率控制的整个过程，只是在事件发生的指定时间内进行仿真，对于业务过程的仿真也比较低。事件驱动型仿真一般从一个网络快照开始，持续一段时间，在此时间内等待驱动事件的发生。动态影响系统的事件的发生，将驱动网络状态的重新估算，包括基站、移动台发射功率，移动台的状态等。这里各个事件发生时刻的快照存在时间连续性，反映的是一个动态的过程。时间驱动型仿真中的驱动事件包括移动台的事件以及一部分控制事件。这些随机事件主要包括下面一些内容。○1新用户的产生○2激活用户业务的终止○3用户状态的变化○4信噪比的变化○5上行或者下行业务质量的改变○6移动用户的位置移动9 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第四节静态仿真和动态仿真比较静态仿真和动态仿真是系统级仿真的两种基本方法，两种方法各有各的优势，对于不同的需求采用不同的方法。从仿真时间上讲，静态仿真是随机生成多个快照，没有瞬时变化阶段，通过统计特性得到仿真结果；基于时间驱动的动态仿真由零状态开始仿真，有瞬时变化阶段，是一段较长的仿真时间；基于事件驱动的动态仿真随机生成快照，没有瞬时的变化阶段，由多个较短的仿真时间组成。从功率控制的角度看，静态仿真和基于事件驱动型的动态仿真，通过链路级的仿真，把功率控制平均的影响加入到系统级仿真当中；而动态仿真的时间驱动型考虑了功率控制的仿真细节。从仿真过程的细节出发，静态仿真不考虑控制信令的影响，没有数据包的重传等；时间驱动型的仿真考虑了部分控制信令，加入了数据包的仿真，包括数据包的重传等；事件驱动型的动态仿真也没有考虑控制信令，但是考虑了数据包的产生和重传。从移动性角度看，静态仿真中用户的位置由矩阵点位置确定；时问驱动型的动态仿真用户位置是随时间而动态变化的；基于事件驱动的动态仿真用户位置随着驱动事件的发生而更新。静态仿真中一般都假设所有的用户都处于激活状态，并且分配了网络资源。当负载比较重时，用户的服务质量及基站状态都会受到很大的影响，可能会导致不可信的结果。因此，静态仿真适合于负载比较轻的情况。动态仿真中，模拟了用户的动态行为，不满足服务质量的用户会产生掉话，就会释放占用的资源。在高负载的情况下，动态仿真一般只有部分用户接入，可以很好的模拟时间情况。第五节本章小结本章主要介绍了系统级仿真的原理及基本方法。主要包括静态系统仿真和动态系统仿真。对于两种仿真方法分别进行了详细的分析，给出了仿真的基本实现方法。对静态系统仿真和动态系统仿真的性能进行了比较，给出了不同条件下两种方法的优略。通过两种方法的对比，为在系统级仿真平台上进行研究奠定了基础。10 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第三章LTE-Advanced协议结构第一节LTE-A协议栈综述一、概述以LTE为代表的3G演进型系统实现了移动通信在3G之后的一次阶段性变革，以OFDM技术为基础的全新理念和系统设计大幅度地提高了系统的通信能力。下行峰值速率达100Mbit/s，上行峰值速率超过50Mbit/s，基于分组交换的系统设计在保证业务QoS的同时提高了系统资源的利用率。LTE系统与3G系统具有很大的差别，包括新的多址技术，新的空中接口设计和新的网络架构，成为了移动通信技术向下一代发展的一个新起点。LTE-Advanced是3GPP为了满足ITUIMT-Advanced（4G）的要求而推出的标准，由于LTE技术本身已经具有明显的4G技术特征，在满足IMT-Advanced需求的条件下，LTE-Advanced主要针对LTE系统进行增强。LTE采用扁平化、IP化的网络架构，E-UTRAN用E-NodeB替代原有的RNC-NodeB结构，各网络节点之间的接口使用IP传输，通过IMS承载综合业务，原UTRAN的CS域业务均可由LTE网络的PS域承载。LTE的网络架构如下图所示：EPC图2.1LTE-A系统网络构架如图所示，E-UTRAN由eNB构成；EPC(EvolvedPacketCore)由MME（MobilityManagementEntity），S-GW（ServingGateway）以及P-GW（PDNGateway）构成。E-UTRAN与EPC之间的功能划分如下图所示，其中浅黄色的方块代表逻辑节点，11 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）蓝色长方形条代表逻辑节点中的各层无线协议，白色长方形条代表逻辑节点中的控制平面的功能实体。eNBMMEIntelcellRRMRBControlNASSecurityConnectionMobilityCont.RadioAdmissionControlIdleStateMobilityHandingeNBMeasurementConfigation&ProvisonEPSBearerDynamicResourceControlAllocation(Scheduler)RRCS-GWP-GWPDCPUEIPaddressRLCMobilityallocationS1AnchoringMACPacketPHYFilteringE-UTRANEPC图2.2E-UTRAN与EPC之间的功能划分二、eNBeNB即evolvedNodeB，主要功能包括空中接口的phy、mac、rlc、rrc各层实体，用户通信过程中的控制面和用户面的建立、管理和释放，以及部分无线资源管理rrm方面的功能。具体包括：○1无线资源管理（RRM）；○2用户数据流IP头压缩和加密；○3UE附着时MME选择功能；○4用户面数据向ServingGW的路由功能；○5寻呼消息的调度和发送功能；○6广播消息的调度和发送功能（源自MME和O&M）；○7用于移动性和调度的测量和测量报告配置功能；○8基于AMBR和MBR的上行承载级速率整型；12 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）○9上行传输层数据包的分类标示；三、MMEMME即MobileManagenmentEntity其主要功能包括：○1NAS信令，NAS信令安全；○2设备认证；○3漫游跟踪区列表管理；○43GPP接入网络之间核心网节点之间移动性信令；○5空闲模式UE的可达性；○6选择PDNGW和ServingGW；○7MME改变时的MME选择功能；○82G、3G切换时选择SGSN；○9承载管理功能（包括专用承载的建立）；四、S-GWS-GW即SignalingGateWay其主要功能包括：○1eNodeB之间切换时本地移动性锚点和3GPP之间移动性锚点；○2在网络触发建立初始承载过程中，缓存下行数据包；○3数据包的路由[SGW可以连接多个PDN]和转发；○4切换过程中，进行数据的前转；○5上下行传输层数据包的分类标示；○6在漫游时，实现基于UE，PDN和QCI粒度的上下行计费；○7合法性监听；五、P-GWP-GW即PSGateWay其主要功能包括：○1基于单个用户的数据包过滤；○2UEIP地址分配；○3上下行传输层数据包的分类标示；○4上下行服务级的计费（基于SDF，或者基于本地策略）；○5上下行服务级的门控；○6上下行服务级增强，对每个SDF进行策略和整形；13 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）○7基于AMBR的下行速率整形基于MBR的下行速率整上下行承载的绑定；○8合法性监听；第二节无线接口协议栈一、概述无线接口是指终端和接入网之间的接口，简称Uu接口，通常我们也称为空中接口。无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。LTE技术中，无线接口是终端和eNB之间的接口。无线接口是一个完全开放的接口，只要遵守接口的规范，不同制造商生产的设备就能够互相通信。无线接口协议栈主要分三层两面，三层主要包括了物理层、数据链路层和网络层，两面是指控制平面和用户平面。数据链路层主要被分为3个子层，包括媒体接入控制（MAC）、无线链路控制（RLC）、和分组数据汇聚协议（PDCP）3个子层。数据链路层同事位于控制平面和用户平面：在控制平面负责无线承载信令的传输、加密和完整性保护；在用户平面主要负责用户业务数据的传输和加密。网络层是指无线资源控制（RRC）层，位于接入网的控制平面，负责完成接入网和终端之间交互的所有信令处理。二、控制平面无线结构协议栈UEeNBMMENASNASRRCRRCPDCPPDCPRLCRLCMACMACPHYPHY图2.3控制平面协议栈14 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）无线接口控制平面协议栈如上图所示，主要负责对无线接口的管理和控制，包括RRC协议、MAC/RLC/PDCP协议和管理层的协议。将非接入层（NAS）协议显示在这里，只是为了说明它是UE-EPC通信的一部分。控制平面协议栈各层主要功能大致如下。○1NAS控制协议实体位于终端UE和移动管理实体MME内，主要负责提供对非接入层部分的控制和管理，主要功能包括演进数据包传输系统（EPS）承载管理，鉴权，EPS连接管理模式的空闲状态下的移动性管理，负责产生ECM-IDLE状态UE的寻呼消息，安全控制等功能。○2RRC协议实体位于UE和ENB网络实体内，主要负责对接入层的控制和管理，主要功能包括广播、寻呼、RRC连接管理、无线承载控制、移动性管理以及UE测量报告和测量上报控制功能。○3数据链路层的PDCP子层主要负责控制平面RRC协议数据的加解密和完整性保护功能。○4数据链路层和物理层提供对RRC协议消息的数据传输功能。NAS消息可以串接在RRC消息内，也可以单独在RRC消息中携带。在切换等情况下NAS消息的丢失和重复有可能会发生，AS将提供对NAS信令在小区内的有序传输功能。三、用户平面无线结构协议栈UEeNBPDCPPDCPRLCRLCMACMACPHYPHY图2.4用户平面协议栈用户平面无线接口协议栈如上图所示，主要为数据链路层协议（MAC、RLC、PDCP）和物理层协议。物理层为数据链路层提供数据传输功能。物理层通过传输信道为MAC子层提供相应的服务。MAC子层通过逻辑信道向RLC子层提供相应的服务。15 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）在无线接入网用户面协议栈中RLC和MAC层完成调度、ARQ、HARQ等功能，PDCP层完成报头压缩、完整性保护、加密等功能。而控制面协议栈中RLC和MAC层同样完成调度、ARQ、HARQ等功能。RRC完成广播、寻呼、RRC连接管理、RB控制、移动性管理、用户设备测量报告和控制等功能。NAS控制协议完成SAE承载管理、鉴权、空闲模式移动性处理、LTE空闲状态下发起寻呼、安全性控制等功能。至于PDCP要不要作为控制面的一部分，3GPPLTE正在根据业务的发展进行进一步的研究。LTE/SAE总体的协议结构如下图所示：MMEUEeNBNASNASS1APRRCS1APX2APAPPRRCSCTPPDCPSCTPPDCPIPRLCIPRLCSGWMACMACGTPUGTPUUDPPHYPHYUDPIP信令流数据流图2.5LTE总体的协议结构第三节LTE-A高层协议栈各层分析一、NAS层在LTE系统中，从EPS安全的协议层面来讲，包括接入层(AS)和非接入层(NAS)的安全，其中AS层的安全又可以分为AS信令安全和用户数据面安全。NAS层安全包含完整性保护和加密，这点与RRC层安全类似，但在具体实现过程中有所不同。NAS层安全机制所需要的KASME密钥及EPS安全上下文都是在AKA过程16 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）成功后建立起来的。AKA过程建立的安全上下文没有包含算法，它是不完整的安全上下文。如图26所示，UE发起―NAS初始消息‖来触发AKA过程，NAS消息可以是注册过程，追踪区更新过程或者服务请求。多数情况下是在UE注册过程中来触发，当然在NAS信令存在的任何时候网络都可以发送AKA过程来鉴权UE的合法性。UE收到此消息后，进行网络认证。接下来UE发送认证响应消息给网络，消息中包括RES，MME使用XRES和RES比较，以达到网络对UE中USIM认证。IK/CK在USIM和网络在AKA过程中生成的密钥。IK/CK在网络端是不能离开HSS的。UE根据IK/CK推演出KASME，并存储在EPS安全上下文中。UEMEHSSNAS初始消息认证数据请求表（IMSI，服务网络标识，网络类型）EPS认证矢量RAND,AUTN,XRES,KASME认证请求（RAND,AUTN）验证AUTN合法性，认证网络，计算RES认证响应（RES）比较RES和XRES，认证UE的合法性图2.6AKA流程图当AKA过程成功后，EPS安全上下文虽然已经建立，但是还没有协商相应的安全算法，是不完整的安全上下文，没有被激活使用；或者当前有EPS安全上下文正在被使用，但网络修改相关的安全算法或者重建EPS安全上下文，这时就要NASSMC。NASSMC过程由MME与UE之间的两条消息组成。首先，MME向UE发送NASSMC消息，消息中包含UE的安全能力(NAS层相关的加密和完整性保护的安全能力)，选择的NAS层算法，用于标识KASME的eKSI。该消息由NAS层完整性密钥进行保护，此密钥是基于KASME，并开始上行数据的解密。在LTE-Advanced系统级仿真平台中，并没有实现NAS层的安全协议功能，无需17 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）加入AKA算法，只是为了对应5层协议栈模型而封装了一个空壳，只建立了设备，为下一步程序做准备。二、RRC层RRC子层的功能模型包含了6个功能实体，分别为：系统信息采集功能实体：广播系统信息，包括NAS公共信息、适用于RRC_IDLE状态的UE小区选择（重选），邻近小区信息和适用于RRC_CONNECTED的UE信息，如公共信道配置信息，以及ETWS、CMAS通告信息。连接控制功能实体：寻呼、建立/保持/释放UE和E-UTRAN之间的RRC连接连接/重配置/释放无线承载、QoS控制、无线链路失败恢复以及无线资源配置控制如ARQ、HARQ配置的分配/修改、DRX配置。安全性控制功能实体：初始安全性激活，产生接入层密钥，配置层2的加密和完整性保护所需参数。移动性控制功能实体：同频和异频切换、相关的安全性处理，即算法和密钥的更新，以及在UE和E-UTRAN之间传送的RRC上下文信息。测量配置和报告实体：建立/修改/释放测量，包括同频、异频和不同的系统之间的测量、建立和释放测量间隔、测量报告。ASN.1编解码功能实体：负责由UE发送和接收的消息的编解码。UE端的RRC模型如图2.7所示。RRC系统信息采集广播系统消息安全性控制ASN.1编解码功移动性控制测量配置和报告能图2.7UE端RRC模型RRC子层通过原语接受下层提供的服务：期望PDCP层的加密和完整性保护、RLC层信息的可靠和按序传输，保证不引进重复的数据包而且要求支持分段和联接。RRC子层通过原语向上层提供服务：公共控制信息的广播、对处于RRC_IDLE的UE的通告，如来电，ETWS通告，CMAS通告、专用控制信息的传送。每个UE在每个核心网域最多只能存在一个信令连接。RRC子层把一个UE的信18 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）令连接映射到一个单一的RRC连接上。建立UE与E-UTRAN之间不同CN域的信令连接，首先必须建立一条UE与E-UTRAN之间的RRC连接。当建立了RRC连接，UE就进入了连接状态。UE被分配一个无线网络临时标识（RNTI），该标识用来在公共传输信道上标志UE。存在两种类型的无线网络临时标识。eNB为每个具有一个RRC连接的UE分配一个C-RNTI。通过C-RNTI，UE可以在专用控制信道上通信。当为一个eNB创建一个新的UE上下文时，E-UTRAN总是为UE分配一个C-RNTI，但是UE只是在公共传输信道上进行通信时才使用它的C-RNTI。当RRC连接释放或RRC连接失败时，UE离开连接状态进入空闲状态。图2.8E-UTRA状态和RAT间的转移过程三、PDCP层分组数据汇聚协议(PacketDataConvergenceProtocol，PDCP)层属于无线接口协议栈的第二层，处理控制平面上的无线资源管理(RRC)消息以及用户平面上的因特网协议(IP)包。在用户平面上，PDCP子层得到来自上层的IP数据分组后，可以对IP数据分组进行头压缩和加密，然后递交到RLC子层。PDCP子层还向上层提供按序提交和重复分组检测功能。在控制平面，PDCP子层为上层RRC提供信令传输服务，并实现RRC信令的加密和一致性保护，以及在反方向上实现RRC信令的解密和一致性检查。PDCP协议包括以下具体支持的功能:○1用户平面数据的报头压缩和解压缩。○2安全性功能:1．用户和控制平面协议的加密和解密;2．控制平面数据的完整性保护和验证。○3数据的传输功能:19 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）1．下层重建时，对向上层发送的PDU顺序发送和重排序;2．对映射到AM模式的RB的下层SDU进行重排序。○4数据包的丢弃。在程序中，我们的PDCP层只负责一个数据映射的作用，所以程序为空，只是封装了一个空代码。UE/E-UTRANE-UTRAN/UEPDCPPDCP发送实体接收实体按序提交以及重复检测（仅应序列号用于用户面）头文件压缩（仅应用于用户头压缩（仅用于用户间）面）于PDCPSDU关不于PDCPSDU于不关联的数据包联P关联的数据包关于的D联CP完整性保护（仅用数P完整性验证（仅用于的D据S数C于控制面）包D控制面）PSU据包DU加密解密添加PDCP头去除PDCP头无线结构（Uu）图2.8PDCP层实体结构四、RLC层RLC层的功能由RLC实体实现。根据上层不同的数据传输要求，RLC实体可被配置为TM（TransparentMode）发送实体、TM接收实体、UM（UnacknowledgedMode）发送实体、UM接收实体和AM（AcknowledgedMode）实体。