LTE宽带集群系统MAC层多播功能的研究

作     者：叶洪慧 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙昕

授予年度：2019年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：宽带集群系统 MAC层 多播功能 资源调度 

摘      要：宽带集群系统是一种提供宽带业务的专业指挥调度通信系统,主要应用于交通、政府、物流以及公共安全等领域。LTE(Long Term Evolution,长期演进)宽带集群系统利用LTE正交频分复用、多入多出以及混合自动重传等技术,实现多媒体集群通信功能,其MAC层利用信道映射和MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service,多媒体广播多播业务)业务调度等多播技术,实现MAC层点对多点数据传输功能。因此,LTE宽带集群系统MAC层多播功能的研究具有重要的实用价值。本文在综述国内外宽带集群系统研究现状的基础上,研究并实现了 LTE宽带集群系统MAC层多播功能,主要的工作如下:1.基于LTE宽带集群系统MBMS架构、MBMS控制面协议栈以及MBMS用户面协议栈,分析了 MBMS的传输模式,阐述了 LTE宽带集群系统MAC层架构和MAC层功能;2.通过对MAC层信道映射技术、MBMS资源调度机制、MBMS控制信令的同步处理机制以及MBMS业务数据的同步处理机制的研究,设计了 MAC层MBMS资源调度流程、MBMS会话开启流程、MBMS会话停止流程以及MBMS会话更新流程;3.提出了一种考虑频谱效率和公平性的多播资源调度算法IMMA(Improved MAX-MIN Self-Adaptive)。该算法在传统的多播资源调度算法MIN(Minimise Rate Intra-group)和 MAX(Maximize Instantaneous-throughput Intra-group)的基础上,综合考虑用户的信道状况、用户的平均丢包率以及组内用户间的公平性,将用户的平均丢包率与链路自适应相结合,选择多播组的发送数据速率,进一步均衡系统的吞吐量和整体公平性。理论分析和仿真结果表明,与MIN和MAX算法相比,该算法在系统吞吐量和用户公平性之间取得了良好的折中;4.提出了一种LTE宽带集群系统MAC层软件架构,该架构结合了 MAC层多播功能,具有可扩展性高、互操作性强以及易于测试等特点。基于Linux操作系统,利用C语言,开发了 MAC层复用解复用模块、调度模块、MAC控制模块、丢包处理模块、MAC层与PHY层的接口、MAC层与RLC层的接口、MAC层与RRC 层的接口、MCE(Multi-Cell/Multicast Coordination Entity,多小区/多播协调实体)以及基站和广播多播服务网关之间的用户面接口 M1,实现了 MAC层多播功能;5.搭建了 LTE宽带集群系统MAC层多播功能的验证平台,对MBMS会话开启、MBMS会话停止、MBMS会话更新、MAC层传输信道与逻辑信道之间的映射、MAC层MCH MAC PDU的生成、MAC层调度系统信息SIB13、MAC层调度MBMS控制信息以及MAC层调度MBMS业务数据等功能进行了验证,并对不同调制编码方式下MAC层下行误块率和信噪比的关系和用户的吞吐量性能进行了验证。验证结果表明,MAC层实现的多播功能满足LTE宽带集群系统总体设计要求。