LTE系統(tǒng)中PDCP子層功能研究

摘要：針對LTE系統(tǒng)的高數(shù)據(jù)速率和海量信息容量的特點(diǎn)，對分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(PDCP)在功能上進(jìn)行了改進(jìn)。對壓縮算法進(jìn)行了簡化，支持完整性保護(hù)和加密(UMTS的加密在RLC的非TM模式和MAC的TM模式下實(shí)現(xiàn))功能，分析了新的上下行數(shù)據(jù)傳輸方式以及在切換時(shí)的PDU重排序，最后設(shè)計(jì)了在OPNET中PDCP的具體實(shí)現(xiàn)方式。
關(guān)鍵詞：LTE；分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議；OPNET；UMTS

0 引言
3GPP希望通過升級諸如HSDPA和HSUPA這樣的無線接口技術(shù)，來確保未來10年或者更長的時(shí)間內(nèi)，保持競爭能力。因此LTE長期演進(jìn)主要是以降低時(shí)延、提高用戶數(shù)據(jù)速率、改善系統(tǒng)容量以及覆蓋，并且降低運(yùn)營商的成本為目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，LTE系統(tǒng)設(shè)計(jì)涵蓋了無線接口和無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)兩個(gè)方面。
本文研究的分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)層屬于無線接口協(xié)議棧的第二層，處理控制平面上的無線資源管理(RRC)消息以及用戶平面上的因特網(wǎng)協(xié)議(IP)包。在用戶平面上，PDCP子層得到來自上層的IP數(shù)據(jù)分組后，可以對IP數(shù)據(jù)分組進(jìn)行頭壓縮和加密，然后遞交到RLC子層。PDCP子層還向上層提供按序提交和重復(fù)分組檢測功能。在控制平面，PDCP子層為上層RRC提供信令傳輸服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)RRC信令的加密和一致性保護(hù)，以及在反方向上實(shí)現(xiàn)RRC信令的解密和一致性檢查。

1 PDCP子層功能
PDCP子層的主要功能如圖1所示。

PDCP協(xié)議包括以下具體支持的功能：
(1)用戶平面數(shù)據(jù)的報(bào)頭壓縮和解壓縮。
(2)安全性功能：
①用戶和控制平面協(xié)議的加密和解密；
②控制平面數(shù)據(jù)的完整性保護(hù)和驗(yàn)證。
(3)數(shù)據(jù)的傳輸功能：
①下層重建時(shí)，對向上層發(fā)送的PDU順序發(fā)送和重排序；
②對映射到AM模式的RB的下層SDU進(jìn)行重排序。
(4)數(shù)據(jù)包的丟棄。
1．1 報(bào)頭壓縮
在LTE系統(tǒng)中，規(guī)定PDCP子層支持由IETF(互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組)定義的健壯性報(bào)頭壓縮協(xié)議(ROHC)來進(jìn)行報(bào)頭壓縮。在LTE中，因其不支持通過電路交換域(CS)傳輸?shù)恼Z音業(yè)務(wù)，為了在分組交換域(PS)提供語音業(yè)務(wù)且接近常規(guī)電路交換域的效率，必須對IP／UDP／RTP報(bào)頭進(jìn)行壓縮，這些報(bào)頭通常用于VoIP業(yè)務(wù)。
典型的，對于一個(gè)含有32 B有效載荷的VoIP分組傳輸來說，IPv6報(bào)頭增加60 B，IPv4報(bào)頭增加40 B，即188％和125％的開銷。
為了解決這個(gè)問題，在LTE系統(tǒng)中，設(shè)定在激活周期內(nèi)PDCP子層采用ROHC報(bào)頭壓縮技術(shù)，在壓縮實(shí)體初始化之后，這一開銷可被壓縮成4～6個(gè)字節(jié)，即12．5％～18．8％的相對開銷，從而提高了信道的效率和分組數(shù)據(jù)的有效性。