其中RLC发送实体从上层的SAP（ServiceAccessPoint，服务接入点）接收SDU（ServiceDataUnit），在得到下层发送机会通知后，将SDU分段拼接为指示大小的PDU（PacketDataUnit），如图2.9所示，然后通过下层的逻辑信道发送给对等端实体。RLC接收实体从下层逻辑信道接收PDU，并重新组合为SDU，再发送给上层SAP。20 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）RLCAM实体同时具有发送和接收功能。1、透明传输模式TMTM实体为上层提供透明模式传输，这种模式不对数据包进行任何处理，常用于信令发送，如广播消息、寻呼消息等。UM实体为上层提供非确认模式传输，这种模式提供了一定的可靠性保障，但是可能会存在丢包现象，适用于对延迟敏感，但允许一定误码率的业务，如VoIP等。AM实体为上层提供确认模式传输，这种模式可实现无差错传输，但会导致较大的延时，适用于对错误敏感但对时延不敏感的业务，如RRC信令传输和FTP业务等。TM数据有两种方式，分段和不分段，这两种方式是网络配置的。由于TM模式的数传未添加额外的标识位，所以接收段只能通过时间(TTI)进行区分。接收段在一个TTI时间内接收到的数据为一个完成的PDU。发送端在一个TTI的周期内发送的是一个完整的SDU。UE/ENBENB/UE空中接口TM-SAPTM-SAP发送接收TM-RLC实体TM-RLC实体发送缓存BCCH/PCCH/CCCHBCCH/PCCH/CCCH图2.9两个透明模式对等的实体架构模型UE在上行数据处理中，接收的是RLCSDU，输出的是RLCPDU；RLCTM的功能就是将RLCSDU转化为RLCPDU，然后通过逻辑信道传送给MAC实体。UE在下行数据的处理中，通过逻辑信道接收到的是RLCPDU，输出的是RLCSDU；RLCTM的功能就是将RLCPDU转化成RLCSDU。在TM程序中，首先做的是建立Transmission函数。21 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）2、非确认传输模式UMUE/ENBENB/UE空中接口UM-SAPUM-SAP发送SDU重组缓存发送接收UM-RLC实体UM-RLC实体去除RLC头分段和级联接收缓存和HARQ添加RLC头重排序DTCH/MCCH/MTCHDTCH/MCCH/MTCH图2.10UM实体架构模型UM传输模式实体模型如图2.8所示。UM发送实体把从上层接收到的SDU放入发送缓冲区中。当下层通知RLC层发送时机时，UM发送实体将发送缓冲区中的SDU分段拼接成下层指示大小的PDU，添加RLC包头后通过逻辑信道发送给下层。UM接收实体定义了一个接收窗口，它从下层逻辑信道接收到PDU后，首先检测该PDU是否落在该窗口之内，如果没有，则丢弃，否则将其放入接收缓冲区中。如果接收缓冲区中的PDU序列号有乱序，则进行重排序，之后去掉RLC包头，将PDU重组为SDU，并递交到上层。为了避免过多的重排序时延，UM接收实体设置了一个重排序定时器。当检测到有没收到的PDU时，就启动该定时器，若定时器超时，UM接收实体不再等待没收到的PDU，而是开始将接收缓冲区中的PDU重组为SDU，递交到上层。和TM模式一样，在UM模式下程序也同样实现了CRC功能，代码与TM类似，不同的是UM模式下将对传输的数据类型进行分类，具体分为：理想数据源（INF-BUF）、固定码率（CBR）、视频（VIDEO）、IP通话（VOIP）。3、确认传输模式AMAM传输模式在支持UM模式所有功能的基础上，采用ARQ（AutomaticRepeat22 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）reQuest，自动重复请求）机制来实现对出错或丢失数据包的重传。与ARQ有关的功能包括：PDU的重传和重分段，轮询和状态报告。为了让发送方重传丢失的PDU，接收方会向发送方发送一个状态PDU，也叫做状态报告，用来通知发送方成功接收的PDU和丢失的PDU。AM实体发送端在发送完PDU之后，应该把它们保存在一个重传缓冲区中，以便对等端通过状态报告要求对某些PDU进行重传。AM-SAP发送缓存RLC控制SDU重组去除RLC头重传分段和级联缓存接收缓存和HARQ重排序添加RLC头路由DCCH/DTCHDCCH/DTCH图2.11确认模式实体架构模型AM实体接收端接收到状态PDU后，判断发送端哪些PDU或PDU分段需要重传。当需要对某个PDU重传时，若下层指示的发送大小小于该PDU的大小，还需将该PDU重分段成更小的PDU分段再发送。23 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）PDCPRLC发送RLC接收线程线程定时器RRC消消线程息息队队列列MAC图2.12RLC层整体构架AM实体发送端通过将PDU包头中的轮询位置为1，来要求对等实体接收端给它发送状态报告，该功能叫做轮询。发送端发起轮询的条件有：发送端最后一个PDU被发出去，或者从上次发送轮询以来记录的发送过的PDU个数或字节数达到某个预定值。此外，当AM实体接收端检测到一个PDU接收失败，也可以生成一个状态报告，以期待对等端的重传，而不是像UM实体那样认为在一定时间内没收到的PDU是永远丢失了。程序中AM模块分为了三个子模块，分别是amd-record，am-state-variables，以及AM实体am-rlc-entity。其中很重要的一项技术实现是ARQ过程的实现，而ARQ过程又分为ARQ管理信息接受和ARQ管理信息发送两个子函数。五、MAC层为LTE系统中用户面协议栈结构，包括物理层（PHY）、媒体接入控制（MAC）层、无线链路控制（RLC）层、分组数据汇聚协议（PDCP）层。RLC层与MAC层的数据接口为逻辑信道，MAC层与PHY层的数据接口为传输信道，MAC层需要完成逻辑信道到传输信道的映射、数据包复用和解复用、资源调度、混合自动重传请求控制以及随机接入等功能。LTE协议标准中定义了两个MAC实体，分别位于空口两侧，MAC需要针对不同的传输信道设计处理流程。在LTERel-8中，MAC实体处理的传输信道有：广播信道（BCH），下行共享信道（DL-SCH），寻呼信道（PCH），上行共享信道（UL-SCH），随机接入信道（RACH）；逻辑信道有：寻呼控制信道（PCCH），广24 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）播控制信道（BCCH），公共控制信道（CCCH），专用控制信道（DCCH），专用传输信道（DTCH）。逻辑信道与传输信道的映射关系如图2.10所示。PDCPMAC管理MAC上下随机接入MPDU生MA成A行行功率控制CC调调RNTI管理接HARQ接RRC收控制收度度DRX管理MAC管理子系统数据收发子系统调度子系统物理层管理AMCModuleLowMACAPILowMAC子系统MAC系统PHY实体图2.13MAC层实体设计模型MAC实体需要完成MACSDU和MACPDU之间的复用和解复用、不同UE之间优先级和同一UE（UserEquipment）不同逻辑信道之间优先级的处理，以及对物理层传输格式、混合自动重传请求信息的选择和控制。MAC层中的核心关键技术有：随机接入过程、共享信道传输过程、动态与半持续调度方式等。1．随机接入过程空闲状态下的UE如果需要与e-NodeB之间传输数据，就必须通过随机接入过程转换到连接状态。通过随机接入，UE实现上行同步并获取在小区内的唯一标识，从而与e-NodeB进行后续通信；另外，UE可以通过随机接入来获取上行授权或进行上行同步。LTE中的随机接入分为竞争的随机接入和非竞争的随机接入两种。如图2.11，两种随机接入的区别是：竞争的随机接入过程初始发送的前导码和使用的随机接入信道（PRACH）资源是UE随机选择的，而非竞争的随机接入过程使用e-NodeB指定的前导码和PRACH资源。非竞争的随机接入分为三步：第一步，e-NodeB通过RRC信令或PDCCH配置随机接入过程中UE使用的前导码和PRACH资源；25 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第二步，UE根据配置的前导信息发送前导码，进行随机接入；第三步，e-NodeB根据收到的前导信息进行随机接入响应，如果当前负载允许，e-NodeB将发送RARMACPDU，其中的SDU包括UE使用的前导码索引。UE收到与第二步中前导信息一致的RARMACPDU就完成了随机接入。竞争的随机接入分为四步：第一步，UE随机选择前导码，并选择可用的随机接入信道资源进行发送；第二步，e-NodeB根据负载情况进行随机接入响应，如果UE所使用的前导信息包含在反馈的RARMACPDU中，则可以进行第三步；第三步，UE根据第二步中收到的上行授权发送一个MACPDU，根据发起随机接入的原因，该PDU可能包含RRC信令或UE之前的C-RNTI；第四步，进行竞争解决。UE和e-NodeB的MAC实体均应支持两种随机接入方式，随机接入过程与上行同步过程、上行授权过程紧密相连，e-NodeB端需要统一考虑上行资源与随机接入资源的分配。2．HARQ共享信道传输共享信道的数据传输采用前向纠错编码和自动重传请求机制相结合的混合自动重传请求机制（HARQ）来保证。如果共享信道上传输的数据发生错误，需要进行混合自动重传。LTE中的上行数据传输采用N通道同步HARQ，支持自适应的HARQ和非自适应的HARQ。采用N个通道避免了只使用一个通道时浪费在等待反馈上的时间，每次可以采用一个通道进行传输，在收到确认信息（ACK）前，可以使用空闲的通道进行后续数据块的传输。所谓同步HARQ就是指多个通道的选择按照固定的顺序进行轮转，不需要事先通告对端本次传输所采用的通道编号。自适应的HARQ是指e-NodeB可以根据信道状况调整上行数据传输格式；非自适应的HARQ重传则发生于UE收到NACK后，此时UE自动进行重传，不需要e-NodeB发送调度信息，传输的数据块不改变传输格式，只根据规定的顺序改变所采用的重传冗余版本（RV）。LTE系统的下行传输也采用HARQ机制，不过是异步HARQ传输，即每次传输采用的HARQ的通道需要e-NodeB告知UE，下行重传也需要e-NodeB发送下行分配信息进行控制。如果解码成功，UE需要反馈ACK，否则需要反馈NACK。MAC层需要控制共享信道上的上下行HARQ过程，支持上行同步HARQ、下行异步HARQ两种机制，e-NodeB端需要支持HARQ多通道调度以及相关HARQ信息的设置。26 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）3．动态调度与半持续调度所谓动态调度，是指每一个TTI的上下行资源调度均通过物理下行控制信道上的下行控制信息来指示。上行动态调度用PDCCHDCI0来表示，通常提前4至6个子帧由e-NodeB发送给UE，具体的子帧对应关系根据上下行子帧配比而定。下行动态调度在当前下行子帧的PDCCH中给出。动态的上下行调度机制不利于保证VoIP这样的业务的服务质量，LTE提出Semi-PersistentScheduling（SPS，半持续调度）来更好地满足这样小数据包、持续性传输的业务需求。上层配置SPS启用后，UE将周期性地获得上行或下行资源，而不必每次传输都依赖控制信道上的上行授权或是下行分配信息。第四节MAC层AMC模型的实现MAC层代码主要分为三大模块，MAC层实体，基站侧的MAC实体，UE侧的MAC实体。其中比较重要的两个核心技术是HARQ实现以及AMC实现。其中在AMC的实现中，基础是通过CQI的值确定MCS以及TBsize的值，核心代码如下所示：intCQIIndex[15]={//建立CQI索引表，对应三种调制模式，分别是QAM、4-QAM、16-QAM1,2,3,4,5,6,//QAM7,8,9,//4-QAM10,11,12,13,14,15//16-QAM};doubleSINRForCQIIndex[15]={//建立根据CQI索引值与SINR的映射表-4.63,-2.6,-0.12,2.26,4.73,7.53,8.67,11.32,14.24,15.21,18.63,21.32,23.47,28.49,34.6};intMapCQIToMCS[15]={//建立通过CQI获取MCS的映射表0,2,4,6,8,10,//QAM12,14,16,//4-QAM18,20,22,24,26,28//16-QAM27 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）};doubleEfficiencyForCQIIndex[15]={//建立系统效率与CQI之间的映射表0.15,0.23,0.38,0.6,0.88,1.18,//QAM1.48,1.91,2.41,//4-QAM2.73,3.32,3.9,4.52,5.12,5.55//16-QAM};intMCSIndex[32]={//建立MCS索引表0,//预留1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,//QAM12,13,14,15,16,17,18,//4-QAM19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,//16-QAM30,//预留31//预留};doubleEfficiencyForMCSIndex[32]={//建立系统效率与MCS之间的映射表0,0.15,0.19,0.23,0.31,0.38,0.49,0.6,0.74,0.88,1.03,1.18,1.33,1.48,1.7,1.91,2.16,2.41,2.57,2.73,3.03,3.32,3.61,3.9,4.21,4.52,4.82,5.12,5.33,5.55,2.4,0};完成了CQIIndex，MCSIndex，MapCQITo，ForCQIIndex，EfficiencyForMCSIndex，TransportBlockSizeTable几个对象的建立后就是一个获取过程，其中有多个获取过程，包括分别通过系统效率（Efficiency）、调制与编码策略（MCS）、信号与干扰加噪声比（Sinr）来获取CQI，以及反向过程即通过当前CQI来确定当前的SINR和MCS值以及系统效率通过系统效率（Efficiency）来获取CQI函数表达：intAMCModule::GetCQIFromEfficiency(doubleEfficiency)//定义函数{28 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）intcqi=1;//==CQIIndex[0]//在CQI索引中从第一个值开始循环while(EfficiencyForCQIIndex[cqi]SetDevice(device);m_pdcp=newPdcpEntity();m_nas=newNasEntity();m_nas->SetDevice(device);//判断新建设备是否为基站if(device->GetNodeType()==NetworkNode::TYPE_ENODEB){m_mac=newEnbMacEntity();m_mac->SetDevice(device);}//判断新建设备是否为家庭基站elseif(device->GetNodeType()==NetworkNode::TYPE_HOME_BASE_STATION){m_mac=newHenbMacEntity();m_mac->SetDevice(device);}//判断新建设备是否为用户端（UE）elseif(device->GetNodeType()==NetworkNode::TYPE_UE){m_mac=newUeMacEntity();m_mac->SetDevice(device);}第三节LTE-Sim仿真结果一、仿真步骤○1搭建好Ubuntu环境后，首先通过sudoapt-getinstallgnuplot指令安装GNU33 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）Plot软件。○2通过终端运行器进入LTE-Sim-r5文件夹下，加载整个项目进行编译，编译指令：make。○3编译完成后，进入LTE-Sim-r5---RUN---do_simulations文件夹下，对该文件夹下所有sh文件进行权限授予操作。○4授予权限后，打开doSim1.sh文件，修改LTE-Sim执行路径，并对环境参数进行设定。○5执行doSim.sh文件，进行仿真。○6仿真将进行1个半小时左右，会在doSim.sh下生成图形文件以及调度算法文件。○7通过分析得出的图形文件，进行仿真结果分析。三、仿真环境配置仿真环境配置好后，编辑shell（linux下集成配置文件）文件设置仿真参数，以单小区带干扰（SingleCellWithInterference）仿真方案为例，将参数配置为：调度算法：EXP/PF小区数：1小区半径：1km涉及业务：VoIP、VIDEOVIDEO比特率：242bit/s（H264视频流）帧结构：FDD最大延迟：0.1s最小用户数：5最大用户数：25移动性模型：RadomDirectionModel用户移动速度：1km/h二、仿真结果通过对LTE-Sim仿真可以得到四类图形结果，分别是两种业务的时延、公平性、丢包率、吞吐量，分别如下：34 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）图4.2VIDEO时延随用户数变化曲线从图4.2可以看出，在仿真VIDEO这种多媒体业务时，随着用户数量的逐渐增加,系统的平均时延随着用户数量缓慢增长，但是都保持在0.1s以下，增长的速度逐渐降低。这是因为而EXP/PF算法在处理实时性业务时有着针对性的策略以提高系统性能，其算法为每个数据包设置了最大时间阀值，延迟时间超过阀值的数据包将被丢弃，所以当用户数增多时，系统时延随有所上升，但是并有很大的影响。图4.3VIDEO公平性随用户数变化曲线从图4.3可以看出，在处理VIDEO这类业务的时候，随着用户数量的增多，系统的公平指数成波动下降趋势，当用户从5个增长到30个时，系统公平性指数从0.4下降到0.22左右，这是因为当用户数量有波动的时候，系统无法保持原有公平性，35 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）所以仿真图符合现实标准。图4.4VIDEO丢包率随用户数变化曲线从图4.4中可以看出，当处理VIDEO业务时，随着用户数的逐渐增加，系统的丢包率逐渐增加，这是因为在EXP/PF算法里，数据包延迟时间超过系统阀值后将会被丢弃，所以随着用户数增多时，丢包率也随之增高。图4.5VIDEO吞吐量随用户变化曲线从图4.5可以看出，系统的吞吐量在用户数为5-15时均为增加趋势，当用户数量大于15时，系统的吞吐量开始减少。这同样是因为EXP/PF处理VIDEO这种实时性业务时，会牺牲总吞吐量为代价换来对实时业务支持性的提高。36 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）图4.6VOIP时延随用户数变化曲线从图4.6可以看出，系统在处理VOIP这类业务时，随着用户数增加，系统的时延有轻微的波动，用户数从5个增长到10个时，时延有着轻微的下降，当用户数从10个增长到30个时，时延则保持着上升的趋势，相对于VIDEO业务，传输时延有所减小，相对比较平稳。图4.7VOIP公平性随用户数变化从图4.7中可以看出，系统在处理VoIP业务时，公平性指数随用户数量增加呈波动性变化。在用户数量较低时系统基本可以保持用户间的公平性，在用户数量大于10时，由于用户数的波动，公平性指数开始下降，用户数量大于15后系统的公平性37 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）指数开始回升，用户数超过25时则又开始下降。图4.8VOIP丢包率随用户数变化从图4.8中可以看出，系统处理VOIP业务时，系统的丢包率很低，基本稳定在0.16以下，在用户数增长的初期，EXP/PF算法对于多用户分集增益的利用，使得丢包率逐渐降低，但是随着用户数量的增加，系统丢包率还是有上升的趋势。图4.9VOIP吞吐量随用户数变化曲线从图4.9可以看出，随着用户数的增多，系统吞吐量基本保持稳定上升状态，这是因为VOIP业务对系统负担较小，因此此时的EXP/PF算法并不需要牺牲总吞吐量为代价换来对实时业务支持性的提高。38 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第四节LTE-Advanced中的AMC和HARQ研究与之前的移动通信系统相比，LTE／LTE．Advanced系统不仅要求支持语音、图像和数据等多种业务，而且要求优化支持多媒体和高比特率分组数据业务。为了实现高效可靠的数据传输，LTE／LTE—Advanced系统采用了AMC和HARQ这两项关键技术。一、AMCAMC是根据信道条件的变化来动态地选择适当的调制编码方式(ModulationandCodingScheme，MCS)，变化的周期为一个发送时间间隔(TransmissionTimeInterval，TTI)。当信道质量较好时，采用高阶调制和较高的码率来实现高的传输速率，获得较高的吞吐量；当信道质量较差时，采用低阶调制和较低的码率以保证传输链路的质量，从而实现在多用户情况下进行系统资源的最优分配，并达到吞吐量最大或发送功率最低的目的。AMC扩展了系统自适应信道条件的能力，在FDD系统中，信道状况信息可以通过对MIMO信道的测量获得，并通过反馈信道传递给发送端。而在TDD系统中，由于上下行信道具有互易性，可以将通过上行信道测量获得的MIMO信道信息直接用于下行链路。采用AMC的好处主要有：处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率，利用现有的信道条件，最大化传输链路的数据吞吐量；在链路自适应过程中通过调整调制编码方案而不是调整发射功率的方法可以降低干扰水平。这一技术因为其在吞吐量和干扰削弱方面有其优点，在E-UTRAN中得到延续使用。但是目前AMC技术也面临着一些挑战：首先，AMC对测量误差和时延比较敏感，为了选择适合的调制方式，必须首先知道信道的质量，对信道估测的错误可能会使系统选择错误的数据传输速率和调制方式，使传输功率过高浪费系统容量或者使传输功率太低而使误码率增高；其次，由于移动信道的时变特性，信道测量报告的时延降低了信道估计质量的可靠性；另外，干扰的变化也增加了测量的误差，此时可以寻求与其它技术的结合，比如利用混合请求重传技术HARQ，这样可以降低MCS(调制编码格式)的要求识别和对测量误差的敏感性。LTE系统中，在BER性能保持近似不变的条件下，根据不同的MCS的模式，将信噪比划分将信噪比划分为多个区间。接收端根据反馈的信干噪比(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio．SINR)测量值，判断其位于哪个信噪比区间，然后选择最39 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）优的编码调制方案，并向发送端反馈相应的信道质量指示(ChannelQualityIndicator,CQI)序号。二、HARQHARQ是一种将FEC和ARQ有效结合起来，共同完成无差错传输的技术。FEC提高了传输的可靠性，但当信道情况较好时，由于过多纠错比特，反而降低了吞吐量。ARQ在误码率不是很高的情况下可以得到理想的吞吐量，但会引入时延，所以将FEC和ARQ相结合形成了HARQ。HARQ不仅提供比单独的FEC系统更高的可靠性，而且提供了比单独的ARQ系统更高的系统吞吐量。HARQ系统中，发送的每个数据包中都含有纠错和检错的校验比特。如果接收包中的出错比特数目在纠错能力之内，则错误被自行纠正，当差错已超出FEC的纠错能力时，则让发端重发。它允许接收端将错误的数据包储存起来，并将当前接收到的重复数据流与缓存中先前未能正确译码的数据流相对应并按照信噪比加权合并后译码，相当于起到了分集的作用。根据重传的时序安排角度，可以将HARQ分为同步HARQ和异步HARQ两种。同步HARQ是指每个HARQ进程的时域位置被预先限制在预定好的位置，即每个HARQ进程的传输或重传是发生在固定的时刻，这样就不需要额外的信令开销来指示HARQ进程号。异步HARQ是指不限制HARQ进程的时域位置，即一个HARQ的传输或重传可以发生在任何时刻，这样需要将HARQ进程号连同数据一起发送。在3GPPLTE系统中采用停止．等待(StopAndWait，SAW)重传协议机制不仅简单可靠，系统信令开销小，并且降低了对于接收机的缓寸空间的要求，但是该协议的信道利用效率较低。为了避免这种不利，3GPPLTE系统采用了N信道SAW协议，发送端在信道上并行运行N个HARQ协议进程，当信道空闲时，就运行另一个协议进程，它是利用不同信道间的间隙来交错的传递数据和信令，从而提高了信道利用率。但是，使用这种机制，接收机存储N个数据块，提高了对接收机内存的要求。三、AMC与HARQ的结合HARQ技术和AMC技术都是链路自适应技术，它们的结合使用可以带来更大的数据速率。在AMC中采用CQI测量来设定调制编码格式，而在HARQ中则是由链路层信息来进行重传判决。AMC可以根据用户的测定或者网络提供的信息条件来灵活的选择适当的MCS，但需要用户进行准确的信道测量并且受到相应时延的影响。HARQ能够自动的适应信道条件的变化并且对测量误差和时延不敏感。AMC和HARQ相结合起来可以得到最好的效果。首先通过AMC对速率进行粗略的选择，然后再由HARQ进行精确的调节，从而更好地达到链路自适应的效果。40 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第五节本章小结本章主要介绍了如何在Ubuntu环境下搭建了系统级仿真平台，对LTE-Advanced进行仿真，并根据自己的需要对平台进行修改，对LTE-Advanced的两种数据业务进行仿真，期间使用了默认的PF调度算法。根据仿真出的图形进行分析，可以判断出LTE-Advanced系统级仿真中协议栈的有效性和正确性。同时研究了LTE-Advanced中的AMC和HARQ技术，为今后对LTE-Advanced系统研究打下理论基础。41 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第五章总结和展望第一节全文总结本文主要是以LTE-Advanced为背景，介绍了LTE-A中的高层协议栈的功能作用，之后建立LTE-Advanced系统级仿真模型，并讨论了结果。主要工作内容如下：○1主要对于LTE-Advanced系统的相关内容进行了介绍。包括LTE系统的研究背景，LTE-Advanced系统的需求指标及网络结构的变化，并对LTE系统中采用的关键技术进行了详细的介绍，如多载波传输技术、多天线技术、HARQ技术、AMC技术、资源分配策略等等。○2研究了系统级仿真的方法。阐述了系统级仿真的原理及方法。主要包括动态仿真和静态仿真。分析了两种仿真的异同，并分别介绍了它们的仿真原理及实现方法；研究了链路级仿真和系统级仿真的接口设计，主要包括实时仿真和查表法，分析了两种接口的特点。○3介绍了LTE-Advanced高层协议栈各层协议的具体内容、功能以及关节技术等等，并根据各层的功能需要，设计模块架构。○4搭建LTE-Advanced系统级仿真模型，通过对两种业务模型的仿真结果进行分析，从而证明系统协议栈的正确性和有效性。○5最后对LTE-Advanced中的AMC和HARQ技术进行研究，为以后的进一步研究打下理论基础。第二节未来展望随着计算机技术和通信技术的不断发展，仿真技术也会获得更加完善的补充。面对越来越先进的通信技术，未来如何更好的设计链路级和系统级仿真接口及采用更加合理的仿真方法来获得更加准确的数据，进而更准确的评估系统性能是关键。本文只是对系统级仿真的一小方面进行了分析和研究，以便使后来者能够在此基础上获得更好的合理结果。在本文基础上还有一些工作值得完善和继续研究，总结如下：(1)进一步完善各个模型，提高运算效率的同时，分析同一模型在不同参数的情况下，对予整个系统性能的影响。如不同的用户分布，对于系统的影响。42 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）(2)研究更新的调度算法对于LTE-Advanced系统的影响。包括不同调度算法对于系统的频谱效率、系统的吞吐量及系统的可靠性等方面进一步的深入研究。(3)增加HARQ模型。研究反馈重传对于系统性能的影响。(4)进一步完善调制编码方案，获得更加全面的调制编码方案的系统性能。43 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）结论通过对比仿真出来的结果图，可以发现如下规律：当系统在处理VIDEO这类对系统负担较重的业务时，因为使用了性能较好的EXP/PF算法，系统的时延随着用户数增加只呈现缓慢的增长趋势，这是因为EXP/PF算法中，为每个数据包设置了最大时间阀值，延迟时间超过阀值的数据包将被丢弃，符合现实中采用EXP/PF算法系统的表现。而公平性整体也同样随着用户增加而呈现波动性变化，整体呈现下降的趋势，同时系统的丢包率随着用户增加而增大都符合现实情况，数据吞吐量随着用户数的增加先增大，后减小，符合EXP/PF算法中需要牺牲总吞吐量为代价换来对实时业务支持性的提高的特性。对于VOIP业务而言，这类业务的数据量对系统的负担相对于VIDEO较小，其时延随着用户数增加变化并不明显，符合现实逻辑。此时因为系统负担较小，随着用户数的波动系统公平性有所波动，同时系统的丢包率因EXP/PF算法对于多用户分集增益的利用有所降低，但随着系统用户量的提高，系统时延还是有所上升，数据吞吐量随着用户数的增加而近乎直线增加，都符合现实中使用EXP/PF算法系统的特性。通过以上的分析，可以看出，整体系统仿真大致符合现实情景应有的逻辑，因此可以判断LTE-Sim的协议栈是正确并有效的。44 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）致谢在毕业设计顺利完成过程中，让我学到了很多东西。首先我要感谢我的导师陈前斌老师以及唐伦老师，唐老师利用自身扎实的理论基础，严厉的治学态度，以及悉心的谆谆教诲，给予我很大帮助。在论文开始的初期，我对于论文的结构以及文献选取等方面都有很多问题，在师兄、师姐和老师的建议指导下，为我选取了一些相关的指导书籍和中英文文献，让我从中了解到异构无线网络资源管理技术的研究现状及发展趋势。在论文撰写过程中，针对论文语言组织和相关逻辑性方面，感谢实验室研究生的帮助和指导。最后，感谢大学本科学习阶段给予我很多帮助的辅导员陈文星老师，感谢一直默默帮助我的同学朋友，您们辛苦了！45 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）参考文献[1]焦慧颖．LTE-Advanced关键技术及标准化进展[M]．工业和信息化部电信研究院通信标准研究所．2009．[2]贺昕，李斌．异构无线网络切换技术[M]．北京：北京邮电大学出版社，2008．[3]徐景、胡宏林、周婷.3GPPLTE标准化进展，2007-04-12[4]D.McQueen,―ThemomentumbehindLTEadoption,‖IEEECommun.Mag.,vol.47,no.2,pp.44–45,Feb.2009.[5]3GPP,Tech.Specif.GroupServicesandSystemAspectsServiceRequirementsforEvolutionofthe3GPPSystem(Release8),3GPPTS22.278.[6]SALKINTZISAK．InterworkingtechniqueandarchitectureforWLAN/3Gintegrationtoward4Gmobiledatanetwork[J]．IEEEWirelessCommunications，2004（6）：50-61．[7]BUDDHIKOTMM，CHANDRANMENONG，HANSEUNGJAE，etal，DesignandimplementationofaWLAN/CDMA2000interworkingarchitecture[J]．IEEECommunicationsMagazine，2003(11)：90-100．[8]J.J.S´anchez,G.G´omez,D.Morales-Jim´enez,andJ.T.Entrambasaguas,―PerformanceevaluationofOFDMAwirelesssystemsusingWM-SIMplatform,‖inProc.ofACMInt.WorkshoponMobilityManagementandWirelessAccess,MobiWac,2006,pp.131–134.[9]C.Mehlf¨uhrer,M.Wrulich,J.C.Ikuno,D.Bosanska,andM.Rupp,―Simulatingthelongtermevolutionphysicallayer,‖inProc.ofthe17thEuropeanSignalProcessingConf.,EUSIPCO,Glasgow,Scotland,2009.[10]J.C.Ikuno,M.Wrulich,andM.Rupp,―SystemlevelsimulationofLTEnetworks,‖inProc.ofIEEEVeh.Technol.Conf.,VTCSpring,Taipei,Taiwan,May2010.[11]R.Basukala,H.M.Ramli,andK.Sandrasegaran,―PerformanceanalysisofEXP/PFandM-LWDFindownlink3GPPLTEsystem,‖inProc.ofFirstAsianHimalayasInt.Conf.onInternet.AH-ICI,Kathmandu,Nepal,Nov.2009.[12]Y．Wu，K．Yang，L．Zhao，etal，―Congestion-awareproactiveverticalhandoffalgorithminheterogeneouswirelessnetworks，‖IETCommunicationsRevisedon7thOctober2008．[13]LiMingxin，XieDongliang，HuBo，etal，―VerticalHandoffsforOptimizingJointRadioResourceManagementinHeterogeneousWirelessNetworks‖．[14]XuebingPei，TaoJiang，DaimingQu，GuangxiZhu，etal，―Radio-ResourceManagementandAccess-ControlMechanismBasedonaNovelEconomicModelinHeterogeneousWirelessNetworks，‖IEEETransactions，VOL．59，NO．6，JULY，2010．46 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）[15]HaitaoLin，MainakChatterjee，SajalK．Das，etal，“ARC：AnIntegratedAdmissionandRateControlFrameworkforCompetitiveWirelessCDMADataNetworksUsingNoncooperativeGames，”IEEETransactions，VOL.4，NO.3，MAY/JUNE．2005．[16]塞西亚，贝科著，马霓等译.LTE、UMTS长期演进理论与实践.人民邮电出版社，2009[17]WeiSong，WeihuaZhang，“Multi-ClassResourceManagementinaCellular/WLANIntegratedNetwork，”IEEECommunicationsSocietyWCNC，2007．[18]Y．Zhou，Y．Rong，H．Choi，J．Kim，etal，“Utility-basedloadbalancinginWLAN/UMTSInternetworkingsystems，”inProc．IEEERWS，2008，pp．587–590．47 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）附录一、英文原文:SimulatingLTECellularSystems:anOpenSourceFrameworkGiuseppePiro,StudentMember,IEEE,LuigiAlfredoGrieco,Member,IEEE,GennaroBoggia,SeniorMember,IEEE,FrancescoCapozzi,StudentMember,IEEE,andPietroCamardaAbstractLTErepresentsanemergingandpromisingtechnologyforprovidingbroadbandubiquitousInternetaccess.Forthisreason,severalresearchgroupsaretryingtooptimizeitsperformance.Unfortunately,atthepresent,tothebestofourknowledge,noopensourcesimulationplatforms,thatthescientificcommunitycanusetoevaluatetheperformanceoftheentireLTEsystem,arefreelyavailable.Thelackofacommonreferencesimulatordoesnothelptheworkofreserchersandposeslimitationsonthecomparisonofresultsclaimedbydifferentresearchgroups.Tobridgethisgap,herein,theopensourceframeworkLTE-SimispresentedtoprovideacompleteperformanceverificationofLTEnetworks.LTE-Simhasbeenconceivedtosimulateuplinkanddownlinkschedulingstrategiesinmulti-cell/multi-usersenvironmentstakingintoaccountusermobility,radioresourceoptimization,frequencyreusetechniques,AMCmodule,andotheraspectsveryrelevantforindustrialandscientificcommunities.Theeffectivenessoftheproposedsimulatorhasbeentestedandverifiedconsidering(i)thesoftwarescalabilitytestwhichanalyzesbothmemoryandsimulationtimerequirements;(ii)theperformanceevaluationofarealisticLTEnetworkprovidingacomparisonamongwellknownschedulingstrategies.IndexTerms—LTE,Simulation,PerformanceEvaluation,Modeling.LISTOFACRONYMSAMCAdaptiveModulationandCodingCQIChannelQualityIndicatoreNBevolvedNodeB48 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）EPSEvolvedPacketSystemE-UTRANEvolvedUTRANEXPExponentialPFLTELongTermEvolutionMCSModulationandCodingSchemeM-LWDFModifiedLargestWeightedDelayFirstMME/GWMobilityManagementEntity/GatewayOFDMAOFDMAccessOFDMOrthogonalFreq.DivisionMultiplexingPDBCPhysicalBroadcastChannelPDCCHPhysicalDownlinkControlChannelPDCPPacketDataControlProtocolPFProportionalFairRBResourceBlockRLCRadioLinkControlRRCRadioResourceControlSC-FDMASingleCarrierFreq.Div.MultipleAccessSINRSignaltoInterferenceandNoiseRatioTTITransmissionTimeIntervalUEUserEquipmentTOfacetheevergrowingdemandforpacket-basedmobilebroadbandsystems,the3GPP[1]hasintroducedLTE(LongTermEvolution)specifications[2]asthenextstepofthecurrent3.5Gcellularnetworks.Anenhancedaccessnetwork(i.e.,theE-UTRAN,Evolved-UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork)andanevolvedcorenetworkhavebeendefined[3].Atthepresent,morethan20cellularoperatorsworldwide,representingtogethermorethan1.8billionofthetotal3.5billionmobilesubscribersintheworld,havealreadystatedacommitmenttoLTEandmorethan32millionLTEsubscribersareforeseenby2013[4].Startingfromthispremise,itisclearthattheoptimizationofallLTEaspectsisatopicworthofinvestigationforbothindustryandacademiacommunities.Itisimportanttoremarkthat,atthepresenttime,acompletesystemlevelsimulatorisnotavailableforthesecommunities.Infact,themostimportantvendorsofmobilecommunicationequipmentshaveimplementedtheirownsimulators.Moreover,othersimulators[5]-[8],developedinacademia-industrialcooperations,canbepurchasedusingacommerciallicense,andtheirsourcecodesarenotpubliclyavailable.In[9],aMatlab-basedLTEsimulatorhasbeenproposed,implementingastandardcompliantLTEdownlinkphysicallayerwithAdaptiveModulationandCoding(AMC),multipleusers,MIMOtransmissionandscheduler.Unfortunately,albeititisopensourceandfreelyavailable,itdoesnotconsiderrelevantaspectsofLTEsimulation,suchasrealisticapplications,acompleteLTEprotocolstack,andmulti-cellenvironmentswithuplinkflows.In[10],asystemlevelsimulatorforLTEnetworkshasbeenproposedasasupplementofthepreviousone,inordertosupportcellplanning,scheduling,andinterference.However,itdoesnotsupportacompleteLTEprotocolstack,uplinkflows,andbearermanagement.49 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）Sincenoopensourcesimulationplatformsarefreelyavailableforthecommunity,thedesignofinnovativeoptimizationstrategiesistodayseriouslyimpaired.Moreover,thelackofacommonreferencesimulatorposesseriousproblemsinthecomparisonofresultspresentedbydifferentresearchgroups.Tobridgethisgap,herein,wepresentanopensourceframeworktosimulateLTEnetworks,namelyLTE-Sim,abletoprovideacompleteperformanceverificationofLTEsystems.LTE-SimencompassesseveralaspectsofLTEnetworks,includingboththeEvolvedUniversalTerrestrialRadioAccess(E-UTRAN)andtheEvolvedPacketSystem(EPS).Inparticular,itsupportssingleandmulti-cellenvironments,QoSmanagement,multi-usersenvironment,usermobility,handoverprocedures,andfrequencyreusetechniques.Threekindsofnetworknodesaremodeled:userequipment(UE),evolvedNodeB(eNB),andMobilityManagementEntity/Gateway(MME/GW).Severaltrafficgeneratorsattheapplicationlayerhavebeenimplementedandthemanagementofdataradiobearerissupported.Finally,well-knownschedulingstrategies(suchasProportionalFair,ModifiedLargestWeightedDelayFirst,andExponentialProportionalFair[11]),AMCscheme,ChannelQualityIndicator(CQI)feedback,frequencyreusetechniques,andmodelsforphysicallayerhavebeendeveloped.ItisimportanttonotethatfeaturescoveredbyLTE-Simwillallowbothresearchersandpractitionerstotestenhancedtechniquesforimproving4Gcellularnetworks,suchasnewphysicalfunctionalities,innovativenetworkprotocolsandarchitectures,highperformanceschedulingstrategiesandsoon.LTE-SimisfreelyavailableundertheGPLv3license[12].WebelievethatthehighmodularityofLTE-Simwillallowaconvergenceofeffortstowardsimprovedversionsofthesoftwareenrichedwithmoreandmorefeatures.Suchenhancementscouldcover:newversionsofthestandard,innovativeresourcemanagementtechniques,advancedhandoverprocedures,protocolarchitectures,andsoon.Therestofthepaperisorganizedasfollows:SectionIIIdescribesthesoftwaredesign,highlightingthemostimportantsimulatorcomponents.SectionsIVandVdescribetheflowsandtheradioresourcemanagement,respectively.SectionVIprovidesaperformanceevaluationoftheproposedsimulator.Finally,SectionVIIdrawstheconclusion.SOFTWAREDESIGNInordertoensuremodularity,polymorphism,flexibility,andhighperformance,LTE-SimhasbeenwritteninC++,usingtheobject-orientedparadigm,asanevent-drivensimulator.Atthepresent,thesoftwareiscomposedby90classes,220files,andapproximately23,000linesofcode.Fig.1showstheUML(UnifiedModelingLanguage)diagramofthemostimportantclassesimplemented,highlightingtheirmostimportantmethodsandvariables.Therearefourmaincomponents:theSimulator,theNetworkManager,theFlowsManager,theFrameManager.50 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）Foreachofthem,adedicatedclasshasbeendeveloped.Whenasimulationstarts,onlyoneobjectforeachoftheaforementionedcomponentsiscreated.Furthermore,toensurethateachoftheseclasseswillhaveonlyoneinstanceduringthesimulation(withaglobalpointofaccess)asingletondesignpatternhasbeenused[13].MostimportantfunctionalitiesofmaincomponentsoftheLTE-SimarereportedinTab.I.Forsimplicity,fromthismomenton,wewillusethenotationClass::Function()toindicateaFunction()definedintotheClass.Asimulationscenarioiscomposedbyseveralobjects,modelingthemainelementsofanLTEsystem.Eachofthemcanissue,ifneeded,aneweventusingaSimulator::Schedule()method,toenablearealisticinteractionamongnodes.TheCalendarsortseventsinachronologicalorder,accordingtotheirtimestamps.EventsschedulingishandledbytheSimulatorclass.Indetails,atthebeginningofeachsimulation,theCalendarispopulatedbyonlythreeevents:(i)thestartofthesimulation,usingtheSimulator::Run()method;(ii)thestartoftheFrameManager,usingtheFrameManager::StartFrame()method;(iii)theendofthesimulation,usingtheSimulator::Stop()method.Then,thecalendarwillbepopulatedbyothereventsgeneratedbyLTEsystemelementswhichconstitutethesimulatedscenario,e.g.,Application::CreatePacket(),NetworkNode::SendPacketBurst(),ENodeB::ResourceAllocation().ThreekindsofLTEnetworknodeshavebeenimplemented:UE,eNB,andMME/GW.Theyarecreated,destroyed,andhandledbytheNetworkManager.EachLTEnetworknodecanbeasourceoradestinationofdataflows,definedbytheclassicalfive-tuple:sourceanddestinationIPaddresses,senderandreceiverports,andthetransportprotocoltype.LTE-Simprovidesasupportforradioresourceallocationinatime-frequencydomain.Accordingto[14],inthetimedomain,radioresourcesaredistributedeveryTransmissionTimeInterval(TTI),eachonelasting1ms.FurthermoreeachTTIiscomposedbytwotimeslotof0:5ms,correspondingto14OFDMsymbolsinthedefaultconfigurationwithshortcyclicprefix;10consecutiveTTIsformtheLTEFrame.Inthefrequencydomain,instead,thewholebandwidthisdividedinto180kHzsub-channels,correspondingto12consecutiveandequallyspacedsub-carriers.Asthesubchanneldimensionisfixed,fordifferentsystembandwidthconfigurationsthenumberofsub-channelsvariesaccordingly.Atime/frequencyradioresourcespanningoverone0:5mstimeslotinthetimedomainandoveronesub-channelinthefrequencydomainiscalledResourceBlock(RB)andcorrespondstothesmallestradioresourcethatcanbeassignedtoaUEfordatatransmission.TheactualimplementationoftheLTEframestructureisguaranteedbytheFrameManagercomponent.Itisinchargeofthecorrectschedulingofframesandsub-frames(i.e.,TTIs)andofthesynchronizationofalltheeNBs.Physical(PHY)layeraspectsaremanagedforbothUEsandeNBs.Inparticular,aPHYobjectstoringphysicalparametersandradiochannelmodel(asproposedin[15])isconnectedtoeachdevice.Hereinformationsuchasthechannelqualityandtheperceivedinterferencelevelaresaved.Furtherphysicalinformation(e.g.,frequencycarrier,availablebandwidth,listofavailableRBsforbothdownlinkanduplink,frequencyreuseparameters,51 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）andsoon)arestoredinabandwidthmanagerobject.Finally,fourdifferenttrafficgeneratorsrunningattheapplicationlayer(trace-based,on-off,constantbitrate,andinfinitebuffer)havebeendeveloped.WithLTE-Sim,aLTEscenariocanbecreatedasastaticfunctioninaC++headerfile.Areferencetothisfunctionshouldbeaddedintothemainprogram(seeSec.VI-Afordetailsabouthowtocreateascenario).ThesimulationofacompletePHYlayerisnotsuitedforcomplexnetworkscenarios(includingtheentireprotocolstack),asitrequiresanhighcomputationaleffort[33].Forexample,thesimulatorproposedin[9],thatimplementsacompleteLTEPHYlayer,requiresmorethan3hourstosimulatefewsecondsofanetworkcomposedbyonly2nodes.Thiseffortcanbegreatlyreducedbyemployingsystem-levelsimulatorsinwhichthephysicallayerisdescribedbyananalyticmodel.Forthisreason,wechoseananalyticalmodelapproachinLTE-Sim,whichhasbeensuccessfullyusedalsoinotherwirelessnetworksimulatorsalreadydevelopedforanalogoustechnologiesandfreelyavailableforthecommunity(suchasWiMAXinns-3[34],NumbatmoduleinOmnet++[35],andUMTSmodelinns-2[36]).ChannelandPhyclassesmodelchannelandLTEphysicallayer,respectively.Forallnetworkdevices,aninstanceofthePhyclass,namedmphy,hasbeendefinedanditisattachedtoagivenchannelinordertoaccomplishseveralfunctionalities:(i)theestimationofSINR(SignaltoInterferenceandNoiseRatio);(ii)theselectionofaproperMCSbeforepacketstransmission(inparticular,suchafunctionisprovidedbytheAMCmodule);(iii)theaccesstothechannel,inordertoallowtransmissionandreceptionofpackets.1)Channel:Ithasbeendevelopedtohandlepackettransmission,takingintoaccountthepropagationlossmodel.Tomanageseparatelydownlinkanduplink,acoupleofchannelsmustbedefinedforeachcell.Moreover,eachPHYobjectstoresintovariablesmdownlinkChannelandmuplinkChannelapointertochannelscreatedforacellthedevicebelongsto.TheChannelclasshasaprivatestructurenamedmdeviceswhichhandlesallthephysicalobjectsconnectedtoit.WhenaPHYinstancehastosendpacketsonasetofsubchannels,itcallstheChannel::StartTxmethodofaproperchannelobject(i.e.,thedownlinkchannelfortheeNBandtheuplinkchannelfortheUE),passingalistofpackettosendandthetransmissionpower.Channel::StartTxhandlespackettransmissionintwoconsecutivesteps.Itfirstcalculates,foreachattachedphysicaldevice,thepropagationlossesaccordingtothepropagationlossmodel(seebelowfordetails)andupdatesthepowerofthetransmittedsignal.Then,itforwardspacketstoallphysicaldevicesattachedtoitandcallsthereceptionprocedure(seebelowfordetailsonsuchaprocedure).2)PropagationLossModel:ClassPropagationLossModelmodelsthechannelpropagationoftheE-UTRANinterface.Thisclasshasbeendevelopedtocomputethetransmittedsignalpropagationlosses.Tosupportvariouscellscenarios(i.e.,urbanmicro-cell,suburbanmacro-cell,urbanmacro-cellandruralmacro-cell),avirtualclassChannelRealizationhasbeendevelopedtoprovideabasicimplementationofbothpropagationandchannelmodels;itrealizesthechannelconditionintermsoflossandinterference.Asproposedin[15],arealizationofthechannelconditionshouldconsiderfourdifferentphenomena:(i)thepathloss,(ii)thepenetrationloss,(iii)theshadowing,52 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）and(iv)theeffectoffastfadingduetothesignalmultipath.ThevariablemchannelRealizations,definedintothePropagationLossModelclass,storesaChannelRealizationobjectforeachcoupleofdevicesattachedtoagivenchannel.Duringpackettransmissions,knowingthesourcedeviceandthedestinationdevice,aChannelRealizationobjectisselectedandassociatedtothemformingthemchannelRealizationsvariable.Then,theChannelRealization::ComputePropagationLoss()iscalledtocomputethelossduethepropagation.Tounderstandhowthepropagationlossmodelworks,wecananalyzewhathappensinadownlinktransmission.LetPTX;jandPRX;i;jbetheeNBtransmissionpowerandthereceptionpowerofthei-thUEforthej-thsub-channel,respectively.PRX;i;jisgivenby:PRXijdB,,||PTXj,Mij,LiTiSij,dBwhereMi;j,Li,Ti,andSi;jarethelossesduetomultipath,pathloss,penetration,andshadowing.NotethatallthesevariablesareexpressedindB.Tosimulatecellscenarioswithdifferentpropagationlossmodel,wehaveimplementedthreepossiblechannelrealizations:(i)amacro-cellchannelrealizationforurbanandsuburbanareas,(ii)amacro-cellchannelrealizationfortheruralarea,and(iii)amicro-cellchannelrealization.Foreachofthesemodels,adedicatedclass,whichinheritsfromtheChannelRealizationclass,hasbeendeveloped.Asdefault,thelargescaleshadowingfadinghasbeenmodeledtroughalog-normaldistributionwith0meanand8dBofstandarddeviation.Thepenetrationloss,instead,issettodefaultvalueof10dB[15].Itispossibletomodifythesevaluesaccordingtothesimulatedcellenvironment.Tab.IIIreportspathlossmodelsusedforeachoftheimplementedcellscenarios[37][38].NotethatdisthedistancebetweentheeNBandtheUEinkilometers.Atthepresent,thefastfadinghasbeenmodeledforalltheimplementedpropagationmodelswiththeJakesmodel[39]fortheRayleighfading,takingintoaccounttheuserspeed,thesub-carrierfrequency(i.e.,thecentralfrequencyofthej-thsub-channel),andanumberofmultiplepathsuniformlychosenintheset[6,8,10,12][40].Fig.9showsanexampleofmultipathrealizationswhenusersspeedsareequalto0,3,30,and120km/h.53 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）ItisworthtonotethatanewchannelmodelcanbeeasilyaddedtotheLTE-Sim,extendingtheChannelRealizationclass.3)UEReceptionProcedure:Whenthei-thUEreceivespackets,itexecutesthefollowssteps:thephysicallayercomputesforeachsubchanneltheSINRforthereceivedsignalconsideringthereceivedpower,thenoise,andtheinterference,asitfollows:PRXij,,SINRij,FNB0IwhereF,N0,Bj,andIarethenoisefigure(defaultvalue2.5),thenoisespectraldensity(defaultvalue-174dBm),thebandwidthofaresourceblock(i.e.,180kHz),andtheinterference,respectively.WeremarkthattheinterferenceisthetotalpowerreceivedfromtheeNBssharingthesamefrequencyresources.ThepropagationlossoftheinterferingpowerarecalculatedbytheNetworkManagerthroughtheComputePathLossForInterference()method,thatselectstheproperpropagationlossmodeldependingonthecellscenario.AccordingtotheCQIreportingmode,theUEcreatesCQIfeedbackstosendtotheeNB.Thephysicallayerdeterminesifpacketshavebeenreceivedcorrectly.Tothisaim,foreachsub-channel,usedisestimated,thatistheratiobetweenthenumberoferroneousreceivedblocks(i.e.,thetransportblockwithwrongCRC)andthetotalnumberofsentblocks[41].TheBLERisobtainedconsideringbothMCSusedforthetransmissionandSINRthatthedevicehasestimatedfortheconsideredsub-channel.Inparticular,theBLERvalueisdrawnusingstoredBLER-SINRcurvesobtainedthroughaLTElinklevelsimulator[9].InLTE-SimdifferentsetsofBLER-SINRcurvesarestoredandthechoiceofthepropersetdependsonseveralphysicalparameters.Asanexample,thecurvesfor1.4MHzbandwidthandaSISO(SingleInputSingleOutput)transmissionschemeoveranAWGNchannelareshowninFig.10.AccordingtotheproperBLER-SINRcurve(dependingontheusedMCS),thesimulatorestimatesifthepackethasbeencorrectlyreceivedornot.Inthelatter54 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）case,thepacketisconsiderederroneousanddiscarded.Ifthepackethasbeencorrectlyreceived,itisforwardedtotheupperlayers.4)ChannelQualityIndicator:Duringtheresourceallocationprocess,theeNBcanselectthemostsuitableMCSforeachscheduledflowwithtryingtominimizethepacketlossduetothechannelerror.TheUEusestheCQIManagertocreateCQIfeedbacks.WhentheUEreceivespacketsinthedownlink,itestimatestheSINRforeachdownlinksubchannel.Then,accordingtotheCQIreportingrules,itcreatesCQIfeedbackstosendtotheeNBwhereitisregistered.TheCQIisusedbytheUEtoreporttotheeNBthehighestdataratethatcanbeachievedoveragivensub-channelwhileguaranteeingaBLERatleastequaltoacertainBLERtarget(thedefaultvalueis10%).Inparticular,theCQIvalueisobtainedasaquantizedversionoftheestimatedSINR.ThemappingprocedurebetweenSINRandCQIisperformedagainthroughtheBLER-SINRcurves(Fig.10).Usingthesemappingtables,itispossibletoselectthebestMCS(intermsofdatarate)thatforthegivenSINRguaranteesaBLERvaluesmallerthanthetargetBLER.Finally,thereportedCQIcorrespondstotheindexoftheselectedMCS.Assaidbefore,LTE-SimsupportsbothperiodicalandaperiodicalCQIreportingwithbothfullbandandwidebandreportingmodeshavebeendeveloped.WhentheperiodicalCQIreportingisselected,thevariablemreportingInterval,definedintotheCQIManagerclass,identifiesthetimeintervaleverytimeCQIfeedbacksshouldbecreatedandsenttotheeNB.WhentheaperiodicalCQIreportingisselected,instead,theUEcreatesandsendsCQIfeedbacksonlywhenitreceivesarequestfromtheeNB.5)AdaptiveModulationandCodingModule:TheAMCmodule,implementedintotheAMCclass,hasbeendevelopedtoalloweNBtoselect,duringtheresourceallocationprocedure,thepropermodulationandcodingschemefortheflowthathastobescheduled.Tomaximizethespectralefficiency,theMCSischosenconsideringthelatestCQIvaluesentbytheUEandusingtheAMC::GetMCSFromCQI()method.ItisimportanttonotethattheselectionoftheMCSallowsustoobtaintheefficiency(expressedasthenumber55 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）ofinformativebitspersymbols)asdescribedin[16].6)DeterminationofTransportBlockSize:InLTEsystems,theTBisthequotaofbinarydataatthephysicallayer,comingfromtheMAClayerduringtransmission(orpassedtotheMAClayerduringreception)ontransportchannels[16].Inotherwords,TBisthenumberofbytesthataflowcantransmitinoneormoresub-channelsattheMAClayer(includingMACoverheadandCRCtrailer),duringoneTTI.TheTBsizedependsontheMCSchosenbytheAMCmodule,thenumberofantennaports,thedurationoftheprefixcodeusedatphysicallayer,andthenumberofsymbolsusedbythecontrolchannel.TheAMCModuleobjectusesthetablemTBSizeTabletoevaluatetheTBsizefromtheselectedMCSvalue.Tothisaim,ittakesintoaccounttheconfigurationproposedin[42]:normalprefixcode,2antennaports,3OFDMsymbolsforPDCCH(PhysicalDownlinkControlChannel),nosyncsignals,andtheabsenceofPBCHPhysicalBroadcastChannel.CONCLUSIONInthispaperanewopensourceframeworktosimulateLTEnetworks,namelyLTE-Sim,hasbeenproposed.Featurescoveredbythissimulatorwillallowbothresearchersandpractitionerstotestenhancedtechniquesforimproving4Gcellularnetworks,suchasnewphysicalfunctionalities,innovativenetworkprotocolsandarchitectures,highperformanceschedulingstrategies,andsoon.Theopennatureofthissoftwarecanallowpeopleinterestedinresearchinthisfieldtocontributetothedevelopmentoftheframework,furnishingareferenceplatformfortestingandcomparingnewsolutionforLTEsystems.Effectivenessofthedevelopedsimulatorhasbeenverifiedwithseveralsimulationstostudythescalabilityandtheperformanceoftheframework.Moreover,LTE-Simhasbeenappliedtocompareseveralschedulingstrategiesandtoevaluatetheirperformance.Inthenearfeature,weplantoimprovethesimulatorimplementingnewfeatures,suchasHARQandmoresophisticatedchannelandPHYmodels,thathavenotbeenincludedinthecurrentversionofthesoftware.二、英文翻译LTE蜂窝系统仿真平台：一个开放的源码框架摘要：LTE代表着新兴市场和具有光明发展前途的技术，其提供了无处不在的互联网宽带接入。为此，几个研究小组正在试图优化其性能。不幸的是，在目前，据我们所知、56 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）没有一个可以免费获取的科学界可以用来评估整个LTE系统的表现的开源的仿真平台。很多不同的研究团队都表明缺乏一个有共同参考标准的仿真平台不利于研究人员对工作结果进行比较，这为LTE项目带来了很大局限性。为了弥补这一问题，本文提出了一个开源框架---LTE-SIM仿真平台，其提供了完整的LTE网络性能验证。LTE-SIM仿真平台已经设想去模拟上行链路和下行链路的调度策略，同时在多蜂窝多用户的环境下考虑到用户的移动性，无线资源优化，频率复用技术，AMC模块，以及一些和其他相关的工业界和科学界等方面的因素。仿真平台的有效性测试和验证需要考虑到：（i）软件的可扩展性测试，需要分析内存和仿真时间要求，（ii）一个现实的LTE网络的效率统计提供了一个知名调度策略之间的对比。关键词：LTE，仿真，性能评估，建模。缩略语表AMC自适应调制和编码CQI信道质量指示eNB演进型NodeBEPS演进型分组系统E-UTRAN演进型UTRANEXP指数PFLTE长期演进MCS调制和编码方案M-LWDF改良的最大的加权延迟优先MME/GW移动性管理实体/网关OFDMAOFDM接入OFDM正交频分复用PDBC物理广播信道PDCCH物理下行链路控制信道PDCP分组数据控制协议PF比例公平RB资源块RLC无线链路控制RRC无线资源控制SC-FDMA单载波频分多址SINR信号与干扰加噪声比57 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）TTI传输时间间隔UE用户单元概述面对人们对基于分组的移动宽带系统日益增长的需求，，3GPP[1]已经推出LTE（LongTermEvolution，长期演进）的规格[2]作为当前的3.5G小区蜂窝网的下一步发展。已经定义了一个增强的接入网络（即E-UTRAN演进的UMTS陆地无线接网络）和一个演进的核心网[3]。目前，在世界上代表着全球3.5亿移动用户中超过1.8亿的用户的20多个手机运营商已经承诺过到2013年，LTE和LTE用户将会超过3200万[4]。在这个前提下，很显然所有关于LTE方面的优化方案都是值得工业界和学术界去关注的。值得特别说明的是，在目前的情况下，这些组织并没一个完整的系统级仿真平台。事实上，一些最重要的移动通信设备的供应商都使用着他们自己的仿真平台。此外，其他在学术界及工业界合作开发的仿真平台[5]-[8]可以购买一个商业许可，从而不对外公开其源代码。[9]，基于Matlab的LTE仿真平台已经被开发出来，可以对LTE下行链路物理层的自适应调制和编码（AMC），多用户MIMO传输和调度的标准进行仿真。不幸的是，尽管它是开源和免费的，但是却没有考虑一些LTE仿真平台的一些周边环境，如现实的一些应用和业务，一个完整的LTE协议栈，上行流量和多小区环境。[10]LTE网络的系统级仿真已经被开发出来，作为对前者补充，以支持小区规划，调度和干扰。但是，它不支持一个完整的LTE协议栈，上行流量和承载管理。由于社会上没有开源和免费的的仿真平台，如今的开发优化部署进度受到严重影响。而且，缺乏一个通用的仿真平台的来参考比较不同研究团队的结果也暴漏出很多问题。为了弥补这一缺陷，我们在这里提出一个开源框架来仿真模拟LTE网络，即LTE-SIM，它能够提供对LTE系统完整的性能测试。LTE-SIM平台包括LTE网络的几大部分，包括演进通用陆地无线接入网络（E-UTRAN）和演进的分组系统（EPS）。特别是，它支持对单小区和多小区环境，服务质量管理，多用户环境，用户的移动性，越区切换过程，和频率复用的技术的模拟。可以仿真三类网络节点：用户设备（UE），演进型基站（eNB）和移动性管理实体/网关（MME/GW）。在应用层已经部署了几个流量发生器，同时支持数据无线承载的管理。最终，著名的调度的方案（如PF，MLWDF，EPF[11]），AMC方案，信道质量指示（CQI）反馈，频率复用技术，物理层模型已经被完整的开发出来。重要的是要注意的是LTE-SIM仿真平台的功能可以让研究人员和从业人员来测58 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）试和开发新技术来增强4G蜂窝网络，例如添加新的物理层功能，新型的网络协议和架构，高性能的调度算法等。在GPLv3许可证下[12]，LTE-SIM仿真平台是免费提供的。我们相信，高模块化的LTE-SIM仿真平台可以经大家努力改进，添加多种功能强大，内容丰富的软件来改进版本。这些增强功能包括：新版本的标准，新型资源管理技术，更好的小区切换算法，协议架构，等等。剩下的内容大致如下：第三节介绍了软件设计，突出最重要的仿真部分。第四和第五节描述了流量和无线资源管理模块。第六节提供了一个效率测试的建议仿真器。最后，第七节得出结论。平台设计为了确保LTE-Sim仿真平台的模块化，多态性，灵活性和高性能，所以平台使用C++编写，使用面向对象的思想，作为一个事件驱动（event-driven）仿真平台。目前，该平台由90类，220个文件，以及大约23000行代码。图1显示了UML（统一建模语言）实施的最重要的类图，突出其最重要的方法和变量。有四个主要组成部分：1、仿真器2、网络管理器3、流量管理器4、帧管理器对于每个部分，都为其开发了一个专门的类。仿真开始时，上述的四个对象里只有一个会被创建。此外，为确保在仿真过程中每个类只有一个对象（一个全局访问点），我们使用了单态（singleton）模式。LTE-Sim平台的主要组成部分的最重要的功能是建立Tab报告。为了简单起见，在接下来的文章中，一、我们将使用符号CALSS::Function（）来表示一个在类中定义的函数（）。仿真平台是由几个对象建立的模拟场景，模拟LTE系统中的主要部分。他们每部分都可以触发，如果需要，使用Simulator::Schaedule（）方法，可以模拟现实中各个节点间的相互作用。日历事件根据它们的时间表按时间顺序进行排序。事件调度由仿真类来处理。具体来说，在仿真开始的时候，时间表上只有三个事件：（i）仿真平台开始时，使用的是Simulator::Run（）方法;（ii）帧管理FrameManager开始时，使用FrameManager::tartFrame（）方法;（iii）仿真结束的时候，使用Simulator::Stop（）方法。接着，向时间表添加由LTE系统模拟场景构成的元素，例如，Application::CreatePacket（），NetworkNode::SendPacketBurst（），ENodeB::ResourceAllocation（）等等。59 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）LTE网络的节点一共有三种：用户侧（UE），基站和MME/GW。由网络管理器进行创建，注销和处理。每个LTE网络的节点可以是一个源或数据流的节点，由经典的五元组进行定义：源和目标IP地址，发送方和接收端口以及传输协议类型。LTE-Sim同时支持在时域和频域内提供无线资源的分配。根据[14]，在时域中无线资源分配给每个传输时间间隔（TTI），每一个都持续1毫秒。此外，每个TTI由两个0.5毫秒的时隙组成，在默认配置中14个OFDM标记对应着一个短循环自首，由10个连续的TTI形成LTE帧。在频域中，相应的，整个带宽分为180千赫子信道，对应于12个连续的和相等间隔的子载波的子信道。由于子信道的带宽是固定的，对于不同的系统带宽配置的子信道的数量相应有所变化。时常一个0.5毫秒的时隙的时间/频率的无线资源在时域和一个子信道在频域上被称为资源块（RB），和对应于最小的无线资源可以被分配到用户侧进行数据传输。帧管理的组件保证LTE帧结构的实际实施。它负责正确的帧和子帧的调度（即，TTI中）的间隔与所有的基站的同步。物理层同时负责管理UE和基站方面。特别是，一个PHY对象存储的物理参数和无线电信道模型的（如[15]中提出的）被连接到每个设备。在这里，被保存的信息，如信道质量和感知的干扰电平。进一步的物理信息（例如，频率载波，可用带宽，为下行链路和上行链路的可用的RB列表，频率复用的参数，等等）存储在一个带宽管理器对象。最后，4个不同的流量生成应用程序在运行层（基于跟踪的开闭，恒定的比特率，和无限缓冲液）已经开发出来。随着LTE-SIM仿真平台的建立，一个LTE项目可以创建一个静态函数，作为在C++头文件。此功能的引用应该被添加到主程序（参见VI-A有关如何创建一个场景的细节）。信道和物理层（ChannelandPhysicalLayer）对一个物理层进行完整的仿真并不适合复杂的网络场景（即包括了整个协议栈），因为它需要一个很高的计算量[33]。例如，在[9]中设想的实现一个完整LTE物理层仿真器，需要超过3个小时来仿真仅由两个节点组成的网络中几秒的过程。这样的付出可以通过采用系统级仿真器来大大减少，在系统级仿真器中物理层被描述为一个分析模型。出于这样的原因，我们在LTE-Sim中选择了一个分析模型的方法，其也已成功应用于其他的无线网络仿真器，它们已经开发出了类似的技术并且可以提供给社区免费使用（比如在ns-3[34]中的WiMAX，在Omnet++[35]中的Numbat模块，和在ns-2[36]中的UMTS模型）。Channel和Phy类分别模拟了信道和LTE物理层。已经为所有网络设备定义了一60 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）个属于Phy类的名为m_phy的实例，它被连接到一个给定的信道来实现这样几个功能：①估计SINR（信号与干扰和噪声比）；②在分组传输之前选择选择一个合适的MCS（ModulationandCodingScheme，调制和编码策略）（特别地，这样的功能是由AMC自适应调制编码模块提供）；③接入信道，以允许数据包的传输和接收。（1）Channel类：它已经被开发出来处理分组传输，同时考虑到了传播损耗模型。为了分开管理下行链路和上行链路，必须为每个小区定义一对信道。此外，每个PHY对象存储在变量m_downlinkChinnel和m_uplinkChinnel中，并且为该设备归属的那个小区创建一个指针指向那些信道。Channel类有一个私有的结构叫做m_devices，它负责处理所有连接到它的物理对象。当一个物理实例在一组子信道上发送一些数据包，它通过调用Channel::StartTx的方法选择合适的信道对象（即，为基站eNB选择的下行信道和为用户设备UE选择的上行信道），和传输功率。Channel::StartTx处理分组传输是通过两个连续的步骤：它首先为每个依附于它的物理设备根据传播损耗模型（详情见下文）来计算传播损耗和更新发送信号的功率。然后，它将数据包转发到所有依附于它的物理设备，调用接收程序（关于这个程序参见下文的详细信息）。（2）传播损耗模型：类PropagationLossModel模拟了E-UTRAN（演进型通用陆地无线接入网）接口的信道传播。这个类被开发用来计算发送信号的传播损耗。为了支持多种小区场景（即，城市微小区urbanmicro-cell，郊区宏小区suburbanmacro-cell，城市宏小区urbanmacro-cell，和农村宏小区ruralmacro-cell），一个虚拟的类ChannelRealization已经被开发出来提供包括传播和信道模型的基本实现，它实现了无论是损耗还是干扰的信道条件。正如在参考文献[15]中所提出的，实现信道的条件应当考虑到四种不同的现象：①路径损耗（thepathloss）；②穿透损耗（thepenetrationloss）；③阴影效应（theshadowing）；④由于信号多径传播产生的快衰落（fastfading）的影响。变量m_channelRealization被定义在类PropagationLossModel中，为每一对连接到一个给定信道的设备，存储了一个ChannelRealization对象。在分组传输过程中，知道源设备和目的端设备，一个ChannelRealization对象以m_channelRealizations变量的形式被选择和关联到它们。然后，ChannelRealization::ComputePropagationLoss()被调用来计算由于传播造成的传播损耗。要了解传播损耗模型如何工作，我们可以分析一下在下行链路传输中发生了什么。这里我们用PTX,j和PRX,i,j来分别表示eNB的发送功率和第i个UE在第j条子信道上的接收功率。PRX,i,j的计算公式为：61 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）PRXijdB,,||PTXj,Mij,LiTiSij,dB式中，Mi,j，Li，Ti，和Si,j依次表示由于多径传播，路径损耗，穿透损耗，和阴影效应导致的损耗。注意所有的这些变量都是以dB来表示。为了用不同的传播损耗模型仿真各种小区场景，我们已经实施了三种可能的信道实现：①城市和郊区地区的宏小区信道实现；②农村地区的宏小区信道实现；③微小区信道实现。每个这些模型都有一个专门的类，每个这些类都继承自那个已经开发出来的ChannelRealization类。正如默认情况下，大尺度阴影衰落是通过一个均值为0和标准偏差为8dB的对数正态分布来建模。穿透损耗则设置默认值为10dB[15]。可以根据要仿真的小区具体环境修改这些值。表III给出了每个实现的小区场景用到的路径损耗模型。注意其中的d是eNB（演进型基站）和UE（用户设备）之间的距离（单位km）。表III实现的路径损耗模型目前，已经为所有实现了的传播模型进行了快衰落的建模，使用了Jakes模型[39]来描述瑞利衰落（theRayleighfading），考虑到了用户速度，子载波频率（即，第j条子信道的中心频率），和在设置[6,8,10,12][40]中均匀选择的多条路径的数量。图9展示了一个当用户速度等于0，3，30，和120km/h时多径实现的实例。62 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）图9.快衰落实现值得注意的是，一个新的信道模型可以很容易地被添加到LTE-Sim中，以此扩展ChannelRealization类。（3）用户设备接收程序（UEReceptionProcedure）：当第i个UE接收数据包时，它执行如下的步骤：①物理层为每个子信道计算接收到的信号的SINR（SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，信号与干扰加噪声比），考虑到接收功率、噪声、和干扰，遵循下面的式子：PRXij,,SINRij,（8）FNB0I在此，F，N0，Bj，和I分别表示噪声系数（默认值为2.5），噪声频谱密度（默认值为-174dBm），一个资源块的带宽（即180kHz），和干扰。我们注意到干扰是从eNB接收到的总功率，共享相同的频率资源。干扰功率的传播损耗是由NetworkManager通过ComputePathLossForInterference()的方法来计算，它根据小区场景选择合适的传播损耗模型。②根据CQI报告方式，UE创建CQI反馈并发送到eNB。③物理层确定数据包是否被正确接收。为了这个目标，在传输数据包时为每条子信道估计误块率（BlockErrorRate，BLER），它是错误接收块的数量（即，错误的CRC传输块）和发送的块的总数之比[41]。BLER的获得考虑到了包括传输过程使用到的MCS（ModulationandCodingScheme，调制和编码策略）和设备为考虑的子信63 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）道估计的SINR。特别地，BLER值的绘制使用到了一些存储的通过一个LTE链路级仿真[9]获得的BLER-SINR曲线。在LTE-Sim中存储了几组不同的BLER-SINR曲线，要选择合适的那一组取决于几个物理参数。举一个例子，在图10中展示了带宽为1.4MHz，通过AWGN信道的一个SISO（SingleInputSingleOutput，单输入单输出）传输方案的曲线。根据适当的BLER-SINR曲线（取决于所使用的MCS），仿真器评估数据包是否被正确接收，如果没有正确接收，数据包被认为是错误的和丢弃的。④如果该数据包已经被正确接收，它将被转发给上一层。图10.1.4MHz时的BLER-SINR曲线（4）信道质量指示（CQI，ChannelQualityIndicator）：在资源分配过程中，eNB（evolvedNodeB，演进型基站）可以为每个预定的流选择最合适的MCS（调制和编码策略），以试图尽量减小由于信道错误导致的数据包丢失。UE（用户设备）使用CQIManager来生成CQI反馈。当UE在下行链路中接收数据包时，它估计每条下行链路中子信道的SINR。然后，根据CQI报告规则，它生成CQI反馈并发送给它注册的eNB。CQI被UE用来向eNB报告通过一个给定的子信道时可以实现的最高数据速率，同时保证BLER（BlockErrorRate，误块率）至少等于一定的BLER目标（默认值是10%）。特别地，CQI值被获得用来作为评估SINR的一个量化版本。在SINR和CQI之间的映射程序被再次执行通过BLER-SINR曲线（图10）。使用这些映射表，可以为一个给定的SINR选择最佳的MCS（根据数据速率），来保证BLER值小于目标BLER。最后，报告的CQI对应于所选择MCS的索引。64 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）如前所述，LTE-Sim支持包括周期和非周期的CQI报告，通过已经开发出的全频带和宽频带的报告形式。当周期性的CQI报告被选择时，定义在CQIManager类中的变量m_reportingInterval确定每次CQI反馈应该被创建和发送到eNB的时间间隔。当非周期性的CQI报告被选择时，则相反，UE只是当从eNB接收到了一个请求时才创建和发送CQI反馈。（5）自适应调制和编码模块（AdaptiveModulationandCodingModule）：AMC模块，通过AMC类实现，被开发来允许eNB进行选择，在资源的分配过程中，为被预定的流选择合适的调制和编码方案。为了最大限度地提高频谱效率，MCS被选择来考虑由UE发送的最新的CQI值，使用了AMC::GetMCSFromCQI()的方法。重要的是要注意MCS的选择允许我们获得如[16]中所描述的效率（表示为每个符号的信息比特数）。（6）传输块大小的测定（DeterminationofTransportBlockSize）：在LTE系统中，TB（TransportBlock，传输块）是在物理层上的二进制数据的配额，它来自在传输信道上发送过程中的MAC（媒体接入控制）层（或者在接收过程中传递给MAC层）。换句话说，TB是在MAC层上（包括MAC开销和CRC追踪），一个TTI（传输时间间隔）里，流在一条或多条子信道上能够传输的比特数。TB的大小取决于AMC模块所选择的MCS，天线端口的数量，在物理层使用的前缀码的持续时间，和控制信道所使用的符号的数量。对象AMCModule使用表m_TBSize_Table来评估TB的大小，其来自所选的MCS值。为了这个目标，它考虑到了在[42]中提出的配置：正常的前缀码，2个天线端口，3个用于PDCCH（物理下行链路控制信道）的OFDM符号，无同步信号，和PBCH（物理广播信道）的缺失。总结本文提出了一种用来模拟LTE网络的新的开源框架，即LTE-Sim。这个模拟器所涵盖的功能可以让研究人员和从业人员测试旨在提高4G蜂窝网络性能的增强技术，比如新的物理功能，创新的网络协议和体系结构，高性能的调度策略，等等。这个软件的开放性使得对这方面研究感兴趣的人来促进该框架的发展，提供了一个参考平台，用于测试和比较LTE系统新的解决方案。这个开发出的模拟器其有效性，已经在研究该框架可扩展性和性能的很多次仿真实践中被验证。此外，LTE-Sim已被应用于比较几种不同的调度策略，并评估它们的性能。在不久的将来，我们计划改进这个模拟器来实现新的功能，比如HARQ（Hybrid65 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）AutomaticRepeatRequest，混合自动重传请求）以及更复杂的信道和物理模型，这些特性在这个软件的当前版本中还没有被加入。图4-3LTE-Sim的UML类图66 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）三、源程序：NAS层:#include"nas-entity.h"#include"../../device/NetworkNode.h"NasEntity::NasEntity(){m_device=NULL;}NasEntity::~NasEntity(){m_device=0;}voidNasEntity::SetDevice(NetworkNode*d){m_device=d;}NetworkNode*NasEntity::GetDevice(){returnm_device;}Rrc层：RrcEntity::RrcEntity(){m_bearers=newRadioBearersContainer();m_sink=newRadioBearersSinkContainer();m_device=NULL;m_handover=newHandoverEntity();}RrcEntity::~RrcEntity(){m_bearers->clear();deletem_bearers;m_sink->clear();67 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）deletem_sink;deletem_handover;m_device=NULL;}voidRrcEntity::SetDevice(NetworkNode*d){m_device=d;m_handover->SetDevice(d);}NetworkNode*RrcEntity::GetDevice(){returnm_device;}RrcEntity::RadioBearersContainer*RrcEntity::GetRadioBearerContainer(void){returnm_bearers;}RrcEntity::RadioBearersSinkContainer*RrcEntity::GetRadioBearerSinkContainer(void){returnm_sink;}voidRrcEntity::AddRadioBearer(RadioBearer*bearer){#ifdefTEST_START_APPLICATIONstd::cout<<"Addradiobeareron"<GetIDNetworkNode()<push_back(bearer);}68 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）voidRrcEntity::DelRadioBearer(RadioBearer*bearer){RadioBearersContainer*newContainer=newRadioBearersContainer();RadioBearersContainer::iteratorit;for(it=GetRadioBearerContainer()->begin();it!=GetRadioBearerContainer()->end();it++){RadioBearer*b=(*it);if(b->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()!=bearer->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()){newContainer->push_back(b);}}m_bearers->clear();deletem_bearers;m_bearers=newContainer;}voidRrcEntity::AddRadioBearerSink(RadioBearerSink*bearer){#ifdefTEST_START_APPLICATIONstd::cout<<"Addsinkradiobeareron"<GetIDNetworkNode()<push_back(bearer);}voidRrcEntity::DelRadioBearerSink(RadioBearerSink*bearer){RadioBearersSinkContainer*newContainer=newRadioBearersSinkContainer();RadioBearersSinkContainer::iteratorit;for(it=GetRadioBearerSinkContainer()->begin();it!=GetRadioBearerSinkContainer()->end();it++){RadioBearerSink*b=(*it);if(b->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()!=bearer->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()){newContainer->push_back(b);}}m_sink->clear();69 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）deletem_sink;m_sink=newContainer;}RadioBearer*RrcEntity::GetRadioBearer(ClassifierParameters*ipc){RadioBearersContainer::iteratorit;for(it=GetRadioBearerContainer()->begin();it!=GetRadioBearerContainer()->end();it++){RadioBearer*bearer=(*it);if(bearer->GetClassifierParameters()->GetSourcePort()==ipc->GetSourcePort()&&bearer->GetClassifierParameters()->GetDestinationPort()==ipc->GetDestinationPort()){returnbearer;}}return0;}RadioBearerSink*RrcEntity::GetRadioBearerSink(ClassifierParameters*ipc){RadioBearersSinkContainer::iteratorit;for(it=GetRadioBearerSinkContainer()->begin();it!=GetRadioBearerSinkContainer()->end();it++){RadioBearerSink*bearer=(*it);if(bearer->GetClassifierParameters()->GetSourcePort()==ipc->GetSourcePort()&&bearer->GetClassifierParameters()->GetDestinationPort()==ipc->GetDestinationPort()){returnbearer;}}return0;}70 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）RadioBearerInstance*RrcEntity::GetRadioBearer(intrlcIndex){for(RadioBearersSinkContainer::iteratorit=GetRadioBearerSinkContainer()->begin();it!=GetRadioBearerSinkContainer()->end();it++){RadioBearerSink*bearer=(*it);if(bearer->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()==rlcIndex){returnbearer;}}for(RadioBearersContainer::iteratorit=GetRadioBearerContainer()->begin();it!=GetRadioBearerContainer()->end();it++){RadioBearer*bearer=(*it);if(bearer->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()==rlcIndex){returnbearer;}}return0;}voidRrcEntity::SetHandoverEntity(HandoverEntity*h){m_handover=h;}HandoverEntity*RrcEntity::GetHandoverEntity(void){returnm_handover;}RLC层：#include"rlc-entity.h"71 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）#include"../../device/NetworkNode.h"#include"../packet/Packet.h"#include"../../flows/radio-bearer-instance.h"RlcEntity::RlcEntity():m_device(NULL),m_bearer(NULL){}RlcEntity::RlcEntity(NetworkNode*d):m_device(NULL),m_bearer(NULL){}voidRlcEntity::Destroy(void){m_device=NULL;m_bearer=NULL;}RlcEntity::~RlcEntity(){}voidRlcEntity::SetDevice(NetworkNode*d){m_device=d;}NetworkNode*RlcEntity::GetDevice(void){returnm_device;}void72 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）RlcEntity::SetRadioBearer(RadioBearerInstance*b){m_bearer=b;}RadioBearerInstance*RlcEntity::GetRadioBearerInstance(void){returnm_bearer;}voidRlcEntity::SetRlcEntityIndex(inti){m_rlcEntityIndex=i;}intRlcEntity::GetRlcEntityIndex(void){returnm_rlcEntityIndex;}voidRlcEntity::SetRlcPduSequenceNumber(intsn){m_rlcPduSequenceNumber=sn;}intRlcEntity::GetRlcPduSequenceNumber(void){returnm_rlcPduSequenceNumber;}voidRlcEntity::SetRlcMode(RlcModemode){m_rlcMode=mode;}RlcEntity::RlcModeRlcEntity::GetRlcModel(void)73 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）{returnm_rlcMode;}RRC层：#include"rrc-entity.h"#include"../packet/Packet.h"#include"../../device/IPClassifier/ClassifierParameters.h"#include"../../flows/radio-bearer.h"#include"../../flows/radio-bearer-sink.h"#include"../../load-parameters.h"#include"../../device/NetworkNode.h"#include"ho/handover-entity.h"RrcEntity::RrcEntity(){m_bearers=newRadioBearersContainer();m_sink=newRadioBearersSinkContainer();m_device=NULL;m_handover=newHandoverEntity();}RrcEntity::~RrcEntity(){m_bearers->clear();deletem_bearers;m_sink->clear();deletem_sink;deletem_handover;m_device=NULL;}voidRrcEntity::SetDevice(NetworkNode*d){m_device=d;m_handover->SetDevice(d);}NetworkNode*74 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）RrcEntity::GetDevice(){returnm_device;}RrcEntity::RadioBearersContainer*RrcEntity::GetRadioBearerContainer(void){returnm_bearers;}RrcEntity::RadioBearersSinkContainer*RrcEntity::GetRadioBearerSinkContainer(void){returnm_sink;}voidRrcEntity::AddRadioBearer(RadioBearer*bearer){#ifdefTEST_START_APPLICATIONstd::cout<<"Addradiobeareron"<GetIDNetworkNode()<push_back(bearer);}voidRrcEntity::DelRadioBearer(RadioBearer*bearer){RadioBearersContainer*newContainer=newRadioBearersContainer();RadioBearersContainer::iteratorit;for(it=GetRadioBearerContainer()->begin();it!=GetRadioBearerContainer()->end();it++){RadioBearer*b=(*it);if(b->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()!=bearer->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()){newContainer->push_back(b);}}m_bearers->clear();deletem_bearers;m_bearers=newContainer;75 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）}voidRrcEntity::AddRadioBearerSink(RadioBearerSink*bearer){#ifdefTEST_START_APPLICATIONstd::cout<<"Addsinkradiobeareron"<GetIDNetworkNode()<push_back(bearer);}voidRrcEntity::DelRadioBearerSink(RadioBearerSink*bearer){RadioBearersSinkContainer*newContainer=newRadioBearersSinkContainer();RadioBearersSinkContainer::iteratorit;for(it=GetRadioBearerSinkContainer()->begin();it!=GetRadioBearerSinkContainer()->end();it++){RadioBearerSink*b=(*it);if(b->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()!=bearer->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()){newContainer->push_back(b);}}m_sink->clear();deletem_sink;m_sink=newContainer;}RadioBearer*RrcEntity::GetRadioBearer(ClassifierParameters*ipc){RadioBearersContainer::iteratorit;for(it=GetRadioBearerContainer()->begin();it!=GetRadioBearerContainer()->end();it++){RadioBearer*bearer=(*it);if(bearer->GetClassifierParameters()->GetSourcePort()==ipc->GetSourcePort()&&bearer->GetClassifierParameters()->GetDestinationPort()==ipc->GetDestinationPort())76 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）{returnbearer;}}return0;}RadioBearerSink*RrcEntity::GetRadioBearerSink(ClassifierParameters*ipc){RadioBearersSinkContainer::iteratorit;for(it=GetRadioBearerSinkContainer()->begin();it!=GetRadioBearerSinkContainer()->end();it++){RadioBearerSink*bearer=(*it);if(bearer->GetClassifierParameters()->GetSourcePort()==ipc->GetSourcePort()&&bearer->GetClassifierParameters()->GetDestinationPort()==ipc->GetDestinationPort()){returnbearer;}}return0;}RadioBearerInstance*RrcEntity::GetRadioBearer(intrlcIndex){for(RadioBearersSinkContainer::iteratorit=GetRadioBearerSinkContainer()->begin();it!=GetRadioBearerSinkContainer()->end();it++){RadioBearerSink*bearer=(*it);if(bearer->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()==rlcIndex){returnbearer;}}for(RadioBearersContainer::iteratorit=GetRadioBearerContainer()->begin();it!=GetRadioBearerContainer()->end();it++)77 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）{RadioBearer*bearer=(*it);if(bearer->GetRlcEntity()->GetRlcEntityIndex()==rlcIndex){returnbearer;}}return0;}voidRrcEntity::SetHandoverEntity(HandoverEntity*h){m_handover=h;}HandoverEntity*RrcEntity::GetHandoverEntity(void){returnm_handover;}MAC层：#include"mac-entity.h"#include"../packet/Packet.h"#include"../../device/NetworkNode.h"#include"AMCModule.h"#include"harq-manager.h"MacEntity::MacEntity(){}MacEntity::~MacEntity(){deletem_amcModule;m_device=NULL;}void78 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）MacEntity::Destroy(void){deletem_amcModule;deletem_harqmanager;m_device=NULL;}voidMacEntity::SetDevice(NetworkNode*d){m_device=d;}NetworkNode*MacEntity::GetDevice(){returnm_device;}voidMacEntity::SetAmcModule(AMCModule*amc){m_amcModule=amc;}AMCModule*MacEntity::GetAmcModule(void)const{returnm_amcModule;}HarqManager*MacEntity::GetHarqManager(void){returnm_harqmanager;}79'